Các loại điện trở và công dụng từng loại

Giới thiệu điện trở là gì, ký hiệu, đơn vị, các loại điện trở thông dụng trên thị trường hiện nay cũng như công dụng của từng loại.

Điện trở là gì?

Điện trở ( tiếng Anh là resistor ) là một linh kiện điện tử giúp giới hạn hoặc điều chỉnh dòng điện trong một mạch điện tử. Điện trở cũng có thể được sử dụng để cung cấp một điện áp mong muốn cho thiết bị hoạt động ví dụ như một bóng bán dẫn.

Đơn vị của điện trở là Ohm (đọc là Ôm).

Công dụng của điện trở

Công dụng của điện trở trong mạch điện hoặc mạch điện tử là “cản trở” (do đó gọi là điện trở), điều chỉnh hoặc thiết lập dòng điện qua nó bằng cách sử dụng các loại vật chất dẫn điện tạo nên điện trở. Điện trở cũng có thể được nối với nhau thành chuỗi dùng để làm mạng điện trở có thể hoạt động như bộ giảm điện áp, bộ chia điện áp hoặc bộ giới hạn dòng điện trong mạch điện.

Điện trở được gọi là “Thiết bị thụ động”, vì nó không chứa hoặc khuếch đại điện áp nhưng chỉ làm giảm điện áp hoặc dòng điện đi qua nó dẫn đến năng lượng điện bị mất ở dạng nhiệt.

Cần có sự chênh lệch điện áp giữa 2 đầu điện trở để cho dòng điện đi qua. Sự chênh lệch này giúp cân bằng năng lượng bị mất. Khi được sử dụng trong các mạch điện 1 chiều, sự chênh lệch này, còn được gọi là hiệu điện thế, được đo trên các đầu cuối của điện trở khi dòng điện chạy qua.

Hầu hết các loại điện trở là các thiết bị tuyến tính tạo ra sự sụt điện áp khi dòng điện chạy qua nó và tuân theo Định luật Ohm. Các giá trị điện trở khác nhau tạo ra các giá trị dòng điện hoặc điện áp khác nhau. Điều này rất hữu ích trong các mạch điện tử, khi muốn điều chỉnh dòng điện hoặc điện áp ta chỉ cần điều chỉnh điện trở, chúng ta có thể tạo ra một bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện và dòng điện thành điện áp.

Có hàng ngàn loại điện trở khác nhau và được sản xuất dưới nhiều dạng khắc nhau tùy vào đặc điểm và độ chính xác cụ thể của chúng phù hợp với các lĩnh vực ứng dụng nhất định, chẳng hạn như độ ổn định cao, điện áp cao, dòng điện cao, hoặc điện trở sử dụng cho mục đích chung.

Một số đặc điểm chung liên quan đến điện trở là: Hệ số nhiệt độ, hệ số điện áp, độ nhiễu, tần số đáp ứng, công suất cũng như mức nhiệt độ, kích thước vật lý và độ tin cậy.

Các điện trở thường chỉ có một giá trị điện trở duy nhất, ví dụ 100Ω, nhưng các điện trở biến thiên (biến trở) có thể điều chỉnh được giá điện trở giữa 0 và giá trị cực đại của nó.

Ký hiệu điện trở

Trong các sơ đồ mạch điện và điện tử, điện trở thường được biểu thị là một hình “zig-zag” hoặc một hình chữ nhật với giá trị điện trở của nó theo đơn vị Ohm (Ω). Điện trở có giá trị từ dưới một ohm, (<1Ω) đến hơn chục triệu ohm, (> 10MΩ) về giá trị.

Các loại điện trở và cấu tạo từng loại

Tất cả các điện trở có thể được phân loại thành bốn nhóm chính:

• Điện trở cacbon – Được làm từ bụi cacbon hoặc bột graphite, giá trị công suất thấp.

• Điện trở màng hay điện trở gốm kim loại  – Được làm từ bột oxit kim loại dẫn điện, giá trị công suất rất thấp.

• Điện trở dây quấn – Thân kim loại để gắn tản nhiệt, giá trị công suất rất cao.

• Điện trở bán dẫn – Công nghệ màng mỏng có độ chính xác / tần số cao.

Có nhiều loại điện trở và biến trở khác nhau. Mỗi nhóm, mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng so với các loại khác. Nếu giới hết tất cả các lọai các loại sẽ làm cho nội dung phần này rất lớn vì vậy tôi sẽ giới hạn nó theo mức độ phổ biến và mục đích sử dụng.

Điện trở bội ép

Điện trở cacbon là loại điện trở bội ép phổ biến nhất. Điện trở carbon là điện trở sử dụng cho mục đích chung giá rẻ được sử dụng trong các mạch điện và điện tử. Thành phần điện trở được cấu tạo từ ​​hỗn hợp bụi cacbon hoặc than chì mịn (tương tự như chì trong viết chì) và bột gốm (đất sét) không dẫn điện để liên kết tất cả với nhau.

Tỷ lệ của bụi cacbon và gốm quyết định giá trị điện trở.Tỷ lệ carbon càng cao thì trở kháng càng thấp và ngược lại. Hỗn hợp được đúc thành dạng hình trụ với dây kim loại hoặc dây dẫn được gắn vào mỗi đầu để kết nối điện, sau đó được bọc bằng vật liệu cách nhiệt bên ngoài và đánh dấu mã màu để biểu thị giá trị điện trở của nó.

Điện trở cacbon

Điện trở cacbon tổng hợp là điện trở công suất thuộc loại trung bình và thấp, có điện cảm thấp phù hợp cho các ứng dụng tần số cao nhưng nó cũng có thể bị nhiễu và không ổn định khi nóng. Các điện trở cacbon tổng hợp thường có ký hiệu phía trước là “CR” (ví dụ CR10kΩ) và ký hiệu E6 (dung sai ± 20%), E12 (± 10%) và E24 (± 5% dung sai) với công suất từ 0.250 tới 5 Wat.

Việc tạo điện trở carbon composite rất rẻ, do đó loại này thường được sử dụng trong các mạch điện. Tuy nhiên, do quá trình sản xuất các loại điện trở carbon có dung sai rất lớn nên đối với những công việc cần giá trị điện trở cao và chính xác, người ta sẽ thay bằng điện trở màng (film resistor).

Điện trở loại màng

“Điện trở màng” là một thuật ngữ chung bao gồm các loại điện trở màng kim loại, màng cacbon và màng oxit kim loại, thường được tạo ra bằng cách đưa các kim loại nguyên chất (như niken) hoặc màng oxit (như ôxít thiếc) vào một thanh gốm cách điện.

Giá trị điện trở được kiểm soát bằng cách tăng độ dày của lớp màng bên trong, vì thế tùy theo độ dày sẽ có tên gọi “điện trở màng dày” hoặc “điện trở màng mỏng”.

Khi được đưa vào bên trong, người ta sẽ sử dụng tia laser để cắt chính xác một hình lò xo xoắn ở trong lớp màng này. Việc cắt lớp màng có tác dụng tăng hoặc giảm điện trở, giống như việc từ một cái dây dài, thẳng tạo thành cuộn dây.

Phương pháp sản xuất này tạo ra các điện trở có dung sai nhỏ hơn (1% hoặc ít hơn) so với các loại điện trở cacbon. Dung sai của điện trở được biểu thị bằng phần trăm, ví dụ 5%, 10%… Điện trở loại màng cũng có giá trị cao hơn nhiều so với các loại khác và giá trị có thể vượt qua 10MΩ (10 triệu Ohm).

Điện trở màng

Điện trở màng kim loại ổn định nhiệt độ tốt hơn nhiều so với điện trở cacbon tương đương, độ nhiễu thấp hơn và nói chung là tốt hơn cho các ứng dụng tần số cao hoặc tần số vô tuyến điện. Điện trở oxit kim loại có khả năng tăng cường dòng điện cao hơn với nhiệt độ cao hơn nhiều so với các điện trở màng kim loại tương đương.

Một loại khác của điện trở phim thường được gọi là điện trở màng dày được sản xuất bằng cách đưa một lớp gốm và kim loại dày hơn vào chất nền gốm nhôm. Điện trở gốm kim loại có các tính chất tương tự như điện trở màng kim loại và thường được sử dụng để chế tạo các loại điện trở chip dán, các điện trở tần số cao và pcb. Loại này có độ ổn định nhiệt độ tốt, độ nhiễu thấp, và mức điện áp tốt nhưng tính chất dòng điện tăng thấp.

Điện trở màng kim loại có ký hiệu ở phía trước là “MFR” (ví dụ, MFR100kΩ) và ký hiệu CF cho điện trở màng cacbon. Điện trở màng kim loại có các loại E24 (± 5% & ± 2% dung sai), E96 (± 1% dung sai) và E192 (± 0,5%, ± 0,25% & ± 0,1% dung sai) với mức công suất 0,05 đến 0,5 Wat. Nói chung điện trở màng và đặc biệt là điện trở màng kim loại là linh kiện công suất thấp có độ chính xác.

Điện trở loại dây quấn

Một loại điện trở khác, được gọi là Điện trở dây quấn, được tạo thành bằng cách quấn dây kim loại mỏng (Nichrome) hoặc dây tương tự vào một lớp gốm cách điện dưới dạng lò xo xoắn tương tự như điện trở màng phía trên.

Loại điện trở này thường chỉ có giá trị rất thấp (từ 0,01Ω đến 100kΩ), phù hợp để sử dụng trong các mạch đo và ứng dụng kiểu cầu Wheatstone .

Loại này cũng có thể dùng cho dòng điện cao hơn nhiều so với các điện trở khác có cùng giá trị với công suất vượt quá 300 Wat. Những điện trở công suất cao được đúc hoặc ép vào một thân tản nhiệt bằng nhôm nhằm tản nhiệt tốt

Một loại khác của điện trở dây quấn là điện trở dây quấn công suất. Đây là những loại điện trở không phản ứng với nhiệt độ cao, công suất cao và thường được phủ một lớp men epoxy thủy tinh hoặc thủy tinh để sử dụng trong điều khiển động cơ DC / servo và các ứng dụng phanh động lực.

Dây điện trở không cảm ứng được quấn xung quanh một ống gốm hoặc sứ được phủ mica để ngăn các dây hợp kim dịch chuyển khi nóng. Điện trở dây quấn có nhiều loại và một trong những ứng dụng chính của điện trở dây quấn là chuyển đổi dòng điện đi qua nó thành nhiệt năng với năng lượng lên đến 1000 Wat.

Do các dây của điện trở dây quấn được quấn vào một cuộn bên trong thân điện trở nên nó hoạt động như một cuộn cảm khiến chúng có điện cảm cũng như điện trở. Khi đó nó sinh ra một trở kháng mới (Z) đối với mạch điện xoay chiều.

Trở kháng (Z) bao gồm điện trở (R) và điện cảm (X), được đo bằng ohm và được tính theo công thức, Z= R + X.

Khi được sử dụng trong các mạch AC, giá trị điện cảm này thay đổi theo tần số (điện trở cảm ứng, XL = 2πƒL) và do đó, giá trị tổng thể của điện trở thay đổi. Còn đối với mạch DC do tần số bằng không nên không tồn tại điện trở cảm ứng. Do đó, điện trở dây quấn không được thiết kế hoặc sử dụng trong các mạch AC hoặc bộ khuếch đại nơi mà tần số trên các điện trở thay đổi. Tuy nhiên, điện trở dây quấn không cảm ứng vẫn được sử dụng.

Điện trở dây quấn

Các loại điện trở dây quấn có ký hiệu phía trước là “WH” hoặc “W” (ví dụ WH10Ω) và có sẵn trong gói vỏ nhôm WH (± 1%, ± 2%, ± 5% và ± 10% dung sai) hoặc gói thủy tinh tráng men W (± 1%, ± 2% và ± 5% dung sai) với công suất định mức từ 1W đến 300W hoặc cao hơn.

Tổng kết

Có nhiều loại điện trở khác nhau từ giá rẻ, dung sai lớn, sử dụng cho mục đích chung như điện trở cacbon cho đến loại mắc tiền, công suất cao và chính xác như điện trở màng, điện trở gốm dây quấn. Một điện trở có thể điều chỉnh, cản trở hoặc thiết lập dòng điện cũng như điện áp trong một mạch điện.

Giá trị điện trở hay khả năng giới hạn dòng điện (trở kháng) được đo bằng Ohm (Ω) dao động từ dưới một Ohm đến mỗi triệu Ohm, (Mega-Ohm). Điện trở có thể có giá trị cố định hoặc biến thiên (biến trở).

Trong mạch điện một chiều, một điện trở sẽ luôn có cùng giá trị bất kể tần số nguồn cung cấp từ DC cao hay thấp và tất cả các điện trở có một điểm chung, giá trị điện trở của nó trong mạch sẽ luôn dương và không bao giờ âm.

Việc sử dụng và ứng dụng điện trở trong một mạch điện hoặc điện tử là rất lớn và đa dạng. Hầu hết các mạch điện tử sử dụng một hoặc nhiều loại điện trở. Điện trở thường được sử dụng cho các mục đích giới hạn dòng điện, cung cấp điện áp điều khiển thích hợp cho các thiết bị bán dẫn, chẳng hạn như bóng bán dẫn lưỡng cực, bảo vệ đèn LED hoặc các thiết bị bán dẫn khác khỏi hư hại dòng điện, cũng như điều chỉnh hoặc hạn chế phản ứng tần số trong mạch âm thanh hoặc bộ lọc .

Trong các mạch kỹ thuật số, các loại điện trở khác nhau có thể được sử dụng để set điện áp mức cao hoặc mức thấp tại chân đầu vào của chip điều khiển hoặc điều chỉnh điện áp tại một điểm nào đó trong mạch bằng cách đặt hai điện trở  khác nhau để tạo mạng chia điện áp,… những ứng dụng của nó là vô tận.