Điện trở là gì? Tổng quan và những ứng dụng phổ biến

4.9

/

5

(

7

bình chọn

)

Điện trở là gì? (What is a resistor?) là một thành phần điện thụ động để tạo ra hiệu ứng cản trở trong dòng điện. Trong hầu hết tất cả các mạng điện và mạch điện tử, chúng có thể được tìm thấy. Điện trở được đo bằng ohms. Ohm là điện trở xảy ra khi một dòng điện với đơn vị được tính là Ampe đi qua một điện trở với một volt giảm trên các cực của nó. Dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp trên các đầu ra. Tỷ lệ này được được tính bởi định luật Ohm:

Điện trở được sử dụng cho nhiều mục đích. Một vài ví dụ bao gồm dòng điện phân định, phân chia điện áp, tạo nhiệt, mạch khớp và tải, điều khiển đạt được và cố định các hằng số thời gian. Chúng có sẵn trên thị trường với các giá trị kháng trong phạm vi hơn chín bậc độ lớn với trị số tăng dần. Chúng có thể được sử dụng làm phanh điện để tiêu tán động năng từ tàu hỏa, hoặc nhỏ hơn cho thiết bị điện tử.

Định nghĩa và biểu tượng điện trở

Điện trở là gì? (What is a resistor?) Một điện trở được định nghĩa là một thành phần điện thụ động với chức năng chính để hạn chế dòng điện.

Biểu tượng quốc tế IEC  là một hình chữ nhật. Ở Hoa Kỳ, tiêu chuẩn ANSI rất phổ biến, đây là một đường ngoằn ngoèo (hiển thị bên trái).

Ký hiệu điện trở

Tổng quan về các loại và vật liệu

Điện trở có thể được chia theo loại dựa trên các vật liệu kháng. Phân tích sau đây cho loại có thể được thực hiện:

• Điện trở cố định
• Biến trở , chẳng hạn như:
  • Chiết áp
  • Lưu biến
  • Trimpot
• Kháng phụ thuộc vào một lượng vật lý:
  • Nhiệt điện trở ( NTC   và PTC ) là kết quả của sự thay đổi nhiệt độ
  • Quang trở (LDR) là kết quả của mức độ ánh sáng thay đổi
  • Biến trở (VDR)   là kết quả của một điện áp thay đổi
  • Điện trở Magneto (MDR) là kết quả của từ trường thay đổi
  • Đồng hồ đo biến dạng do tải trọng cơ học

Đối với mỗi loại này, một biểu tượng tiêu chuẩn tồn tại. Một sự cố khác dựa trên quy trình sản xuất và nguyên liệu có thể được thực hiện:

• Thành phần carbon
• Màng carbon
• Phim kim loại
• Màng oxit kim loại
• Vết thương dây
• Lá

Sự lựa chọn của công nghệ vật liệu là một cụ thể cho mục đích. Thường thì đó là sự đánh đổi giữa chi phí, độ chính xác và các yêu cầu khác. Ví dụ, thành phần carbon là một kỹ thuật rất cũ với độ chính xác thấp, nhưng vẫn được sử dụng cho các ứng dụng cụ thể nơi xảy ra xung năng lượng cao. 

Các điện trở thành phần carbon có cơ thể gồm hỗn hợp các hạt carbon mịn và gốm không dẫn điện. Kỹ thuật màng carbon có dung sai tốt hơn. Chúng được làm bằng một thanh không dẫn điện với lớp màng carbon mỏng xung quanh nó. Lớp này được xử lý bằng một đường cắt xoắn ốc để tăng và kiểm soát giá trị trở kháng. Kim loại và màng oxit kim loại được sử dụng rộng rãi ngày nay, và có đặc tính tốt hơn cho sự ổn định và dung sai. Hơn nữa, chúng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ.

Chúng giống như các điện trở màng carbon được chế tạo với một màng điện trở xung quanh thân hình trụ. Màng oxit kim loại thường bền hơn. Điện trở dây có lẽ là loại lâu đời nhất và có thể được sử dụng cho cả các ứng dụng có độ chính xác cao cũng như công suất cao. Chúng được chế tạo bằng cách cuộn một dây hợp kim kim loại đặc biệt, chẳng hạn như crôm niken, xung quanh lõi không dẫn điện. Chúng bền, chính xác và có thể có giá trị điện trở rất thấp. 

Một bất lợi là chúng bị phản ứng ký sinh ở tần số cao. Đối với các yêu cầu cao nhất về độ chính xác và ổn định, điện trở lá kim loại được sử dụng. Chúng được xây dựng bằng cách tráng một màng cán nguội hợp kim đặc biệt lên đế gốm. Điện trở dây có lẽ là loại lâu đời nhất và có thể được sử dụng cho cả các ứng dụng có độ chính xác cao cũng như công suất cao. Chúng được chế tạo bằng cách cuộn một dây hợp kim kim loại đặc biệt, chẳng hạn như crôm niken, xung quanh lõi không dẫn điện. Chúng bền, chính xác và có thể có giá trị điện trở rất thấp. Một bất lợi là chúng bị phản ứng ký sinh ở tần số cao. 

Đối với các yêu cầu cao nhất về độ chính xác và ổn định, điện trở lá kim loại được sử dụng. Chúng được xây dựng bằng cách tráng một màng cán nguội hợp kim đặc biệt lên đế gốm. Điện trở dây có lẽ là loại lâu đời nhất và có thể được sử dụng cho cả các ứng dụng có độ chính xác cao cũng như công suất cao. Chúng được chế tạo bằng cách cuộn một dây hợp kim kim loại đặc biệt, chẳng hạn như crôm niken, xung quanh lõi không dẫn điện. Chúng bền, chính xác và có thể có giá trị điện trở rất thấp. Một bất lợi là họ bị phản ứng ký sinh ở tần số cao. Đối với các yêu cầu cao nhất về độ chính xác và ổn định, điện trở lá kim loại được sử dụng. 

Chúng được xây dựng bằng cách tráng một màng cán nguội hợp kim đặc biệt lên đế gốm. Một bất lợi là chúng bị phản ứng ký sinh ở tần số cao. Đối với các yêu cầu cao nhất về độ chính xác và ổn định, điện trở lá kim loại được sử dụng. Chúng được xây dựng bằng cách tráng một màng cán nguội hợp kim đặc biệt lên đế gốm. Một bất lợi là họ bị phản ứng ký sinh ở tần số cao. 

Đối với các yêu cầu cao nhất về độ chính xác và ổn định, điện trở lá kim loại được sử dụng. Chúng được xây dựng bằng cách tráng một màng cán nguội hợp kim đặc biệt lên đế gốm.

Đặc điểm điện trở

Phụ thuộc vào ứng dụng, kỹ sư điện chỉ định các thuộc tính khác nhau của điện trở . Mục đích chính là để hạn chế dòng điện; do đó tham số chính là giá trị điện trở. Độ chính xác sản xuất của giá trị này được biểu thị bằng dung sai điện trở theo tỷ lệ phần trăm. Nhiều thông số khác ảnh hưởng đến giá trị điện trở có thể được chỉ định, chẳng hạn như độ ổn định lâu dài hoặc hệ số nhiệt độ . Hệ số nhiệt độ, thường được chỉ định trong các ứng dụng có độ chính xác cao, được xác định bởi vật liệu điện trở cũng như thiết kế cơ học.

Trong các mạch tần số cao, chẳng hạn như trong điện tử vô tuyến, điện dung và điện cảm có thể dẫn đến các hiệu ứng không mong muốn. Điện trở lá thường có phản ứng ký sinh thấp, trong khi điện trở dây là một trong những điều tồi tệ nhất. Đối với các ứng dụng chính xác như bộ khuếch đại âm thanh, nhiễu điện phải càng thấp càng tốt.

Điều này thường được chỉ định là nhiễu microvol trên mỗi volt của điện áp được áp dụng, cho băng thông 1 MHz. Đối với các ứng dụng năng lượng cao, xếp hạng năng lượng là quan trọng Điều này xác định công suất hoạt động tối đa mà thành phần có thể xử lý mà không làm thay đổi các thuộc tính hoặc thiệt hại.

Đánh giá năng lượng thường được chỉ định trong không khí miễn phí ở nhiệt độ phòng. Xếp hạng năng lượng cao hơn đòi hỏi một kích thước lớn hơn và thậm chí có thể yêu cầu tản nhiệt. Nhiều đặc điểm khác có thể đóng một vai trò trong đặc tả thiết kế. Ví dụ là điện áp tối đa, hoặc độ ổn định xung. Trong tình huống có thể xảy ra đột biến điện áp cao, đây là một đặc điểm quan trọng.

Đôi khi không chỉ các tính chất điện là quan trọng, mà nhà thiết kế cũng phải xem xét độ bền cơ học trong môi trường khắc nghiệt. Các tiêu chuẩn quân sự đôi khi đưa ra hướng dẫn để xác định độ bền cơ học hoặc tỷ lệ thất bại.

Trong phần đặc điểm, tổng quan đầy đủ được đưa ra các thuộc tính chính để chỉ định điện trở.

Tiêu chuẩn điện trở

Nhiều tiêu chuẩn được đặt ra cho điện trở. Các tiêu chuẩn mô tả các cách để đo lường và định lượng các tính chất quan trọng. Các chỉ tiêu khác tồn tại cho kích thước vật lý và giá trị kháng. Có lẽ, tiêu chuẩn được biết đến nhiều nhất là mã màu đánh dấu cho điện trở dẫn hướng trục.

Mã màu điện trở

Giá trị điện trở theo mã đánh dấu IEC 60062.

Giá trị kháng và dung sai được biểu thị bằng một số dải màu xung quanh thân thành phần. Kỹ thuật đánh dấu các thành phần điện tử này đã được phát triển vào những năm 1920. Công nghệ in vẫn chưa phát triển, điều khiến cho việc in mã số trở nên quá khó khăn đối với các thành phần nhỏ. Ngày nay, mã màu vẫn được sử dụng cho hầu hết các điện trở dọc lên đến một watt. Trong hình, một ví dụ được hiển thị với bốn dải màu. Trong ví dụ này, hai dải đầu tiên xác định các chữ số có nghĩa của giá trị điện trở, dải thứ ba là hệ số nhân và dải thứ tư cho dung sai. Mỗi màu đại diện cho một số khác nhau và có thể được tra cứu trong biểu đồ mã màu điện trở.

Điện trở SMD

Đối với điện trở SMD (Surface Mount Device), một mã số được sử dụng, bởi vì các thành phần quá nhỏ để mã hóa màu. Các điện trở SMD được điều chỉnh như các biến thể chì – chủ yếu có sẵn trong các giá trị ưa thích. Kích thước của thành phần (chiều dài và chiều rộng) cũng được tiêu chuẩn hóa, và được gọi là gói điện trở. Một ví dụ về điện trở SMD trên PCB được đưa ra trong hình dưới đây. Kí hiệu 331 có nghĩa là điện trở có giá trị 33Ω x 10 ^ 1 = 330Ω.

Giá trị điện trở (Giá trị ưu tiên)

Trong những năm 1950, việc sản xuất điện trở tăng lên tạo ra nhu cầu về các giá trị điện trở được tiêu chuẩn hóa. Phạm vi của các giá trị kháng được chuẩn hóa với cái gọi là giá trị tiêu chuẩn . Các giá trị ưa thích được xác định trong E-series. Trong sê-ri E, mọi giá trị đều cao hơn một tỷ lệ nhất định so với trước. Dòng E khác nhau tồn tại cho các dung sai khác nhau.

Ứng dụng điện trở

Có một sự thay đổi lớn trong các lĩnh vực ứng dụng cho điện trở; từ các thành phần chính xác trong thiết bị điện tử kỹ thuật số, cho đến các thiết bị đo lường cho các đại lượng vật lý. Trong chương này, một số ứng dụng phổ biến được liệt kê.

Điện trở mắc nối tiếp và song song

Trong các mạch điện tử, điện trở rất thường được kết nối nối tiếp hoặc song song. Ví dụ, một nhà thiết kế mạch có thể kết hợp một số điện trở với các giá trị tiêu chuẩn ( E-series ) để đạt được một giá trị điện trở cụ thể. Đối với kết nối nối tiếp, dòng điện qua mỗi điện trở là như nhau và điện trở tương đương bằng tổng của các điện trở riêng lẻ. Đối với kết nối song song, điện áp qua mỗi điện trở là như nhau và nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng các giá trị nghịch đảo cho tất cả các điện trở song song. Trong các bài viết, các điện trở song song và loạt mô tả chi tiết về các ví dụ tính toán được đưa ra. Để giải quyết các mạng phức tạp hơn nữa, định luật mạch của Kirchhoff có thể được sử dụng.

Đo dòng điện (điện trở shunt)

Dòng điện có thể được tính bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở chính xác với điện trở đã biết, được nối nối tiếp với mạch. Hiện tại được tính bằng cách sử dụng luật Ohm. Đây được gọi là một ampe kế hoặc điện trở shunt . Thông thường đây là một điện trở manganin có độ chính xác cao với giá trị điện trở thấp.

Điện trở cho đèn LED

Đèn LED cần một dòng điện cụ thể để hoạt động. Dòng điện quá thấp sẽ không làm sáng đèn LED, trong khi dòng điện quá cao có thể làm cháy thiết bị. Do đó, chúng thường được kết nối nối tiếp với điện trở và điều chỉnh thụ động dòng điện trong mạch.

Điện trở động cơ thổi

Trong xe hơi, hệ thống thông gió được điều khiển bằng quạt được điều khiển bởi động cơ quạt gió. Một điện trở đặc biệt được sử dụng để kiểm soát tốc độ quạt. Đây được gọi là điện trở động cơ quạt gió. Thiết kế khác nhau đang được sử dụng. Một thiết kế là một loạt các điện trở dây có kích thước khác nhau cho mỗi tốc độ quạt. Một thiết kế khác kết hợp một mạch tích hợp đầy đủ trên bảng mạch in.