Điện trở là một loại linh kiện cực kì phổ biến trong nghành điện tử. Hầu như tất cả các mạch điện hiện nay đều phải có sử dụng điện trở. Vậy điện trở là gì và cách tính toán như thế nào. Hãy cùng tìm hiểu nhé
Điện trở là gì
Điện trở (resistor) là một linh kiện điện tử có công dụng dễ hiểu nhất là để giảm dòng điện chảy trong mạch (hạn chế cường độ dòng điện). Để hiểu một cách đơn giản nếu nói dòng điện là dòng nước, dây dẫn là ống nước, thì điện trở chính là những chỗ ống nước bị thắt lại, làm giảm lưu lượng nước bên trong ống.
Khả năng giảm dòng điện của điện trở được gọi là điện trở suất và được đo bằng đơn vị ohms (đơn vị điện trở).
Các loại điện trở
Điện trở được chia thành 6 loại chính bao gồm:
- Điện trở cacbon
- Điện trở màng hay điện trở gốm kim loại
- Điện trở dây quấn
- Điện trở film
- Điện trở bề mặt
- Điện trở băng
Điện trở carbon
Đây là một trong những loại điện trở phổ biến nhất, có giá rẻ và được sử dụng trong cách mạch điện. Cấu tạo điện trở carbon bao gồm chất tro (bột gốm) và than chì.
Trong đó, tỷ lệ than chì và gốm sẽ quyết định giá trị điện trở theo tỉ lệ nghịch. Có nghĩa là tỉ lệ này thấp thì giá trị điện trở sẽ tăng cao và ngược lại.
Hỗn hợp trên sẽ được tạo thành hình trụ, có 2 dây kim loại ở mỗi đầu để kết nối được với điện. Khối trụ này có lớp vỏ cách điện bên ngoài và có các vòng màu để ký hiệu giá trị.
Điện trở Film
Đây là loại điện trở được làm bằng cách kết tinh kim loại, cacbon hoặc oxide kim loại trên lõi gốm.
Độ dày của lớp film và các đường xoắn ốc được tạo ra trên bề mặt sẽ quyết định giá trị của điện trở (khoảng 1/20 đến 1/2W). Dung sai của chúng cũng rất nhỏ
Điện trở dây quấn
Đây là loại điện trở được tạo thành bằng cách quấn dây kim loại có đặc tính dẫn điện kém hoặc dây tương tự vào một lõi gốm cách điện dưới dạng lò xo xoắn.
Điện trở dây quấn thường có giá trị nhỏ nhưng chịu dòng lớn và công suất điện thường rất cao khoảng từ 1 – 300W, thậm trí có khi lên tới hàng nghìn W.
Điện trở màng
Đây là thuật ngữ chung bao gồm các loại điện trở màng kim loại, màng cacbon và màng oxit kim loại. Chúng thường được tạo ra bằng cách đưa kim loại nguyên chất hoặc màng oxit vào thanh gốm cách điện.
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 0,5W
Điện trở băng
Điện trở băng hay còn gọi là dãy điện trở, là loại được sản xuất nhằm đáp ứng cho các ứng dụng cần một loạt các điện trở cùng giá trị mắc song song với nhau. Điện trở băng có thể chế tạo rời sau đó hàn chung 1 chân, được thiết kế có vỏ hoặc không có vỏ tùy loại. Ngoài ra, nó cũng được chế tạo theo kiểu vi mạch với kiểu chân SIP hoặc DIP.
Điện trở bề mặt
Điện trở bề mặt (Surface mount) hay còn gọi là điện trở dán, là loại điện trở được làm theo công nghệ dán bề mặt, tức là dán trực tiếp lên bảng mạch in.
Điện trở có trị số thay đổi (biến trở)
Dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng dây quấn (ít gặp trong các mạch điện trở)
Chiết áp: so với điện trở cố định thì chiết áp có thêm một kết cấu con chạy gắn với một trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở. Con chạy có kết cấu kiểu xoay (chiết áp xoay) hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt). Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con trượt còn hai đầu ứng với hai đầu của điện trở
Một số loại điện trở đặc biệt
Điện trở nhiệt: Tecmixto
Điện trở Varixto:
Điện trở Mêgôm: có trị số điện trở từ 108 + 1015 Ω
Điện trở cao áp: điện trở chịu được điện áp cao 5 KV + 20 KV
Các công thức tính toán điện trở
Định luật Ohm
Dòng điện I của ampe kế (A) bằng điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V)
chia cho điện trở R tính bằng ohms (Ω):
Công suất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với I hiện tại của điện trở trong ampe (A)
lần điện áp V của điện trở tính bằng Vôn (V)
P = I × V
Công suất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với giá trị bình phương của dòng điện I của điện trở trong ampe (A)
nhân điện trở R của điện trở trong ohms (Ω):
P = I 2 × R
Công xuất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với giá trị bình phương của điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V)
chia cho điện trở R của điện trở trong ohms (Ω):
P = V 2 / R
Điện trở song song
Tổng điện trở tương đương của điện trở song song R Tổng được cho bởi:
Vì vậy, khi bạn thêm các điện trở song song, tổng điện trở bị giảm (Nhìn vào công thức ta thấy, tổng điện trở song song tỉ lệ nghịch với các điện trở R1, R2, R3).
Điện trở nối tiếp
Tổng điện trở tương đương của điện trở trong tổng R của mạch điện trở nối tiếp là tổng các giá trị điện trở:
Vì vậy, khi bạn thêm các điện trở nối tiếp, tổng điện trở được tăng lên.
Các tham số kĩ thuật của điện trở
Điện trở là một linh kiện có kết cấu đơn giản, chức năng đơn giản nhưng để đánh giá một điện trở người ta có tham số căn bản sau:
- Trị số điện trở và dung sai
- Hệ số nhiệt của điện trở
- Công suất tiêu tán danh định
- Tạp âm của điện trở
Trị số điện trở và dung sai
Công thức tính trị số của điện trở:
Từ công thức trên ta thấy giá trị của điện trở phụ thuộc vào điện trở suất ρ của vật liệu dây dẫn cản điện, chiều dài dây dẫn l, tiết diện của dây dẫn S.
Cấp chính xác của điện trở (tolerance levels):
Dung sai hay sai số (Resistor Tolerance): biểu thị mức độ chênh lệch của trị số thực tế của điện trở so với trị số danh định và được tính theo %
Để chia độ chính xác của điện trở người ta chia ra làm 5 cấp độ khác nhau:
- Cấp 005: sai số ± 0,5 %
- Cấp 01: sai số ± 1 %
- Cấp I: sai số ± 5 %
- Cấp II: sai số ± 10 %
- Cấp III: sai số ± 20 %
Hệ số nhiệt của điện trở – TCR
TCR (temperature coefficient of resistance): biểu thị sự thay đổi trị số của điện trở theo nhiệt độ
TCR có thể âm, bằng 0 hoặc dương tùy loại vật liệu:
- Kim loại thuần thường có TCR >0
- Một số hợp kim (constantin, manganin) có TCR = 0
- Carbon, than chì có TCR <0
Công suất tiêu tán danh định của điện trở (Pt.tmax)
Pt.tmax: công suất điện cao nhất mà điện trở có thể chịu đựng được trong điều kiện bình thường, làm việc trong một thời gian dài không bị hỏng
Pt.t.max tiêu chuẩn cho các điện trở dây quấn nằm trong khoảng từ 1W đến 10W hoặc cao hơn nhiều. Để tỏa nhiệt cần yêu cầu diện tích bề mặt của điện trở phải lớn → các điện trở công suất cao đều có kích thước lớn
Các điện trở than là các linh kiện có công suất tiêu tán danh định thấp, khoảng 0,125W; 0,25W; 0,5W; 2W và 2W
Tạp âm của điện trở
Tạp âm của điện trở gồm:
Tạp âm nhiệt (Thermal noise): sinh ra do sự chuyển động của các hạt mang điện bên trong điện trở do nhiệt độ
Trong đó:
- ERMS = the Root-Mean-Square hay điện áp hiệu dụng
- k = Hằng số Boltzman (1,38.10-23)
- T = nhiệt độ tính theo độ Kelvin (nhiệt độ phòng = 27°C = 300°K)
- R = điện trở
- Δf = Băng thông của mạch tính theo Hz (Af = f2-f1)
Tạp âm dòng điện (Current Noise): sinh do các thay đổi bên trong của điện trở khi có dòng điện chạy qua nó
Trong đó:
- NI: Noise Index (Hệ số nhiễu)
- UDC: điện áp không đổi đặt trên 2 đầu điện trở
- Unoise: điện áp tạp âm dòng điện
- f -> f2: khoảng tần số làm việc của điện trở
Mức tạp âm phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu cản điện. Bột than nén có mức tạp âm cao nhất. Màng kim loại và dây quấn có mức tạp âm rất thấp.
Cách đọc giá trị điện trở
Đọc giá trị điện trở vạch
Để biết giá trị của một điện trở, hãy sử dụng đồng hồ đo ohm hoặc đọc mã màu trên điện trở.
Tiêu chuẩn quốc tế CEI 60757 (1983) quy định một bảng mã màu để tính giá trị của một điện trở (cũng áp dụng cho tụ, và một số linh kiện điện tử khác). Trong đó, màu sắc được quy ước thành các chữ số theo bảng sau:
– Đối với điện trở 4 vạch màu:
- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở
– Đối với điện trở 5 vạch màu:
- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở
- Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở
Ví dụ: Điện trở màu vàng, cam, đỏ, ứng với chữ số là: 4,3,2. Hai chữ số đầu tiên tạo số 43. Chữ số thứ 3 (2) là lũy thừa của 10. Cách tính như sau:
43×10^2=4300Ω
Ví dụ: Một điện trở có các vạch màu xanh dương, vàng, đỏ, nâu, nâu, ứng với các chữ số là 6,4,2,1,1. Giá trị được tính như sau:
642×10^1±1%=6420Ω±1%
Tại sao có sự khác biệt giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực tế?
Giá trị đo được không bao giờ chính xác nhưng phải ở trong khoảng dung sai của điện trở.
Ví dụ: Điện trở 100 Ω với dung sai 5% có thể đo được trong khoảng từ 95 Ω đến 105 Ω.
Làm thế nào để tính toán khoảng dung sai?
Khoảng dung sai của điện trở được tính bằng phần trăm giá trị lý thuyết.
Ví dụ: Điện trở 220 ohm Ω với dung sai 10%. Do đó, giá trị của dung sai
220×10%=22
Do đó, khoảng dung sai 220±22, giá trị nằm trong khoảng từ 198 đến 242, đôi khi được ghi chú [198,242]
Làm thế nào để biết hướng đọc các vạch màu của điện trở?
Thông thường, vạch màu đầu tiên sát với cạnh nhất. Vạch dung sai nằm xa hơn so với những vạch trước đó.
Làm thế nào để viết giá trị của một điện trở?
Thông thường các tiền tố sẽ được thêm vào sau giá trị điện trở
Ví dụ: 12 kΩ =12000 Ω
Ví dụ: 3,4 MΩ =3400000 Ω
Điện trở 3 vạch màu có tồn tại không?
Một điện trở có tối thiểu 4 vạch màu, nhưng đôi khi, vạch cuối sẽ bị bỏ qua. Vì nó chỉ thể hiện dung sai, lúc đó có thể hiểu giá trị dung sai cao nhất: 20%
Các trang web đọc điện trở
Có một số trang web có thể hỗ trợ tính toán giá trị điện trở:
Các bạn có thể lên Google tìm: Resistor Color Code Calculator
Hoặc tham khảo link: https://www.allaboutcircuits.com/tools/resistor-color-code-calculator/
Đọc giá trị điện trở số
Mã 3 chữ số
Điện trở SMD tiêu chuẩn được thể hiện bằng mã 3 chữ số. Hai số đầu tiên sẽ cho biết giá trị thông dụng, và số thứ ba số mũ của mười, có nghĩa là hai chữ số đầu tiên sẽ nhân với số mũ của 10. Điện trở dưới 10Ω không có hệ số nhân, ký tự ‘R’ được sử dụng để chỉ vị trí của dấu thập phân.
Ví dụ mã gồm 3 chữ số:
220 = 22 x 10^0=22Ω
471 = 47 x 10^1=470Ω
102 = 10 x 10^2=1000Ω hoặc 1kΩ
3R3 = 3,3Ω
Mã gồm 4 chữ số
Mã 4 chữ số tương tự như mã ba chữ số trước đó, sự khác biệt duy nhất là ba chữ số đầu tiên sẽ cho chúng ta biết giá trị của trở, và số thứ tư là số mũ của 10 hay có thể hiểu có bao nhiêu số 0 để thêm phía sau 3 chữ số đầu tiên. Điện trở dưới 100Ω được biểu thị thêm chữ ‘R’, cho biết vị trí của dấu thập phân.
Ví dụ mã gồm 4 chữ số:
4700 = 470 x 10^0= 470Ω
2001 = 200 x 10^1= 2000Ω hoặc 2kΩ
1002 = 100 x 10^2 = 10000Ω hoặc 10kΩ
15R0 = 15.0Ω
EIA-96
Gần đây, một hệ thống mã hóa mới (EIA-96) đã xuất hiện trên điện trở SMD 1%. Nó bao gồm một mã gồm ba ký tự: 2 số đầu tiên sẽ cho chúng ta biết giá trị điện trở (xem bảng tra cứu bên dưới) và ký tự thứ ba (một chữ cái) sẽ cho biết số nhân.
Ví dụ về mã EIA-96:
01Y = 100 x 0,01 = 1Ω
68X = 499 x 0,1 = 49,9Ω
76X = 604 x 0,1 = 60,4Ω
01A = 100 x 1 = 100Ω
29B = 196 x 10 = 1,96kΩ
01C = 100 x 100 = 10kΩ
Ghi chú:
- Điện trở dán được kí hiệu bằng mã 3 chữ số và dấu gạch ngang ngay dưới một trong các chữ số biểu thị thay cho R (dấu thập phân). Ví dụ: 122= 1,2kΩ 1%. Một số nhà sản xuất gạch dưới cả ba chữ số – đừng nhầm lẫn điều này.
- Khi ta thấy trên điện trở dán có kí hiệu M, đó là biểu thị cho giá trị milli Ôm .Ví dụ: 1M50 = 1,50mΩ, 2M2 = 2,2mΩ.
- Kí hiệu hiển thị giá trị của điện trở SMD cũng có thể được đánh dấu bằng một thanh dài trên đầu (1m5= 1.5mΩ, R001 = 1mΩ, vv) hoặc một thanh dài dưới mã (101= 0.101Ω, 047 = 0.047Ω). Gạch chân được sử dụng thay thế cho “R” do không gian hạn chế trên thân của điện trở. Vì vậy, ví dụ, R068 trở thành 068 = 0,068Ω (68mΩ).
Kết
Điện trở là một linh kiện rất cơ bản trong điện tử học. Cách tính toán và cách sử dụng rất đa dạng.
Nếu bạn thấy bài viết này có ích, hãy chia sẻ và tham gia nhóm Nghiện lập trình để giao lưu nhé
