1. Giới thiệu chung

Điện trở là một trong những linh kiện phổ biến trong các linh kiện điện tử. Điện trở có nhiều cấu trúc khác nhau và cũng đa dạng về kích thước.

Chức năng cơ bản của điện trở là “cản trở”, điều chỉnh và thiết lập dòng điện đi qua nó. Điện trở có thể được mắc nối tiếp hoặc song song với nhau để hoạt động như một bộ chia điện áp hoặc giới hạn dòng điện trong mạch.

Hình 1.1: Một loại điện trở phổ biến

Điện trở là linh kiện thụ động, nó không chứa năng lượng cũng như không có tác dụng khuếch đại mà chỉ làm giảm điện áp hoặc dòng điện đi qua nó. Nói cách khác, điện trở làm tiêu tán năng lượng thông qua nhiệt năng tỏa ra trên nó.

Hầu hết các loại điện trở là linh kiện tuyến tính, điện áp rơi trên chúng khi có dòng điện chạy qua tuân theo Định luật Ohm.

Có rất nhiều loại điện trở khác nhau, mỗi loại có đặc tính (độ ổn định, điện áp, dòng điện định mức,…) và độ chính xác khác nhau, phù hợp với lĩnh vực, ứng dụng.

Một số tham số: hệ số nhiệt, hệ số điện áp, nhiễu, đáp ứng tần số, công suất.

Trong sơ đồ nguyên lý của các mạch điện-điện tử, điện trở có giá trị xác định được kí hiệu hình zig-zag (Mỹ) hoặc hình chữ nhật (châu Âu), giá trị được chú thích ở phía trên như sau:

Hình 1.2: Kí hiệu điện trở được sử dụng (a) ở Mỹ; (b) ở châu Âu

Giá trị điện trở có thể rất nhỏ (dưới 1 Ohm) hoặc lên tới hàng chục triệu Ohm.

Ngoài ra, mạch điện tử còn sử dụng biến trở (variable resistor hoặc potentiometers). Giá trị của biến trở có thể thay đổi vô hạn trong khoảng từ 0Ω đến giá trị lớn nhất.

2. Phân loại

Hiện nay, điện trở có thể được phân ra làm 3 loại chính:

- Carbon Composition Resistor (điện trở hợp chất carbon): được tạo ra từ bột carbon hoặc bột graphit, có công suất thấp.

- Film or Cermet Resistor (điện trở film hoặc gốm): được tạo ra từ bột ô-xit kim loại, có công suất rất thấp.

- Wire-wound Resistor (điện trở dây cuốn): có thân kim loại để tản nhiệt, có công suất rất cao.

Mỗi loại điện trở trên đều có những tính chất, ưu điểm, nhược điểm riêng.

Sau đây, chúng ta cùng nghiên cứu từng loại điện trở này.

3. Cấu tạo của các loại điện trở

3.1. Điện trở carbon

Điện trở carbon là loại điện trở phổ biến nhất, được sử dụng trong các mạch điện, điện tử thông dụng do có giá rẻ. Thành phần có tác dụng “cản trở” dòng điện được tạo ra từ hợp chất tro than hoặc bột than chì (graphite) và bột gốm không dẫn điện.

Hình 2.1: Điện trở carbon

Giá trị điện trở được xác định thông qua tỉ lệ than chì và gốm. Tỉ lệ này cao thì giá trị điện trở thấp và ngược lại. Hiểu nôm na là than chì dẫn điện, càng nhiều than chì thì điện trở dẫn điện càng tốt nên giá trị càng nhỏ.

Hỗn hợp này được tạo hình thành hình trụ với 2 dây kim loại được gắn ở mỗi đầu tạo kết nối điện. Khối này được bọc lớp cách điện bên ngoài và được sơn các vòng màu để kí hiệu giá trị. Cấu tạo của điện trở carbon được mô tả như hình dưới đây:

Hình 2.2: Cấu tạo điện trở carbon

Điện trở này có công suất từ nhỏ đến trung bình (0.25W đến 5W), điện cảm thấp. Chúng phù hợp với các ứng dụng tần số cao, có khả năng chịu được nhiễu và ổn định nhiệt lớn.

Về kí hiệu, điện trở carbon thường được bắt đầu bằng CR (Carbon Resistor).

Ví dụ CR10KΩ theo sau là các kí hiệu thể hiện giá trị dung sai, như: E6 (±20%), E12 (±10%) và E24 (±5%).

Điện trở carbon rất rẻ nên được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, quy trình sản xuất gây ra dung sai lớn nên với các ứng dụng cần điện trở có giá trị lớn và dung sai nhỏ thì người ta dùng điện trở film.

3.2. Điện trở film

Thành phần, cấu tạo

Điện trở film thường được tạo ra từ kết tủa kim loại tinh khiết (như niken) hoặc màng oxit (như oxit thiếc) vào trụ gốm cách điện hoặc chất nền.

Hình 2.3: Điện trở film

Giá trị điện trở được điều chỉnh bằng cách thay đổi chiều dày của màng kết tủa. Vì vậy, loại điện trở này được được gọi bằng tên tiếng Anh là thick-film resistor hoặc thin-film resistor.

Khi kết tủa, tia laser được dùng để cắt một đường xoắn ốc có độ chính xác cao vào phần kết tủa này. Đường này làm thay đổi khả năng dẫn điện của điện trở, điều này giống như tạo ra một cuộn dây dẫn.

Phương pháp sản xuất này cho phép tạo ra điện trở có dung sai nhỏ (dưới 1%) đơn giản điện trở carbon. Điện trở film cũng có giá trị cao hơn các loại khác, có thể đạt đến 10MΩ.

Hình 2.4: Cấu trúc điện trở film

Phân loại điện trở film

Điện trở film bao gồm các loại:

- Metal film hay film kim loại.

- Carbon film hay film carbon.

- Metal-oxide film  hay film oxit kim loại.

Điện trở film carbon (carbon film) có dung sai thấp hơn điện trở hợp chất carbon. Kí hiệu bắt đầu bằng CF. Vví dụ điện trở 10kΩ: CF10kΩ.

Điện trở film kim loại (metal film) có độ ổn định nhiệt tốt hơn, nhiễu thấp hơn điện trở film carbon tương đương. Vì vậy chúng thường được được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao. Loại điện trở này có dung sai E24 (±5%, ±2%), E96 (±1%) và E192 (±0.5%). Công suất định mức từ 0.05 đến 0.5W. Nói chung, điện trở film và  điện trở film kim loại có công suất thấp.

Điện trở film oxit kim loại (metal-oxide film) có khả năng chịu dòng định mức ở nhiệt độ cao tốt hơn điện trở film kim loại tương đương.

3.3. Điện trở dây cuốn

Điện trở dây cuốn được tạo ra bằng cách cuốn dây hợp kim (như niken-crôm) quanh vật liệu sứ cách điện để tạo hình xoắn ốc giống.

Hình 2.5: Điện trở dây cuốn

Diện trở này thường có giá trị rất nhỏ (từ 0.01 đến 100KΩ) nhưng có độ chính xác cao. Chúng có thể dùng trong các mạch đo hoặc mạch cầu Wheatstone.

Điện trở dây cuốn chịu dòng cao hơn các loại điện trở khác có cùng giá trị. Công suất định mức lên tới 300W. Chúng thường được đặt trong tản nhiệt nhôm và có thể được gắn thêm quạt làm mát.

Dây điện trở được cuốn quanh lõi gốm hoặc sứ, phủ lớp mi ca bên ngoài để tránh việc chúng bị dịch chuyển khi nóng lên. Điện trở dây cuốn rất đa dạng về giá trị và công suất định mức. Với công dụng chính là phần tử tỏa nhiệt, biến dòng điện qua nó thành nhiệt lượng, lên tới 1kW.

Do cấu tạo dạng dây cuốn nên chúng hoạt động như một cuộn cảm kết hợp với điện trở. Việc này tạo ra hiện tượng dịch pha trong mạch điện xoay chiều. Khi đó, trở kháng Z của điện trở được tạo nên từ điện trở R và điện dung Z được tính bằng Z2 = R2 + X2. Trong đó, dòng điện xoay chiều AC có tần số f, cảm kháng X được tính như sau::

XL = 2πƒL

Do đó, cảm kháng của điện trở dây cuốn sẽ thay đổi với theo tần số của dòng điện. Vì vậy, loại điện trở này được thiết kế chỉ dùng cho dòng diện một chiều.

Figure 2.6: Cấu trúc điện trở dây cuốn

Kí hiệu bắt đầu bằng “WH” hoặc “W”, ví dụ WH10Ω. Sử dụng vỏ nhôm (dung sai ±1%, ±2%, ±5% và ±10%) hoặc vỏ sứ tráng men (dung sai ±1%, ±2% và ±5%).

Cám ơn các bạn đã theo dõi.

Author Since: Jul 02, 2018

Related Post