• Từ khóa tìm kiếm:
  • Tụ điện, Điện trở, IGBT..
  • Tìm hiểu chi tiết cấu tạo, tính năng, tác dụng điện trở trong cuộc sống!!!

Tìm hiểu chi tiết cấu tạo, tính năng, tác dụng điện trở trong cuộc sống!!!

Điện trở là gì?

 

 

- Như chúng ta đã biết, dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện và trong vật dẫn các hạt mang điện đó là các electron tự do. Các electron tự do có khả năng dịch chuyển được do tác dụng của điện áp nguồn, và trong quá trình di chuyển chúng va chạm với các nguyên tử nút mạng và các electron khác nên bị mất đi một phần năng lượng dưới dạng nhiệt. Sự va chạm này cản trở sự chuyển động của các electron tự do và được đặc trưng bởi giá trị điện trở.

- Chính vì vậy, điện trở là linh kiện cản trở dòng điện, giá trị điện trở càng lớn thì dòng điện trong mạch càng nhỏ.

- Với điện trở thì chúng ta đã hoàn toàn được biết đến định luật Ohm: Cường độ dòng điện trong mạch thuần trở tỷ lệ thuận với điện áp cấp và tỷ lệ nghịch với điện trở của mạch I = U/R

Phần I: Các thông số của điện trở

A. Giá trị điện trở

- Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở, với những yêu cầu cơ bản gắn với giá trị đó là: giá trị ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm, thời gian,… Điện trở dẫn điện càng tốt thì thông số của nó càng nhỏ và ngược lại. Giá trị điện trở được tính theo đơn vị truyền thống là Ohm, tùy từng giá trị lớn hay bé mà thay đổi các tên gọi như: Kilo Ohm, Mega Ohm, Giga Ohm,…

- Trong các trường hợp thực tế thì giá trị điện trở phụ thuộc vào rất nhiều thông số như: Vật liệu cản điện. kích thước của điện trở, cũng như là nhiệt độ của môi trường theo công thức: R = p.(L/S) trong đó: p: điện trở suất (Ohm); L: chiều dài dây dẫn (m); S: tiết diện của dây (mét vuông).

- Sai số

+ Trong bất kì trường hợp nào khi chúng ta tính toán thiết kế mạch điện hay thay giá trị điện trở vào mạch cũng cần phải đặc biệt quan tâm tới yếu tố sai số.

+ Sai số ở đây chính là độ chênh lệch tương đối về giá trị thực tế so với giá trị danh định và nó được tính theo phần trăm. Sai số càng bé, điện trở càng tốt, giá thành càng cao, chính vì vậy chúng ta phải nắm rõ được thông số cũng như giá trị quan trọng này.

- Hệ số nhiệt điện trở

+ TCR chính là sự thay đổi tương đối của giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi 1 độ

+ Cụ thể: khi nhiệt độ tăng, số lượng các electron bứt ra khỏi quỹ đạo chuyển động tăng lên, va chạm với các electron tự do, quá trình đó làm tăng sự cản trở dòng điện của vật dẫn. Trong hầu hết các chất dẫn điện thì khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở tăng, hệ số TCR lớn hơn 0 (PTC: Positive Temperature Coefficient). Còn đối với các chất bán dẫn thì khi nhiệt độ tăng qua đó, số lượng electron bứt ra khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do gia tăng đột ngột, tuy sự va chạm trong mạng tinh thể cũng tăng nhưng gia tăng không đáng kể so với số lượng hạt dẫn, làm cho khả năng dẫn điện của vật liệu tăng, hay giá trị điện trở giảm, do đó có hệ số NTC (Negative Temperature Coeficient) nhỏ hơn 0. Hệ số nhiệt NTC càng nhỏ, độ ổn định của giá trị điện trở càng cao.

- Công suất tối đa cho phép

+ Khi có dòng điện I chạy qua bất kì một điện trở R nào thì năng lượng nhiệt tỏa ra trên R có công suất: P= U.I = R.I^2

+ Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì công suất tiêu thụ càng cao, khi đó điện trở nóng, do đó khi thiết kế phải thiết kế điện trở có kích thước càng lớn, để tản nhiệt tốt.

+ Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu đựng được nếu quá ngưỡng mà tại đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy. Công suất tối đa đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt. P(max) = U^2/R = I^2.R

+ Trong mạch điện thực tế, tại khối nguồn cấp, cường độ dòng điện mạnh nên các điện trở có kích thước lớn. Tại khối xử lí tín hiệu thì cường độ dòng thấp, yếu nên điện trở có kích thước nhỏ do phải chịu công suất nhiệt thấp.

Phần II. Phân loại và kí hiệu điện trở

I. Điện trở có giá trị xác định

1. Điện trở than ép

- Điện trở than ép là điện trở được cấu tao từ hợp chất Cacbon. Cụ thể điện trở đước cấu tạo bằng cách trộn bột than với vật liệu cản điện, sau đó được nung nóng hóa thể rắn, nén thành dạng rắn hình cầu.

- Điện trở than ép có dải giá trị tương đối rộng (từ 1 Ohm đến 100MOhm), công suất định danh từ 1/8W đến 2W, nhưng phần lớn giá trị công suất là 1/4W hoặc 1/2W.

- Điểm nôỉ bật của điện trở than ép đó chính là có tính thuần trở nên được sử dụng nhiều trong phạm vi tần số thấp (trong các bộ xử lý tín hiệu âm tần)

2. Điện trở dây quấn được chế tạo bằng cách quấn một đoạn dây không phải là chất dẫn điện tốt (Nichrome) quanh một lõi hình trụ. Trở kháng phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, đường kính và độ dài của dây dẫn. Điện trở dây quấn có giá trị nhỏ, độ chính xác cao và có công suất nhiệt lớn. Tuy nhiên nhược điểm của điện trở dây quấn là nó có tính chất điện cảm nên không được sử dụng trong các mạch cao tần mà được ứng dụng nhiều trong các mạch âm tần.

 

 

3. Điện trở màng mỏng: Được sản xuất bằng cách lắng đọng Cacbon, kim loại hoặc oxide kim loại dưới dạng màng mỏng trên lõi hình trụ. Điện trở màng mỏng có giá trị từ thấp đến trung bình, và có thể thấy rõ một ưu điểm nổi bật của điện trở màng mỏng đó là tính chất thuần trở nên được sử dụng trong phạm vi tần số cao, tuy nhiên có công suất nhiệt thấp và giá thành cao.

 

 

II. Điện trở có giá trị thay đổi

1. Biến trở (Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặc dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt. Con trượt tiếp xúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trượt dịch chuyển điện trở giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại có thể thay đổi. Có thể có loại biến trở tuyến tính (giá trị điện trở thay đổi tuyến tính theo góc xoay) hoặc biến trở phi tuyến (giá trị điện trở thay đổi theo hàm logarit theo góc xoay). Biến trở được sử dụng điều khiển điện áp (potentiometer: chiết áp) hoặc điều khiển cường độ dòng điện (Rheostat)

 

 

- Có 2 loại nhiệt trở:

+ Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: Giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng (NTC), thông thường các chất bán dẫn có hệ số nhiệt âm do khi nhiệt độ tăng cung cấp đủ năng lượng cho các electron nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nên số lượng hạt dẫn tăng đáng kể, ngoài ra tốc độ dịch chuyển của hạt dẫn cũng tăng nên giá trị điện trở giảm

+ Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương: Giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng, các nhiệt trở được làm bằng kim loại có hệ số nhiệt dương (PTC) do khi nhiệt độ tăng, các nguyên tử nút mạng dao động mạnh làm cản trở quá trình di chuyển của electron nên giá trị điện trở tăng. Nhiệt trở được sử dụng để điều khiển cường độ dòng điện, đo hoặc điều khiển nhiệt độ: ổn định nhiệt cho các tầng khuếch đại, đặc biệt là tầng khuếch đại công suất hoặc là linh kiện cảm biến trong các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ.

2. Quang trở là linh kiện nhạy cảm với bức xạ điện từ quanh phổ ánh sáng nhìn thấy. Quang trở có giá trị điện trở thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Cường độ ánh sáng càng mạnh thì giá trị điện trở càng giảm và ngược lại.

 

 

- Quang trở thường được sử dụng trong các mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng:(Phát hiện người vào cửa tự động; Điều chỉnh độ sáng, độ nét ở Camera; Tự động bật đèn khi trời tối; Điều chỉnh độ nét của LCD;…)

Phần III. Ứng dụng trong thực tiễn

 

 

- Điện trở được sử dụng trong các mạch phân áp để phân cực cho Transistor đảm bảo cho mạch khuếch đại hoặc dao động hoạt động với hiệu suất cao nhất.

- Điện trở đóng vai trò là phần tử hạn dòng tránh cho các linh kiện bị phá hỏng do cường độ dòng quá lớn. Một ví dụ điển hình là trong mạch khuếch đại, nếu không có điện trở thì Transistor chịu dòng một chiều có cường độ tương đối lớn.

- Được sử dụng để chế tạo các dụng cụ sinh hoạt (bàn là, bếp điện hay bóng đèn,…) hoặc các thiết bị trong công nghiệp (thiết bị sấy, sưởi,…) do điện trở có đặc điểm tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt.

- Xác định hằng số thời gian: Trong một số mạch tạo xung, điện trở được sử dụng để xác định hằng số thời gian.

- Phối hợp trở kháng: Để tổn hao trên đường truyền là nhỏ nhất cần thực hiện phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và đầu vào của bộ khuếch đại, giữa đầu ra của bộ khuếch đại và tải, hay giữa đầu ra của tầng khuếch đại trước và đầu vào của tầng khuếch đại sau.

Phần IV. Cách test và kiểm tra thông số điện trở

- Dùng đồng hồ kim chỉnh thang Ohm để kiểm tra điện trở.

- Dùng đồng hồ số chuyển sang thang Ohm đo, kiểm tra điện trở.

 

 

 

 

- Bảng mã màu giá trị điện trở thông dụng