Điện trở

Điện trở là gì ?

Điện trở là một đại lượng vật lí biểu thị đặc tính cản trở dòng điện của một vật có khả năng cho dòng điện chạy qua. Vật nào dẫn điện càng tốt thì điện trở của nó càng nhỏ và ngược lại. Trong kĩ thuật, có một loại linh kiện điện tử thụ động cũng được gọi là điện trở mà khả năng cản trở dòng điện của nó đã được xác định (có định lượng rõ ràng).

Linh kiện điện tử thụ động là những linh kiện không cần nguồn cấp năng lượng để duy trì khả năng hoạt động của chính nó. Có 4 loại linh kiện thụ động là:

• Điện trở
• Tụ điện
• Cuộn cảm
• Đi-ốt (diode)

Như vậy, trong giao tiếp cần phân biệt rõ khái niệm điện trở là một đại lượng vật lí hay tên một linh kiện điện tử để tránh gây hiểu nhầm. Trong khuôn khổ bài viết này, mình sẽ giới thiệu đến các bạn khái niệm điện trở như là một linh kiện điện tử.

Kí hiệu điện trở trong mạch điện

Cách mắc điện trở trong mạch điện

Mắc nối tiếp

Điện trở tương đương của hệ này là: R = R₁ + R_2.

Nếu mắc nhiều điện trở nổi tiếp thì: R = R₁ + R₂ + ... + R_n.

Mắc song song

Điện trở tương đương của hệ này là: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ hay R = (R₁ x R₂) / (R₁ + R₂).

Nếu mắc nhiều điện trở nổi tiếp thì: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ... + 1/R_n hay R = (R₁ x R₂ x ... x R_n) / (R₁ + R₂ + _... + R_n).

Mắc hỗn hợp

Điện trở tương đương của hệ này là: R = R₁ + (R₂ x R₃) / (R₂ + R₃).

Phân loại điện trở

Ở đây mình sẽ đề cập đến 3 loại điện trở mà bạn sẽ gặp khi nghiên cứu về Arduino, ngoài ra còn có nhiều loại điện trở khác dùng trong công nghiệp hay điện dân dụng.

Điện trở thường

Là loại điện trở thường sử dụng nhất. Đặc điểm của nó là:

• Công suất hoạt động (tỏa nhiệt) thấp: 0.125W đến 0.5W.
• Độ chính xác không cao: sai số thường dao động khoảng +/- 5% trở lên.
• Giá thành rẻ.
• Dễ mua được ở bất kì đâu.

Một số loại điện trở thường được thiết kế đặc biệt để chịu được cường độ dòng điện lên tới hàng ampe, công suất từ 1W trở lên được gọi là điện trở công suất. Chúng thường có kích thước lớn hơn so với các điện trở khác. Bạn có nhìn thấy nó trên hình không ?

Điện trở dán

Là loại điện trở có kích thước cực nhỏ thường dùng trong những mạch đòi hỏi sự nhỏ gọn. Đặc điểm của nó là:

• Công suất hoạt động (tỏa nhiệt) cực thấp: dưới 0.125W (dễ cháy nếu dùng không cẩn thận).
• Độ chính xác cực cao: sai số chỉ +/- 1% trở xuống.
• Giá thành cao: cao hơn điện trở thông thường khoảng 20%.
• Khó mua: thường thì chỉ có những chỗ chuyên bán hàng điện tử mới có bán.

Điện trở dán thường có kích thước cỡ bằng đầu bút bi, một số loại thì nhỏ cỡ thế này này ...

Biến trở (chiết áp)

Đây thực chất chỉ là một loại điện trở mà trị số của nó có thể thay đổi được. Biến trở thường có các loại :1K Ohm, 10K Ohm, 100K Ohm,...

Cấu tạo

Biến trở thường có 3 chân 1,2,3 như hình vẽ sau:

Phần màu vàng là một lớp điện trở. Cây kim màu xanh được đè chặt xuống phần điện trở này. Giả sử có dòng điện đi từ 1 đến 3 thì nó sẽ phải qua phần màu vàng (được tô đỏ) và đó chính là điện trở hiện tại của biến trở. Bạn chỉ việc vặn cây kim để tăng giảm độ dài của vùng màu đỏ, qua đó tăng giảm giá trị điện trở.

Cầu phân áp

Cầu phân áp có cấu tạo gần giống như một biến trỡ, cũng gồm một hệ gồm 2 điện trở nối tiếp nhau có tác dụng phân chia điện áp U từ nguồn điện ra ra điện áp theo ý muốn của người dùng.

Điện áp U' lấy ra sẽ được tính bởi công thức: U' = U  / (R₁ + R₂) x R₂. Trong đó I = U / (R₁ + R₂) chính là cường độ dòng điện trong mạch.

Như vậy:

• Nếu R₁ = 0 ohm, điện áp lấu ra bằng điện áp của nguồn.
• Nếu R₂ = 0 ohm, điện áp lấy ra luôn là 0V.
• Nếu R₁ = R₂, điện áp lấy ra bằng một nửa điện áp của nguồn.

Tham khảo ứng dụng của biến trở trong bài viết Đọc điện áp điều chỉnh bởi biến trở.

Lưu ý:

Trong điều khiển động cơ, về mặt lí thuyết có thể điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh biến trở để thay đổi cường độ dòng điện trong mạch. Trên thực tế nếu áp dụng cách này, biến trở sẽ bị cháy ngay lập tức do không chịu được cường độ dòng điện quá lớn đi qua nó (thường là hàng trăm miliampe trở lên).

Thay vào đó, người ta dùng biến trở để thay đổi điện áp hoạt động của động cơ và dùng transistor (hoặc linh kiện tương đương) để cấp dòng qua động cơ ở mức điện áp này. Như vậy, biến trở đã đóng vai trò là một cầu phân áp như đã trình bày ở trên.

Đọc trị số của điện trở

Điện trở thường

Trên điện trở thường, người ta dùng các vòng màu để biểu thị các con số ứng với các thông số của điện trở.

Ở loại điện trở có 4 vòng màu:

• 3 vòng màu đầu tiên là giá trị điện trở.
• 1 vòng màu còn lại là sai số của điện trở (thường là nhũ vàng +/- 5%).

R1 có giá trị là: 45 (vàng - lục) x 10² (đỏ) = 4500 ohm = 4.5K Ohm. Sai số +/- 5% (nhũ vàng/hoàng kim).

Ở loại điện trở có 5 vòng màu:

• 4 vòng đầu tiên là trị số của điện trở.
• 1 vòng còn lại là sai số của điện trở.

R2 có giá trị là: 380 (cam - xám - đen) x 10³ (cam) = 380,000 Ohm = 380K Ohm. Sai số +/- 1% (đỏ).

Ở loại điện trở có 6 vòng màu:

• 4 vòng đầu tiên là trị số của điện trở.
• 1 vòng tiếp theo là sai số của điện trở .
• 1 vòng cuối cùng là sai lệch trị số điện trở theo nhiệt độ.

R3 có giá trị là: 527 (lục - đỏ - tím) x 104 (vàng) = 5,270,000 Ohm = 5.27M Ohm. Sai số +/- 0.25% (lam). Thay đổi theo nhiệt độ 10 PPM/^oC (lam).

Điện trở dán

Lưu ý:

Những điện trở có giá trị cỡ vài chục ohm thường chỉ có 2 chữ số, chữ số thứ 3 đã bị lược bỏ.

Những điện trở có trị số cỡ vài ohm thường có chữ "R" đứng phía sau. Ví dụ: 3R = 3 ohm.

Ứng dụng

Đây là các ứng dụng của điện trở trong mạch điện một chiều:

• Làm mạch cầu phân áp để lấy ra một mức điện áp theo ý muốn từ điện áp ban đầu.
• Điều chỉnh cường độ dòng điện đi qua các thiết bị điện.
  • Lấy ví dụ đơn giản: một chân trên Arduino chỉ cho phép dòng điện tối đa 40mA chạy qua. Do đó khi sử dụng chân này, ta phải mắc nối tiếp vào đó một điện trở có trị số sao cho cường độ dòng điện qua chân này không vượt quá 40mA.
• Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết.
• Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp. 

... và một số ứng dụng khác.