Điện trở (thiết bị điện tử)

Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm hai điểm tiếp xúc, thường được sử dụng để giới hạn dòng điện trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, là điểm cuối trong hệ thống truyền điện và có trong nhiều ứng dụng khác. Điện trở công suất có thể tiêu tán năng lượng điện thành nhiệt năng trong các bộ điều khiển động cơ và các hệ thống phân phối điện. Các điện trở thường có trở kháng cố định, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động. Biến trở là loại điện trở có thể điều chỉnh được trở kháng như các núm vặn điều chỉnh âm lượng. Các loại cảm biến có điện trở thay đổi như cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học.

Điện trở là một loại linh kiện phổ biến trong mạng lưới điện và các mạch điện tử. Thực tế, điện trở có thể được cấu tạo từ nhiều thành phần riêng rẽ và có nhiều hình dạng khác nhau. Ngoài ra, điện trở còn có thể tích hợp trong các vi mạch IC.

Điện trở được phân loại dựa trên khả năng chịu nhiệt, trở kháng và các đặc tính khác, tất cả đều được ký hiệu trên sản phẩm bởi các nhà sản xuất.

Ký hiệu và quy ước

Ký hiệu của điện trở trong một Sơ đồ mạch điện có sự thay đổi tùy theo từng tiêu chuẩn quốc gia khác nhau. Thường có hai loại phổ biến như sau;

• Ký hiệu điện trở kiểu Mỹ. (a) Điện trở thường, (b) Biến trở, và (c) Chiết áp
• Ký hiệu điện trở theo tiêu chuẩn (IEC)

Trong đọc tài liệu nước ngoài, các giá trị được ghi trên điện trở thường được quy ước theo tiêu chuẩn IEC 6006, bao gồm một chữ cái xen kẽ với các chữ số. Điều này giúp thuận tiện trong đọc và ghi các giá trị, phân cách các số thập phân bằng một chữ cái. Ví dụ 8k2 có nghĩa là 8.2 kΩ, 1R2 nghĩa là 1.2 Ω, và 18R có nghĩa là 18 Ω.

Cơ chế hoạt động

Luật Ohm

Đặc tính của một điện trở lý tưởng được miêu tả bởi định luật Ohm như sau:

$U=IR$

Định luật Ohm nói rằng: điện áp (U) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) và hằng số này là điện trở (R).

Ví dụ: Nếu một điện trở 300 Ω (Ohm) được nối vào điện áp một chiều 12V, thì cường độ dòng điện đi qua điện trở là 12 / 300 = 0.04 Amperes.

Điện trở thực tế cũng có một số yếu tố như điện cảm và điện dung ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều.

Đơn vị

Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị trong hệ SI của điện trở, được đặt theo tên Georg Simon Ohm. Một ohm tương đương với volt/ampere. Các điện trở có nhiều giá trị khác nhau bao gồm milliohm (1 mΩ = 10 Ω), kilohm (1 kΩ = 10^3 Ω), và megohm (1 MΩ = 10^6 Ω).

Điện trở nối tiếp và song song

Điện trở song song

$\frac{1}{R_{tb}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\cdots <!--\; \cdots \; -->+\frac{1}{R_n}$

<=> $R_{tb}=R_1\Vert <!--\; \Vert \; -->R_2=\frac{R_1{R}_2}{R_1+R_2}$

Điện trở nối tiếp

$R_{tb}=R_1+R_2+\cdots <!--\; \cdots \; -->+R_n$

Điện trở hỗn hợp

$R_{tb}=\left(R_1\Vert <!--\; \Vert \; -->R_2\right)+R_3=\frac{R_1{R}_2}{R_1+R_2}+R_3$

Công suất tiêu thụ

Trong mọi thời điểm, Công suât P(watt) tiêu thụ bởi một điện trở có trở kháng R(Ohm) được tính bởi công thức:$P=I^{2}R=IV$

 Với V (volts) là điện áp trên điện trở và I (amps) là dòng điện đi qua nó.

Sử dụng định luật Ohm. Điện năng bị chuyển hóa tiêu tán thành nhiệt năng điện trở.

Điện trở công suất thường được định mức theo công suất tiêu tán tối đa, trong hệ thống các linh kiện điện ở trạng thái rắn, điện trở công suất được định mức ở 1/10, 1/8 và 1/4 watt. Điện trở thường tiêu thụ thấp hơn giá trị định mức ghi trên điện trở.

Mã màu trên điện trở

Trong hình

• Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau:
  R = 45 × 10 Ω = 4,5 KΩ
  Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tương ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu kim loại vàng.
• Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau:
  R = 380 × 10 Ω = 380 KΩ
  Bởi vì cam tương ứng với 3, xám tương ứng với 8, đen tương ứng với 0, và cam tương ứng với giá trị số mũ 3. Vòng cuối cho biết giá trị sai số là 2% ứng với màu đỏ.
• Điện trở ở vị trí bên phải có giá trị được tính như sau:
  R = 527 × 10 Ω = 5270 KΩ
  Bởi vì xanh lục tương ứng với 5, đỏ tương ứng với 2, và tím tương ứng với 7, vàng tương ứng với số mũ 4, và nâu tương ứng với sai số 1%. Vòng màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ là 10 PPM/°C.

Lưu ý: Để tránh nhầm lẫn khi đọc giá trị các điện trở, đối với các điện trở có từ 5 vòng màu trở xuống, vị trí không có vòng màu sẽ được đặt về phía bên phải trước khi đọc giá trị. Với các điện trở có độ chính xác cao và thay đổi theo nhiệt độ, vòng màu tham số nhiệt sẽ có chiều rộng lớn hơn và cũng được đặt về phía bên phải trước khi đọc giá trị.

• Điện trở cố định thường có sai số lên đến 20%, tức là giá trị có thể dao động xung quanh giá trị danh định lên đến 20%. Do đó, không cần thiết phải có tất cả các giá trị như 10, 11, 12, 13,... Các mạch điện thông thường đều chấp nhận sai số theo thiết kế, nên chỉ cần các giá trị như 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 150, 200,... là đủ.

Quy ước trên sơ đồ nguyên lý

Trên sơ đồ nguyên lý, điện trở được biểu thị bằng một hình chữ nhật dài. Trên thân có các đường vạch để phân biệt công suất của điện trở. Cách đọc theo quy ước sau:

Hai đường vạch chéo (//)= 0,125w

Một đường vạch chéo (/)= 0,25w

Một đường vạch ngang (-)= 0,5w

Một đường vạch đứng (|)= 1,0w

Hai đường vạch đứng (||)= 2,0w

Hai đường vạch chéo vào nhau (\/)= 5,0w

Có (X)= 10,0w

• bên cạnh ghi giá trị của điện trở. Đôi khi không ghi rõ đơn vị. Đọc theo quy ước sau:

Từ 1 ohm đến 999 ohm được ghi là 1 đến 999

Từ 1000 ohm đến 999000 ohm được ghi là 1K đến 999K

Từ 1 Megaohm trở lên được ghi là 1,0; 2,0; 3,0... 5,0... 10,0... 20,0...

Các tính chất không hoàn hảo trên điện trở

Trên thực tế, điện trở thường có sự tồn tại của các thành phần cảm ứng nối tiếp và một ít dung tích điện song song. Đây là những tính chất quan trọng đối với các ứng dụng hoạt động ở tần số cao. Trong các bộ khuếch đại yêu cầu độ ồn thấp, các tác động của điện trở vẫn có thể xảy ra.

Hệ số nhiệt độ trên điện trở cũng có thể ảnh hưởng đến các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

Độ tự cảm, tác động nhiễu và hệ số nhiệt độ trên điện trở đều phụ thuộc vào công nghệ sản xuất.

Các loại điện trở có giá trị cố định

Điện trở làm từ chất chì

Thông qua lỗ thành phần thường có 'lớp' (phát âm là /lēdz/) rời khỏi cơ thể 'trục', nghĩa là, trên một bề mặt phù hợp với trục dài nhất của một thành phần. Những thành phần khác có thể được lắp vào từ bên trong của họ. Các thành phần khác có thể là SMT (bề mặt gắn kết công nghệ), trong khi các điện trở công suất cao có thể có các dẫn được thiết kế trên bề mặt tản nhiệt.

Điện trở hợp chất than

Điện trở hợp chất than bao gồm ống điện trở với lõi chì hoặc lá kim loại được ngâm bên trong. Bề mặt bên ngoài được bảo vệ bằng lớp sơn hoặc nhựa. Vào đầu thế kỷ 20, điện trở không được bao bọc bằng lớp vỏ cách điện, dây dẫn được cuốn quanh 2 đầu và hàn lại, sau đó được sơn mã vạch giá trị của điện trở.