Kiến thức toàn tập về điện tử cho người mới bắt đầu – (Phần 2: điện trở)

0
308

> Phần 1 <<

Điện trở là một thành phần mạch điện mà nó cản trở dòng dịch chuyển của electron. Điện trở là một phần tử mạch rất cơ bản và phổ biến nhất. Chúng ta sử dụng điện trở để điều khiển dòng điện trong một mạch điện. Kiểm soát dòng điện là rất quan trọng và kỹ thuật điện tử như là một nghệ thuật kiểm soát dòng điện. Bạn không thể tìm thấy bất kỳ thiết bị điện hoặc mạch nào mà không cần điện trở.

Điện trở là những thành phần thụ động, nghĩa là nó chỉ tiêu thụ điện năng (và không thể tạo ra điện năng). Điện trở thường được thêm vào các mạch mà chúng bổ sung thành phần hoạt động như op-amps, vi điều khiển, và các mạch tích hợp khác. Thông thường điện trở được sử dụng để hạn dòng, phân chia điện áp, và kéo lên các đường vào/ra (pull-up I/O) trong các mạch kỹ thuật số.

Giá trị của một điện trở được đo bằng ohms. Các bội số như là: kilo-, mega-, hay giga. Đơn vị phổ biến của điện trở là kilohm (kΩ).

Ví dụ, một điện trở 4,700Ω tương đương với một điện trở 4.7kΩ, và một điện trở 5,600,000Ω có thể được viết như 5,600kΩ hoặc (thường là) 5.6MΩ.

Phân biệt các loại điện trở

Có hàng ngàn loại điện trở khác nhau và được sản xuất theo nhiều cách, bởi vì đặc điểm cụ thể của chúng phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng, chẳng hạn như tính ổn định cao, điện áp cao, dòng cao v.v…, hoặc được sử dụng như điện trở cho mục đích chung, nơi đặc điểm riêng ít được quan tâm hơn.

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

1. Dựa vào tính chất của điện trở:

Điện trở tuyến tính: Một điện trở tuyến tính là loại điện trở có trở kháng không đổi khi gia tăng sự chênh lệch điện áp trên nó. Hoặc trở kháng hoặc dòng điện thông qua điện trở không thay đổi khi điện áp (P.D) thay đổi. Các đặc tính V-I của điện trở như là một đường thẳng (tuyến tính).

Điện trở phi tuyến tính (Non-Linear): Là những loại điện trở trong đó dòng điện đi qua nó là không chính xác tỷ lệ thuận với sự chênh lệch điện áp trên nó. Những loại điện trở có đặc tính phi tuyến V-I sẽ không tuân theo định luật ohm.

Có một số loại điện trở phi tuyến, nhưng phổ biến nhất được sử dụng bao gồm: điện trở NTC (Negative Temperature Co-efficient) – trở kháng của nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Điện trở PTC (Positive Temperature Co-efficient) – trở kháng của nó tăng lên cùng với sự gia tăng nhiệt độ. Điện trở LDR (điện trở phụ thuộc ánh sáng) – trở kháng của nó giảm với sự gia tăng của ánh sáng. Điện trở VDR (Voltage dependent Resistors) điện trở phụ thuộc điện áp – trở kháng của nó giảm mạnh khi điện áp vượt quá một giá trị nhất định.

Điện trở phi tuyến tính được sử dụng trong các dự án khác nhau. LDR được sử dụng như một bộ cảm biến trong robot, hay một dự án nông nghiệp.

2. Dựa trên giá trị của điện trở

Điện trở có giá trị cố định:

Điện trở có giá trị cố định là những loại điện trở đã được cố định giá trị trong khi sản xuất và không thể thay đổi trong quá trình sử dụng.

Biến trở hoặc chiết áp:

Biến trở hoặc chiết áp là những loại điện trở có giá trị có thể thay đổi được trong quá trình sử dụng. Những loại điện trở này thường chứa một trục có thể xoay hoặc di chuyển bằng tay hoặc một khe điều khiển bằng vít để thay đổi giá trị của nó ở giữa một khoảng phạm vi cố định. Ví dụ: 0 Kilo Ohms đến 100 Kilo Ohms.

Chiết áp được sử dụng để điều khiển âm lượng và kiểm soát tốc độ trong các dự án và các thiết bị khác nhau.

Điện trở đóng gói:

Là loại điện trở có chứa 2 hoặc nhiều điện trở bên trong nó. Nó có nhiều chân đầu ra để có thể lựa chọn các mức trở kháng khác nhau, hoặc cũng có thể được sử dụng như là một mảng điện trở cho các mục đích khác nhau.

3. Dựa vào thành phần cấu tạo:

Điện trở cấu tạo từ Carbon:

Là loại điện trở được làm từ các hạt carbon và được ghép ràng giữ với nhau. Tỷ trọng của các hạt carbon quyết định giá trị của điện trở. Ở cả hai đầu của các thành cacbon này được nối ra bằng thiếc kim loại để làm chân điện trở. Sau đó toàn bộ được gói trong một vỏ nhựa để ngăn độ ẩm và phản ứng với không khí.

Loại điện trở này thường tạo ra tiếng ồn trong mạch do electron đi qua một hạt carbon, do đó chúng không được sử dụng trong các mạch quan trọng mặc dù có giá rất rẻ.

Điện trở Carbon Deposition:

Các điện trở được làm bằng cách đặt một lớp mỏng carbon quanh một que bằng sứ được gọi là điện trở Carbon Deposition. Chúng được làm bằng cách đun nóng một que bằng sứ bên trong một bình khí methane và cô đọng carbon xung quanh nó bằng cách sử dụng quá trình Cracking Glass. Giá trị của điện trở được xác định bởi số lượng carbon lắng xung quanh que gốm.

Điện trở Metal Film:

Điện trở Metal Film được thực hiện bằng cách làm lắng kim loại khi cho bốc hơi trong chân không trên một thanh lõi gốm. Loại điện trở này là rất đáng tin cậy, có khả năng chống chịu và cũng có hệ số nhiệt độ cao. Chúng đắt hơn so với những loại khác nhưng thường được sử dụng trong các hệ thống quan trọng.

Điện trở Wire Wound:

Là điện trở được làm bằng cuộn dây kim loại xung quanh một lõi sứ. Dây kim loại là một hợp kim của các kim loại khác nhau dựa trên những đặc điểm và trở kháng của điện trở cần sử dụng. Loại điện trở này có độ ổn định cao và cũng có thể chịu được cường độ cao nhưng thường cồng kềnh hơn so với các loại điện trở khác.

Điện trở kim loại gốm:

Loại điện trở này được thực hiện bằng cách bắn một số kim loại pha trộn với gốm sứ trên một chất nền gốm. Tỷ lệ hỗn hợp trong gốm pha trộn và kim loại xác định giá trị của điện trở. Loại điện trở này là rất ổn định và cũng có trở kháng chính xác. Chúng được sử dụng chủ yếu như Surface Mount, sử dụng trong SMD PCB.

4. Dựa trên chức năng của điện trở

Điện trở chính xác:

Điện trở chính xác là điện trở có giá trị dung sai rất thấp, nó rất chính xác (gần với giá trị danh nghĩa của nó).

Tất cả các điện trở đi với một giá trị, được đưa ra như là một tỷ lệ phần trăm. Các giá trị dung sai cho chúng ta biết thông số thực gần với giá trị danh nghĩa. Ví dụ, một điện trở 500Ω mà có giá trị dung sai 10%, có thể có một trở kháng vào khoảng từ 10% trên 500Ω (550Ω) hoặc 10% dưới 500Ω (450Ω). Nếu cùng một điện trở có dung sai 1%, trở kháng của nó sẽ chỉ khác nhau bởi 1%. Do đó, một điện trở 500Ω sau đó có thể khác nhau giữa 495Ω và 505Ω.

Một điện trở có độ chính xác là một điện trở có sai số thấp dưới 0,005%. Điều này có nghĩa là một điện trở có độ chính xác sẽ chỉ sai số 0,005% so với giá trị danh nghĩa của nó.

Fusible Resistor (Điện trở nóng chảy):

Điện trở nóng chảy là một điện trở dây quấn được thiết kế để bị nung hỏng dễ dàng khi công suất qua điện trở vượt mức cho phép. Bằng cách này, một điện trở nóng chảy phục vụ chức năng kép. Khi công suất không bị vượt quá, nó hoạt động như một điện trở hạn dòng. Khi công suất vượt quá mức cho phép, nó có chức năng như một cầu chì, nó bị nóng chảy, và làm hở mạch để bảo vệ các thành phần trong mạch điện không bị dòng quá mức chạy qua.

Điện trở xi măng:

Là điện trở công suất có khả năng chịu nhiệt và chống cháy. Điện trở xi măng được thiết kế để xử lý một lượng lớn công suất qua nó mà không bị hư hại do nhiệt hoặc lửa. Nếu bạn đang thiết kế một mạch mà có rất nhiều dòng điện chạy qua một điện trở, nó cần phải có khả năng chịu nhiệt độ cao và sức nóng, điện trở xi măng là một sự lựa chọn rất tốt. Công suất sử dụng thông thường khoảng từ 1W đến 20W trở lên. Dung sai của các điện trở này là khoảng 5%.

Thermistor (Điện trở nhiệt):

Một thermistor là một điện trở nhạy cảm với nhiệt, giá trị điện trở của nó thay đổi theo những thay đổi trong nhiệt độ hoạt động. Do hiệu ứng tự làm nóng của dòng điện trong một điện trở nhiệt, các thiết bị tự thay đổi trở kháng với những thay đổi của dòng điện.

Thermistor có 2 loại đặc trưng là Positive temperature coefficient (PTC) hệ số nhiệt độ dương hoặc là Negative temperature coefficient (NTC) hệ số nhiệt độ âm. Nếu một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ dương, trở kháng của nó tăng khi tăng nhiệt độ hoạt động. Ngược lại, nếu một điện trở nhiệt có hệ số nhiệt độ âm, trở kháng của nó giảm khi tăng nhiệt độ hoạt động.

Trở kháng thay đổi bao nhiêu khi nhiệt độ làm việc thay đổi phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo của điện trở nhiệt. Bạn hãy tra bảng datasheet của điện trở nhiệt để nắm rõ hơn về các thông số kỹ thuật của nó.

Thermistor thường được sử dụng trong các mạch điện tử đo nhiệt độ, kiểm soát nhiệt độ, và bù nhiệt độ.

Photoresistors (Điện trở quang):

Quang trở là điện trở có giá trị trở kháng thay đổi theo ánh sáng chiếu vào bề mặt của nó. Trong một môi trường tối, điện trở của một photoresistor là rất cao, có thể một vài MΩ, tùy thuộc vào hiệu suất trở kháng riêng của photoresistor được sử dụng. Khi ánh sáng cực mạnh chạm bề mặt, sức đề kháng của photoresistor giảm đáng kể, có thể là thấp như 400Ω.

Như vậy, photoresistors là biến trở có giá trị điện trở thay đổi liên quan đến số lượng ánh sáng chạm bề mặt của nó.

Surface mount resistors (Điện trở gắn kết bề mặt):

Loại điện trở này được sử dụng ngày càng nhiều kể từ khi có sự ra đời của công nghệ gắn kết bề mặt. Thông thường điện trở loại này được sản xuất bằng công nghệ màng mỏng. Một loạt các giá trị có thể đạt được.