1. Đặt vấn đề

Dung sai hay sai số một điện trở là sự chênh lệch lớn nhất giữa giá trị thực và giá trị mong muốn của điện trở đó. Giá trị này thường được viết dưới dạng cộng/trừ phần trăm.

Ví dụ: Một loại điện trở có ghi thông số 1kΩ ±20% thì

Giá trị thực tế lớn nhất có thể có là 1.000Ω + 20% = 1.200Ω

Giá trị thực tế nhỏ nhất có thể có là 1.000Ω - 20% = 800Ω

=> Với dung sai 20%, điện trở 1kΩ cho giá trị từ 800Ω đến 1200Ω. Như vậy chênh lệch nhau 400Ω vẫn được coi là điện trở 1kΩ.

Với ứng dụng thông thường, điện trở có dung sai 20% có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, các mạch có chức năng đặc biệt như mạch lọc, so sánh, dao động,  cao tần,… thì cần điện trở cần độ chính xác cao hơn, dung sai 2%, 1% thậm chí 0,5%.

Khi thiết kế, lựa chọn điện trở, ta thấy những giá trị được các nhà sản xuất đưa ra như 4,7KΩ, 220Ω, 180Ω,… Các con số này ở đâu ra? Tại sao lại như vậy? Phần tiếp theo sẽ giải thích cách đưa ra các giá trị điện trở tham chiếu này.

2. Bảng giá trị điện trở theo chuẩn EIA

Những năm đầu của thế kỷ 20, giá trị điện trở chuẩn hay hệ thống giá trị điện trở tham chiếu được Hiệp hội điện tử công nghiệp (Electronic Industries Association – EIA) và các chuyên gia đề xuất. Thời kì đầu, hầu hết điện trở lúc đó là điện trở than chì, được chế tạo với dung sai lớn. Giá trị của điện trở được chọn dựa trên dung sai mà các nhà sản xuất có thể chế tạo sao cho chúng phủ hết tất cả các giá trị.

2.1. Cách xây dựng giá trị tham chiếu

Ví dụ 1:

Xét điện trở có dung sai 10% trong dải từ 100Ω đến 1000Ω. Lấy giá trị đầu tiên là 100Ω. Như vậy, điện trở có giá trị từ 90Ω đến 110Ω đều được coi là điện trở 100Ω (dung sai 10%). Giá trị điện trở tiếp theo cần chế tạo là 120Ω. Vì khi tính thêm dung sai thì các điện trở có giá trị từ (120-12)Ω đến (120+12)Ω (làm tròn thành 110 Ω đến 130Ω) đều được coi là điện trở 120Ω. Từ đó, các giá trị điện trở (được làm tròm) trong dải từ 100Ω đến 1000Ω là 100Ω, 120Ω, 150Ω,...

Từ đó, ta sẽ xây dựng một công thức tổng quát để xác định các giá trị tham chiếu trong dải từ 100Ω đến 1000Ω với một dung sai x% cho trước như sau:

- Giá trị điện trở đang xét là a.

- Với dung sai x% thì giá trị cận dưới và cận trên lần lượt là: \frac{{100 - x}}{{100}}a\frac{{100 + x}}{{100}}a.

=> Giá trị a đại diện cho các điện trở trong khoảng \frac{{100 - x}}{{100}}a; \frac{{100 + x}}{{100}}a hay giá trị đại diện gấp cận dưới \frac{{100}}{{100 - x}} lần.

=> Để lấp kín hết các giá trị điện trở và đảm bảo các khoảng giá trị này không bị đè lên nhau thì \frac{{100 + x}}{{100}}a phải là cận dưới của khoảng tiếp theo.

Từ đó, tính được giá trị đại diện trong khoảng tiếp theo là: \frac{{100 + x}}{{100}}a \times \frac{{100}}{{100 - x}} hay \frac{{100 + x}}{{100 - x}}a.

Ta có thể thấy, các giá trị điện trở đại diện cho các khoảng là một cấp số nhân với công bội là \frac{{100 + x}}{{100 - x}}.

Xét điện trở trong dải 100 đến 1000Ω. Gọi n là số giá trị điện trở trong dải đang xét ứng với dung sai x%. Từ công thức tính phần tử thứ n trong cấp số nhân, việc tìm được n thông qua công thức sau:

100 \times {\left( {\frac{{100 + x}}{{100 - x}}} \right)^{n - 1}} = 1000

Như vậy, với một dung sai x% nhất định sẽ có một số lượng n giá trị điện trở trong khoảng từ 100 đến 1000Ω. Về mặt định tính ta thấy, khi dung sai càng nhỏ thì số lượng giá trị điện trở càng tăng.

Với dung sai x% cho trước, ta có thể tính được giá trị điện trở tham chiếu tiếp theo. Ta có thể xét ví dụ sau để giải thích cho những con số ở ví dụ 1.

Ví dụ 2: Các giá trị điện trở tham chiếu đầu tiên trong khoảng 100 đến 1000Ω với dung sai 10% là:

100 \times \left( {\frac{{100 + 10}}{{100 - 10}}} \right) = 122.2 \approx 120

100 \times {\left( {\frac{{100 + 10}}{{100 - 10}}} \right)^2} = 149.4 \approx 150

100 \times {\left( {\frac{{100 + 10}}{{100 - 10}}} \right)^3} = 182.6 \approx 180

2.2. Bảng giá trị tham chiếu chuẩn

Từ cách tính số lượng giá trị, người ta chuẩn hóa và đưa ra một khái niệm chuỗi giá trị tham chiếu gọi là E-Series. Với chữ số theo “E” chỉ số lượng giá trị điện trở trong một dải thập phân (từ 0 đến 10, từ 10 đến 100, từ 100 đến 1000,…) đang xét. Các chuỗi “E” được hiểu như sau:

E6: Có 6 giá trị điện trở trong dải thập phân với dung sai 20%

E12: Có 12 giá trị điện trở trong dải thập phân với dung sai 10%

E24: Có 24 giá trị điện trở trong dải thập phân với dung sai 5%

E48: Có 48 giá trị điện trở trong dải thập phân với dung sai 2%

E96: Có 96 giá trị điện trở trong dải thập phân với dung sai 1%

E192: Có 192 giá trị điện trở trong dải thập phân với dung sai 0.5%

Dưới đây là bảng các giá trị điện trở cụ thể trong dải từ 100Ω đến 1000Ω.

Bảng 1: Giá trị điện trở chuẩn EIA trong dải 100 đến 1000

Với dải khác, ta chỉ cần nhân hoặc chia các giá trị cho lũy thừa của 10. Như vậy, ta có thể tính được giá trị điện trở tham chiếu bất kì.

Ví dụ 3:

Xét điện trở 330Ω trong chuỗi E12 (dung sai 10%). Ta thấy giá trị này đang ở dải 100 đến 1000. Giá trị điện trở của chuỗi E12 trong các dải khác như sau:

- 0 đến 10: 330 : 100 = 3.3Ω

- 10 đến 100: 330 : 10 = 33Ω

- 1.000 đến 10.000: 330 × 10 = 3.3kΩ

- 10.000 đến 100.000: 330 × 100 = 33kΩ

- 100000 đến 1.000.000: 330 × 1000 = 330kΩ

- 1.000.000 đến 10.000.000: 330 × 10000 = 3.3MΩ

3. Ứng dụng

Khi đã hiểu được giá trị điện trở chuẩn, các kỹ sư sẽ chủ động trong việc lựa chọn giá trị điện trở với dung sai thích hợp trong quá trình thiết kế. Điều này thực sự có ý nghĩa đối với các mạch điện đòi hỏi độ chính xác cao như lọc, so sánh, dao động, khuếch đại,…

Ngoài ra, nắm được điều này sẽ giúp cho kỹ sư có định hướng đúng đắn cho việc mua sắm vật tư, linh kiện điện trở cho phòng Lab sao cho phù hợp với các ứng dụng trong quá trình nghiên cứu, thử nghiệm.

Nếu ta mua những cuộn điện trở dạng reel như dưới đây sẽ cần đầu tư chi phí lớn thậm chí lãng phí trong quá trình nghiên cứu. Thông thường, cuộn điện trở này phù hợp hơn cho các máy hàn linh kiện trong dây chuyền sản xuất.

Hình 1: Cuộn điện trở được đóng gói dạng reel

Nếu ta trang bị điện trở dạng cut tap như hình 2 thì lại gây khó khăn cho quá trình lưu trữ, sử dụng lâu dài.

Hình 2: Điện trở được đóng gói dạng cut tape

Một lựa chọn khác phù hợp hơn với mục đích nghiên cứu, thiết kế thử nghiệm là kit điện trở. Mỗi kit có dải giá trị, kích thước (0201, 0402, 0805,…), số lượng điện trở mỗi loại (50 pc, 100pc,…), dung sai (E24, E48, E192,…) khác nhau.

Hình 3: Điện trở được đóng gói dưới dạng kit

Cám ơn các bạn đã theo dõi. Rất mong nhận được góp ý.

Nếu thấy hữu ích, các bạn hãy like, share ở các nút bên dưới để ủng hộ DientuSYNC.

Các bạn có thể download bài viết gốc dạng file word Tại đây

Link download này chứa quảng cáo, có thể khiến bạn không thoải mái, nhưng nó là một cách bạn ủng hộ tôi thực hiện các bài viết tốt hơn.

Xin chân thành cám ơn!

Author Since: Jul 02, 2018

Related Post