Điện trở là gì? Khái niệm, cấu tạo, phân loại.

Linh kiện điện tử là các phần tử rời rạc cơ bản có những tính năng xác định được dùng cho ghép nối thành mạch điện hay thiết bị điện tử. Để tạo nên một mạch điện hay thiết bị điện tử chúng ta phải sử dụng rất nhiều các linh kiện điện tử, từ những linh kiện đơn giản như điện trở, tụ điện, cuộn dây… đến các linh kiện không thể thiếu được như đi ốt, tranzito,… và các linh kiện điện tử tổ hợp phức tạp.

Phân loại linh kiện điện tử có thể có nhiều tiêu chí khác nhau. Song với ý nghĩa phục vụ cho phân tích mạch và khả năng mô hình hoá thành mạch tương đương để tính toán được các tham số mà mạch điện thiết kế ra có thể đạt được, thì sự phân loại theo tác động tới tín hiệu điện được quan niệm là hợp lý nhất.

- Linh kiện chủ động là loại tác động phi tuyến lên nguồn nuôi AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới, trong mạch tương đương thì biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu, như diode, transistor.

- Linh kiện bị động không cấp nguồn vào mạch, nói chung có quan hệ tuyến tính với điện áp, dòng, tần số, như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, biến áp.

- Linh kiện điện cơ tác động điện liên kết với cơ học, như thạch anh, rơle, công tắc,..

Bây giờ, chúng ta sẽ tìm hiểu về linh kiện thụ động đầu tiền, đó chính là điện trở.

1. Điện trở

1.1 Khái niệm

Điện trở là gì ? Hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn.

1.2 Các thông số của điện trở

Điện trở của dây dẫn: Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở. Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian,... Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại.

Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công thức sau:

R = ρ.L / S. Trong đó :

ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở đơn vị là Ohm

Trong thực tế điện trở được sản xuất với một số thang giá trị xác định. Khi tính toán lý thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị được tính.

Sai số. Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh định, được tính theo %.

Công suất tối đa cho phép. Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra trên R với công suất:

P = U.I = I2.R

Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì nhiệt lượng tiêu thụ trên R càng lớn làm cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để có thể tản nhiệt tốt.

Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy.

Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt.

Pmax = U2max/R = I2max.R

1.3 Phân loại và ký hiệu điện trở

a. Điện trở có giá trị xác định

- Điện trở than ép (cacbon film): Điện trở than ép có dải giá trị tương đối rộng (1Ω đến 100MΩ), công suất danh định 1/8W – 2W, phần lớn có công suất là 1/4W hoặc 1/2W. Ưu điển nổi bật của điện trở than ép đó chính là có tính thuần trở nên được sử dụng nhiều trong phạm vi tần số thấp.

- 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.

- 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.

b. Điện trở có giá trị thay đổi

- 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. Biến trở được sử dụng điều khiển điện áp (potentiometer: chiết áp) hoặc điều khiển cường độ dòng điện (Rheostat)

- Nhiệt trở Là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ. 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.

- Điện trở quang

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;...

1.4 Cách ghi và đọc tham số điện trở

Quy ước màu Quốc tế

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng mầu.

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng mầu:

- Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.

- Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3

- Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị .

- Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.

- Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3).

- Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào.

- Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số 10 là số âm.

Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu:

- Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác định đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút.

- Đối diện vòng cuối là vòng số 1.

- Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.

- Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4).

- Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào.