Điện trở

Có nhiều loại điện trở để các nhà sản xuất thiết bị điện tử lựa chọn, từ điện trở gắn trên bề mặt nhỏ đến điện trở công suất quấn dây lớn.

Chức năng chính của điện trở trong mạch điện hoặc mạch điện tử là “chống lại” (do đó có thuật ngữ “điện trở”), kiểm soát hoặc thiết lập dòng electron (dòng điện) chạy qua điện trở bằng cách sử dụng các vật liệu dẫn điện khác nhau tạo nên điện trở. Điện trở có thể được kết nối theo kiểu nối tiếp và song song để tạo thành mạng điện trở, có thể hoạt động như bộ giảm điện áp, bộ chia điện áp hoặc bộ giới hạn dòng điện trong mạch.

Các loại điện trở thông dụng

Điện trở là cái được gọi là "thiết bị thụ động", nghĩa là chúng không cung cấp nguồn điện hoặc khuếch đại tín hiệu, mà thay vào đó chỉ làm giảm hoặc làm suy yếu tín hiệu điện áp hoặc dòng điện đi qua điện trở. Sự suy yếu này dẫn đến mất năng lượng điện dưới dạng nhiệt, vì điện trở cản trở dòng electron chảy qua điện trở.

Sau đó, phải có một hiệu điện thế giữa hai đầu của điện trở để dòng điện chạy qua. Hiệu điện thế này giúp cân bằng tổn thất điện năng. Khi sử dụng trong mạch DC, hiệu điện thế, còn được gọi là độ sụt điện áp của điện trở, được đo trên các đầu khi dòng điện trong mạch chạy qua điện trở.

Hầu hết các điện trở là thiết bị tuyến tính tạo ra sự sụt áp trên chính chúng khi dòng điện chạy qua chúng. Điều này là do chúng tuân theo Định luật Ohm và các giá trị điện trở khác nhau tạo ra các dòng điện hoặc điện áp khác nhau. Điều này có thể rất hữu ích trong các mạch điện tử, khi chúng ta có thể tạo ra bộ chuyển đổi điện áp sang dòng điện và dòng điện sang điện áp bằng cách kiểm soát hoặc giảm dòng điện hoặc điện áp chạy qua các mạch này.

Có hàng ngàn loại điện trở và chúng được sản xuất dưới nhiều hình dạng khác nhau. Do đặc điểm và độ chính xác riêng, điện trở phù hợp với các ứng dụng cụ thể như độ ổn định cao, điện áp cao, dòng điện cao, v.v. hoặc như điện trở mục đích chung khi đặc điểm không quá quan trọng.

Một số đặc điểm chung liên quan đến điện trở thông thường bao gồm hệ số nhiệt độ, hệ số điện áp, nhiễu, đáp ứng tần số, công suất cũng như định mức nhiệt độ, kích thước vật lý và độ tin cậy của điện trở.

Trong sơ đồ mạch điện và điện tử và tất cả các sơ đồ mạch, ký hiệu thường được sử dụng cho điện trở cố định là đường ngoằn ngoèo, với giá trị điện trở tính bằng ohm. Điện trở có giá trị điện trở cố định trong khoảng từ dưới 1 ohm (<1Ω) đến hơn mười triệu ohm (>10MΩ).

Điện trở cố định chỉ có một giá trị điện trở, chẳng hạn như 100Ω, nhưng điện trở thay đổi (biến trở) có thể cung cấp vô số giá trị điện trở từ 0 đến giá trị cực đại.

Ký hiệu điện trở chuẩn

Biểu tượng điện trở

Các ký hiệu thông dụng được sử dụng trong sơ đồ mạch điện và bản vẽ điện của điện trở có thể là các đường ngoằn ngoèo hoặc hình hộp chữ nhật.

Tất cả các điện trở cố định hiện đại có thể được chia thành bốn nhóm lớn:

• Điện trở cacbon – Được làm từ bụi cacbon hoặc than chì, công suất thấp.
• Điện trở màng hoặc gốm kim loại – được làm từ oxit kim loại dẫn điện và có công suất định mức rất thấp.
• Điện trở quấn dây – Thân kim loại gắn trên bộ tản nhiệt, công suất rất cao.
• Điện trở bán dẫn – Công nghệ màng mỏng gắn bề mặt có độ chính xác/tần số cao

Có nhiều loại điện trở cố định và biến đổi khác nhau, mỗi loại có cấu tạo và tính năng, ưu điểm và nhược điểm riêng so với các loại khác. Việc gộp tất cả các loại điện trở lại với nhau sẽ khiến chủ đề này rất dài, vì vậy tôi sẽ giới hạn mình ở các loại phổ biến nhất và dễ kiếm nhất.

Các loại điện trở

Điện trở cacbon là loại điện trở thành phần phổ biến nhất. Điện trở cacbon là điện trở giá rẻ, đa năng được sử dụng trong mạch điện và điện tử. Điện trở thành phần được làm từ bột cacbon hoặc than chì nghiền mịn (tương tự như ruột bút chì) và bột gốm không dẫn điện (đất sét) để giữ mọi thứ lại với nhau.

Điện trở cacbon

Tỷ lệ bụi carbon với gốm (chất dẫn điện với chất cách điện) quyết định điện trở tổng thể của hỗn hợp, và tỷ lệ carbon càng cao thì điện trở tổng thể càng thấp. Hỗn hợp được đúc thành một hình trụ có dây kim loại hoặc dây dẫn gắn vào mỗi đầu để tạo kết nối điện như minh họa, trước khi được phủ một vật liệu cách điện bên ngoài và các vạch màu để chỉ giá trị điện trở.

Điện trở cacbon

Điện trở composite carbon là điện trở công suất thấp đến trung bình với độ tự cảm thấp, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng tần số cao, nhưng chúng cũng có thể dễ bị nhiễu và mất ổn định nhiệt. Điện trở composite carbon thường được thêm ký hiệu "CR" (ví dụ: CR10kΩ) và có sẵn trong các gói E6 (±20% dung sai (độ chính xác)), E12 (±10% dung sai) và E24 (±5% dung sai), với công suất định mức từ 0,250 hoặc 1/4 watt đến 5 watt.

Điện trở composite cacbon rất rẻ để sản xuất và do đó phổ biến trong các mạch điện. Tuy nhiên, do quy trình sản xuất của chúng, điện trở cacbon có dung sai rất cao, vì vậy điện trở màng được sử dụng thay thế để có độ chính xác cao hơn và giá trị điện trở cao hơn.

Điện trở màng

Thuật ngữ chung “điện trở màng” bao gồm điện trở màng kim loại, màng cacbon và màng oxit kim loại, thường được tạo ra bằng cách phủ một kim loại nguyên chất, chẳng hạn như niken hoặc một màng oxit, chẳng hạn như oxit thiếc, lên thanh gốm hoặc chất nền cách điện.

Điện trở màng phim

Giá trị điện trở của điện trở được kiểm soát bằng cách tăng độ dày mong muốn của lớp màng lắng đọng, do đó có tên là “điện trở màng dày” hoặc “điện trở màng mỏng”.

Sau khi đặt phim vào, tia laser được sử dụng để cắt phim thành các rãnh xoắn ốc có độ chính xác cao. Việc cắt phim làm tăng độ dẫn điện hoặc điện trở, tương tự như việc tạo một sợi dây dài, thẳng thành cuộn dây.

Phương pháp sản xuất này cho phép điện trở có dung sai rất gần (1% hoặc ít hơn) so với điện trở gốc carbon thông thường. Dung sai của điện trở là sự khác biệt giữa giá trị mong muốn (ví dụ: 100 ohm) và giá trị thực tế được sản xuất (ví dụ: 103,6 ohm) và được biểu thị dưới dạng phần trăm, chẳng hạn như 5%, 10%, v.v. Trong ví dụ của chúng tôi, dung sai thực tế là 3,6%. Điện trở màng cũng có giá trị ohm tối đa cao hơn nhiều so với các điện trở khác và có sẵn ở các giá trị vượt quá 10MΩ (10 triệu ohm).

Điện trở màng phim

Điện trở màng kim loại có độ ổn định nhiệt độ tốt hơn nhiều so với điện trở tương đương carbon, ít nhiễu hơn và thường tốt hơn cho các ứng dụng tần số cao hoặc tần số vô tuyến. Điện trở oxit kim loại có khả năng chịu dòng điện đột biến cao tốt hơn với định mức nhiệt độ cao hơn nhiều so với điện trở tương đương màng kim loại.

Một loại điện trở màng khác, thường được gọi là điện trở màng dày, được sản xuất bằng cách phủ một vật liệu dẫn điện dày hơn nhiều, bao gồm CER amic và MET al, được gọi là Cermet, lên một chất nền gốm alumina. Điện trở Cermet có các đặc tính tương tự như điện trở màng kim loại và thường được sử dụng để sản xuất điện trở chip gắn bề mặt nhỏ, mạng lưới nhiều điện trở trong một gói duy nhất cho PCB và điện trở tần số cao. Các điện trở này có độ ổn định nhiệt độ tốt, độ nhiễu thấp và độ ổn định điện áp tốt, nhưng có đặc tính dòng điện đột biến thấp.

Điện trở màng kim loại được thêm tiền tố là ký hiệu “MFR” (ví dụ: MFR100kΩ) và CF cho loại màng carbon. Điện trở màng kim loại có sẵn ở dạng E24 (±5% và ±2% dung sai), E96 (±1% dung sai) và E192 (±0,5%, ±0,25% và ±0,1%) với công suất từ ​​0,05 (1/20) watt đến 1/2 watt. Điện trở màng, và đặc biệt là điện trở màng kim loại, là các linh kiện có công suất thấp chính xác.

Điện trở quấn dây

Một loại điện trở khác được gọi là điện trở quấn dây, được tạo ra bằng cách quấn một sợi dây hợp kim mỏng (niken) hoặc dây tương tự quanh một lớp gốm cách điện theo hình xoắn ốc tương tự như các điện trở màng ở trên.

Điện trở quấn dây

Loại điện trở này thường chỉ có giá trị độ chính xác ômi rất thấp (từ 0,01Ω đến 100kΩ) do kích thước của dây dẫn và số vòng dây có thể có của điện trở, khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong các mạch đo lường và các ứng dụng loại cầu Wheatstone.

Các điện trở này có khả năng xử lý dòng điện cao hơn nhiều so với các điện trở khác có cùng định mức ohm với công suất vượt quá 300 watt. Các điện trở công suất cao này được đúc hoặc đùn vào bộ tản nhiệt bằng nhôm có gắn các cánh tản nhiệt để tăng tổng diện tích bề mặt nhằm thúc đẩy quá trình tản nhiệt và làm mát.

Những điện trở đặc biệt này được gọi là "điện trở gắn trên khung máy" vì chúng được thiết kế để gắn trên bộ tản nhiệt hoặc tấm kim loại để tản nhiều nhiệt hơn. Việc gắn điện trở trên bộ tản nhiệt sẽ làm tăng khả năng dẫn dòng của nó.

Một loại điện trở quấn dây khác là điện trở quấn dây công suất. Loại điện trở này là điện trở công suất cao, chịu nhiệt độ cao, không cảm ứng. Nó thường được phủ bằng thủy tinh hoặc epoxy thủy tinh để sử dụng trong các cụm điện trở hoặc điều khiển động cơ DC/servo và phanh động. Nó cũng có thể được sử dụng như một lò sưởi không gian hoặc tủ công suất thấp.

Dây điện trở không cảm ứng được quấn quanh một ống gốm hoặc sứ phủ mica để ngăn dây hợp kim chuyển động khi nóng. Điện trở quấn dây có nhiều giá trị điện trở và công suất khác nhau, một trong những ứng dụng chính của điện trở quấn dây là trong các bộ phận gia nhiệt lò điện, chuyển đổi dòng điện chạy qua chúng thành nhiệt. Mỗi bộ phận có thể tản ra tới 1.000 watt (1 kilowatt) công suất.

Vì các dây của điện trở quấn dây tiêu chuẩn được quấn thành cuộn dây bên trong điện trở, chúng hoạt động như một cuộn cảm, cung cấp cho điện trở cả độ tự cảm và điện trở. Điều này ảnh hưởng đến hành vi của điện trở trong mạch AC bằng cách gây ra sự dịch pha ở tần số cao, đặc biệt là ở các điện trở lớn. Chiều dài của đường dẫn điện trở thực tế trong điện trở và các dây dẫn sẽ gây ra độ tự cảm nối tiếp với điện trở DC "biểu kiến", dẫn đến đường dẫn điện trở tổng cộng là Z ohm.

Trở kháng ( Z ) là tổng của điện trở ( R ) và độ tự cảm ( X ), được đo bằng ohm và đối với mạch điện xoay chiều nối tiếp được biểu thị là Z2 = R2 + X2 .

Khi sử dụng trong mạch điện xoay chiều, độ tự cảm này thay đổi theo tần số (điện kháng cảm ứng XL = 2πƒL), do đó giá trị tổng của điện trở cũng thay đổi. Điện kháng cảm ứng tăng theo tần số, nhưng bằng không ở DC (tần số bằng không). Do đó, điện trở quấn dây không được thiết kế hoặc sử dụng trong mạch điện xoay chiều hoặc bộ khuếch đại có tần số điện trở thay đổi. Tuy nhiên, cũng có sẵn các điện trở quấn dây không cảm ứng đặc biệt.

Điện trở quấn dây

Dây quấn

Điện trở quấn dây được đánh dấu bằng ký hiệu “WH” hoặc “W” (ví dụ: WH10Ω) và có sẵn trong gói mạ nhôm WH (dung sai ±1%, ±2%, ±5% và ±10%) hoặc gói mạ men thủy tinh W (dung sai ±1%, ±2% và ±5%) với công suất định mức từ 1W đến 300W trở lên.

tóm tắt

Tóm lại, có nhiều loại điện trở, từ điện trở carbon giá rẻ, dung sai cao, mục đích chung đến điện trở màng đắt tiền, dung sai thấp, độ chính xác cao, cũng như điện trở gốm quấn dây công suất cao. Điện trở kiểm soát, chặn hoặc thiết lập dòng điện chạy qua một đường dẫn cụ thể hoặc có thể giảm điện áp trong mạch điện.

Điện trở của điện trở, khả năng hạn chế dòng điện chạy qua, được đo bằng ohm (Ω), dao động từ dưới 1 ohm cho mỗi điện trở đến hàng triệu ohm (megaohm). Điện trở có thể có giá trị cố định, chẳng hạn như 100 ohm (100Ω) hoặc giá trị thay đổi, chẳng hạn như từ 0 đến 100Ω.

Điện trở luôn có cùng một giá trị điện trở bất kể tần số nguồn điện là bao nhiêu từ DC đến tần số rất cao và tất cả các điện trở đều có một điểm chung: điện trở của chúng tính bằng ohm trong mạch luôn dương và không bao giờ âm.

Công dụng và ứng dụng của điện trở trong mạch điện hoặc điện tử rất nhiều và đa dạng, với hầu hết mọi mạch điện tử từng được thiết kế sử dụng một hoặc nhiều loại điện trở. Điện trở thường được sử dụng cho các mục đích như giới hạn dòng điện, cung cấp điện áp điều khiển thích hợp cho các thiết bị bán dẫn như bóng bán dẫn lưỡng cực, bảo vệ đèn LED hoặc các thiết bị bán dẫn khác khỏi bị hỏng do quá dòng và điều chỉnh hoặc giới hạn đáp ứng tần số trong mạch âm thanh hoặc mạch lọc.

Trong mạch kỹ thuật số, nhiều loại điện trở khác nhau có thể được sử dụng để kéo điện áp lên hoặc xuống tại các chân đầu vào của chip logic kỹ thuật số hoặc bằng cách điều khiển điện áp tại một điểm trong mạch bằng cách đặt hai điện trở lại với nhau theo chuỗi để tạo thành mạng chia điện áp. Danh sách này là vô tận!

Trong hướng dẫn tiếp theo về Điện trở, chúng ta sẽ xem xét các phương pháp khác nhau để xác định giá trị điện trở của các loại điện trở cố định khác nhau, trong đó phương pháp xác định phổ biến nhất là sử dụng mã màu và dải màu xung quanh điện trở.