Chống điện: Điều gì và Nó Làm Gì? (Có Ví dụ)

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

Điều gì là một Điện trở?

Một điện trở (còn được gọi là điện trở điện) được định nghĩa là một phần tử điện thụ động hai đầu phần tử điện thụ động cung cấp điện trở cho dòng điện. Điện trở là một phép đo sự chống đối lại dòng điện trong điện trở. Càng lớn điện trở của một điện trở, càng lớn rào cản đối với dòng điện. Có nhiều loại loại điện trở khác nhau, như thermistor.

Trong mạch điện và điện tử, chức năng chính của điện trở là “chống” dòng electron, tức là dòng điện. Đó là lý do tại sao nó được gọi là “điện trở”.

Điện trở là các phần tử điện thụ động. Điều này có nghĩa là chúng không thể cung cấp năng lượng cho mạch, thay vào đó, chúng nhận năng lượng và tiêu tán nó dưới dạng nhiệt miễn là có dòng điện chảy qua nó.

Các điện trở khác nhau được sử dụng trong mạch điện và điện tử để hạn chế dòng điện hoặc tạo ra giảm áp. Điện trở có sẵn ở nhiều giá trị điện trở khác nhau, từ phân số Ohm (Ω) đến hàng triệu Ohm.

Theo định luật Ohm, điện áp (V) trên một điện trở tỷ lệ thuận với dòng điện (I) chảy qua nó. Trong đó, điện trở R là hằng số tỷ lệ.

Điện trở làm gì?

Trong mạch điện và điện tử, các điện trở được sử dụng để hạn chế và điều chỉnh dòng điện, phân chia điện áp, điều chỉnh mức tín hiệu, tạo điểm làm việc cho các phần tử hoạt động, v.v.

Ví dụ, nhiều điện trở được nối tiếp nhau để hạn chế dòng điện đi qua đi-ốt phát sáng (LED). Các ví dụ khác sẽ được thảo luận dưới đây.

Bảo vệ chống lại sự tăng đột ngột của điện áp

Mạch snubber là nơi mà một tổ hợp nối tiếp của điện trở và dien tu được kết nối song song với thyristor để kìm hãm sự tăng nhanh của điện áp trên thyristor. Điều này được gọi là mạch snubber dùng để bảo vệ thyristor khỏi điện áp cao $\frac{dv}{dt}$ .

Điện trở cũng được sử dụng để bảo vệ đèn LED khỏi sự tăng đột ngột của điện áp. Đèn LED nhạy cảm với dòng điện cao, do đó chúng sẽ bị hỏng nếu không có điện trở để kiểm soát dòng điện đi qua đèn LED.

Cung cấp điện áp phù hợp bằng cách tạo ra sự giảm điện áp

Mỗi phần tử trong mạch điện, như đèn hoặc công tắc, yêu cầu một điện áp cụ thể. Để đạt được điều này, điện trở được sử dụng để cung cấp điện áp phù hợp bằng cách tạo ra sự giảm điện áp trên các phần tử.

Điện trở được đo bằng đơn vị gì (Đơn vị điện trở)?

Đơn vị SI cho điện trở (điện trở được đo bằng) Ohm và được ký hiệu là Ω. Đơn vị ohm (Ω) được đặt tên để vinh danh nhà vật lý và toán học người Đức vĩ đại Georg Simon Ohm.

Trong hệ thống SI, một ohm bằng 1 volt trên ampe. Do đó,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

Vì vậy, điện trở cũng được đo bằng volt trên ampe.

Điện trở được sản xuất và chỉ định trong một phạm vi giá trị rộng. Do đó, các đơn vị dẫn xuất của điện trở được tạo theo giá trị của chúng như milliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohm (1 kΩ = 103 Ω) và megaohm (1 MΩ = 106 Ω), v.v.

Ký hiệu mạch điện trở điện tử

Có hai ký hiệu mạch chính được sử dụng cho điện trở điện. Ký hiệu phổ biến nhất cho điện trở là một đường ngoằn ngoèo được sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ.

Ký hiệu mạch khác cho điện trở là một hình chữ nhật nhỏ được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và châu Á, và được gọi là ký hiệu quốc tế cho điện trở.

Ký hiệu mạch cho điện trở được thể hiện trong hình ảnh dưới đây.

Ảnh chụp màn hình WeChat Doanh nghiệp_1710134355893.png — Biểu tượng Điện trở

Ảnh chụp màn hình WeChat Doanh nghiệp_1710134362141.png — Biểu tượng Điện trở

Điện trở nối tiếp và song song

Công thức cho điện trở nối tiếp

Mạch dưới đây hiển thị một số điện trở n được kết nối theo cách nối tiếp.

Nếu hai hoặc nhiều điện trở được kết nối theo cách nối tiếp, thì điện trở tương đương của các điện trở nối tiếp sẽ bằng tổng của các điện trở riêng lẻ của chúng.

Toán học, điều này được biểu diễn như sau

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

Trong kết nối串联的电阻中，流过每个单独电阻的电流保持恒定（即，通过每个电阻的电流相同）。请允许我继续完成剩余部分的翻译： ```html

Trong kết nối chuỗi, dòng điện đi qua mỗi bộ phận kháng riêng biệt vẫn giữ nguyên (tức là, dòng điện đi qua mỗi bộ phận kháng là như nhau).

Ví dụ

Như được thể hiện trong mạch dưới đây, ba bộ phận kháng 5 Ω, 10 Ω và 15 Ω được kết nối theo chuỗi. Tìm kháng tương đương của các bộ phận kháng được kết nối theo chuỗi.

Giải pháp:

Dữ liệu đã cho: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ và $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Theo công thức,

```

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

Do đó, chúng ta có điện trở tương đương của các điện trở nối tiếp là 30 Ω.

(lưu ý rằng sơ đồ mạch trên ghi là 25 Ω. Đây là lỗi đánh máy, đáp án chính xác là 30 Ω)

Công thức cho Điện trở song song

Sơ đồ dưới đây cho thấy một số điện trở n được kết nối song song.

Nếu hai hoặc nhiều điện trở được kết nối song song, thì điện trở tương đương của điện trở song song bằng tổng nghịch đảo của các điện trở riêng lẻ.

Toán học, điều này được biểu diễn như sau

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

Trong kết nối song song điện áp đi qua mỗi điện trở riêng lẻ vẫn giữ nguyên (tức là điện áp đi qua mỗi điện trở là như nhau).

Mạch Điện Trở (Ví dụ về Ứng Dụng)

Điện Trở Giới Hạn Dòng Điện cho LED

Giới hạn dòng điện rất quan trọng đối với LED. Nếu có quá nhiều dòng điện đi qua LED, nó sẽ bị hỏng. Do đó, một điện trở giới hạn dòng điện được sử dụng để hạn chế hoặc giảm dòng điện vào LED.

Các điện trở giới hạn dòng điện được kết nối theo chuỗi với LED để hạn chế dòng điện đi qua LED đến một giá trị an toàn. Ví dụ, như được hiển thị trong hình ảnh bên dưới, điện trở giới hạn dòng điện được kết nối theo chuỗi với LED.

Tính Giá Trị Cần Thiết của Điện Trở Giới Hạn Dòng Điện

Khi tính toán giá trị của điện trở giới hạn dòng điện, chúng ta cần biết ba thông số hoặc giá trị đặc trưng của LED:

Điện áp tiến của LED (từ bảng dữ liệu)
Dòng điện tiến tối đa của LED (từ bảng dữ liệu)
VS = điện áp nguồn

Điện áp tiến là điện áp cần thiết để làm sáng LED, và thường nằm trong khoảng từ 1.7 V đến 3.4 V, tùy thuộc vào màu sắc của đèn LED. Dòng điện tiến tối đa là dòng điện liên tục đi qua LED, và thường khoảng 20 mA cho các LED cơ bản.

Bây giờ, chúng ta có thể tính giá trị cần thiết của điện trở giới hạn dòng bằng phương trình sau,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

Trong đó, $V_S$ = Điện áp cung cấp

$V_F$ = Điện áp thuận

$I_F$ = dòng điện cực đại theo chiều thuận

Hãy xem một ví dụ về việc tính giá trị cần thiết của điện trở giới hạn dòng bằng công thức trên.

Điện trở kéo lên

Điện trở kéo lên là loại điện trở được sử dụng trong các mạch logic điện tử để đảm bảo trạng thái đã biết cho tín hiệu.

Nói cách khác, điện trở kéo lên được sử dụng để đảm bảo rằng dây dẫn được kéo đến mức logic cao khi không có điều kiện đầu vào. Điện trở kéo xuống hoạt động tương tự như điện trở kéo lên, ngoại trừ việc chúng kéo dây dẫn đến mức logic thấp.

Các IC hiện đại, vi điều khiển và cổng logic số có nhiều chân vào và ra, và các chân này cần được cài đặt chính xác. Do đó, các điện trở kéo lên được sử dụng để đảm bảo rằng chân vào của vi điều khiển hoặc cổng logic số được định vị ở trạng thái đã biết.

Các điện trở kéo lên được sử dụng kết hợp với transistors, công tắc, nút bấm, v.v., những thiết bị này ngắt kết nối vật lý của các thành phần tiếp theo với đất hoặc VCC. Ví dụ, mạch điện trở kéo lên được hiển thị trong hình dưới đây.

企业微信截图_17101346272890.png — Mạch Điện Trở Kéo Lên

企业微信截图_17101346341956.png — Mạch Điện Trở Kéo Lên

Như được thể hiện, khi công tắc đóng, điện áp vào (Vin) tại vi điều khiển hoặc cổng đi đến đất, và khi công tắc mở, điện áp vào (Vin) tại vi điều khiển hoặc cổng được kéo lên đến mức điện áp vào (Vin).

Do đó, điện trở kéo lên có thể định vị chân vào của vi điều khiển hoặc cổng khi công tắc mở. Không có điện trở kéo lên, các chân vào tại vi điều khiển hoặc cổng sẽ treo, tức là ở trạng thái kháng cao.

Giá trị điển hình của điện trở kéo lên là 4.7 kΩ nhưng có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng.

Sự Giảm Dần Điện Áp Qua Điện Trở

Sự giảm dần điện áp qua điện trở không gì khác hơn là giá trị điện áp trên điện trở. Sự giảm dần điện áp còn được gọi là sự giảm IR.

Như chúng ta biết, điện trở là một yếu tố điện tử thụ động cung cấp sức cản điện cho dòng điện. Do đó, theo luật Ohm, nó sẽ tạo ra sự giảm dần điện áp khi dòng điện đi qua điện trở.

Về mặt toán học, sự giảm điện áp trên một điện trở có thể được biểu thị như sau,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

Đánh dấu cho Giảm điện áp (Voltage Drops)

Để xác định dấu hiệu của sự giảm điện áp trên một điện trở, hướng dòng điện là rất quan trọng.

Cân nhắc một điện trở có độ kháng R trong đó dòng điện (I) chảy từ điểm A đến điểm B, như được hiển thị trong hình dưới đây.

Do đó, điểm A có điện thế cao hơn so với điểm B. Nếu chúng ta đi từ A đến B, V = I R âm, tức là -I R (điều này, giảm điện thế). Tương tự, nếu chúng ta đi từ điểm B đến điểm A, V = I R dương, tức là +I R (điều này, tăng điện thế).

Do đó, rõ ràng rằng dấu hiệu của sự giảm điện áp trên một điện trở phụ thuộc vào hướng dòng điện qua điện trở đó.

Mã màu Điện trở

Mã màu Điện trở được sử dụng để nhận biết giá trị điện trở và phần trăm sai số của bất kỳ điện trở nào. Mã màu của điện trở sử dụng các dải màu để xác định nó.

Như được hiển thị trong hình dưới đây, có bốn dải màu in trên điện trở. Trong đó, ba dải màu được in cạnh nhau, và dải màu thứ tư được in cách xa dải màu thứ ba một chút.

4 band resistor color code — Mã màu Điện trở 4 Dải

Hai dải đầu tiên từ bên trái biểu thị các chữ số có ý nghĩa, dải thứ ba biểu thị hệ số thập phân, và dải thứ tư biểu thị sai số.

5 band resistor code — Mã màu điện trở 5 dải

Bảng dưới đây cho thấy các chữ số có ý nghĩa, hệ số thập phân, và sai số cho các mã màu khác nhau của điện trở.

Điểm chính:

Dải màu Vàng và Bạc luôn được đặt ở bên phải.
Giá trị điện trở luôn được đọc từ trái sang phải.
Nếu không có dải sai số, hãy tìm bên có một dải gần với chân và coi đó là dải đầu tiên.

Ví dụ (Cách tính giá trị điện trở?)

Như hình dưới đây, một điện trở có mã màu carbon có dải màu xanh lá cây đầu tiên, dải màu xanh dương thứ hai, dải màu đỏ thứ ba, và dải màu vàng thứ tư. Tìm thông số kỹ thuật của điện trở.

Giải pháp:

Theo bảng mã màu của điện trở,

Xanh lá cây	Xanh dương	Đỏ	Vàng
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

Do đó, giá trị của điện trở là $5600\,\,\Omega$ với độ sai số ${\pm 5}{\%}$ .

Vì vậy, giá trị của điện trở nằm trong khoảng

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

Vì vậy, giá trị của điện trở nằm trong khoảng từ $5880\,\,\Omega$ đến $5320\,\,\Omega$ .

Mã ký tự hoặc chữ cái (Mã RKM)

Đôi khi, các điện trở có thể quá nhỏ để áp dụng mã màu. Trong những trường hợp như vậy, một mã ký tự hoặc chữ cái được sử dụng để chỉ định các thông số kỹ thuật của điện trở. Nó cũng được gọi là mã RKM.

Các ký tự được sử dụng để mã hóa điện trở là R, K và M. Khi có một ký tự nằm giữa hai số thập phân, nó hoạt động như một dấu phẩy thập phân. Ví dụ, ký tự R chỉ Ohm, K chỉ Kilo ohms, và M chỉ Mega ohms. Hãy xem các ví dụ về điều này.

Kháng cự	Mã chữ cái
0,3 Ω	R3
0,47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 KΩ	1K
4,7 KΩ	4K7
22,3 MΩ	22M3
9,7 MΩ	9M7
2 MΩ	2M

Ví dụ – Mã chữ hoặc số

Độ sai số được chỉ định như

Ký tự	Độ sai số cho phép
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

Ví dụ – Điện trở có mã chữ:

Loại Rơ-le

Có nhiều loại rơ-le, mỗi loại có đặc tính và ứng dụng cụ thể riêng.

Có hai loại rơ-le cơ bản là Rơ-le cố định và Rơ-le biến đổi. Cả hai loại đều được liệt kê dưới đây.

Rơ-le cố định

Rơ-le cố định là loại rơ-le được sử dụng rộng rãi nhất. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử để điều chỉnh và kiểm soát điều kiện phù hợp trong mạch. Các loại rơ-le cố định được liệt kê dưới đây.

Rơ-le Carbon (Rơ-le Carbon)
Rơ-le Carbon Pile
Rơ-le Phim Carbon
Thermistor (Rơ-le Nhiệt)
Rơ-le Cuộn Dây
Rơ-le Gắn Mặt
Rơ-le Phim Kim Loại
Rơ-le Phim Oxyde Kim Loại
Rơ-le Phim Dày
Rơ-le Phim Mỏng
Rơ-le Foil
Rơ-le In Carbon
Rơ-le Chia Ampe (Rơ-le Đo Dòng)
Rơ-le Grid

Rơ-le biến đổi

Rơ-le biến đổi bao gồm một hoặc nhiều phần tử rơ-le cố định và một con trượt. Chúng cung cấp ba kết nối cho phần tử; hai kết nối với phần tử rơ-le cố định, và kết nối thứ ba là con trượt. Bằng cách di chuyển con trượt đến các đầu cuối khác nhau, chúng ta có thể thay đổi giá trị của điện trở.

Các loại rơ-le biến đổi được liệt kê dưới đây.

Điện trở điều chỉnh
Potentiometer
Điện trở biến thiên (Rheostat)
Hộp thập phân điện trở (Hộp thay thế điện trở)
Varistor (Điện trở phi tuyến)
Điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR) hoặc Photoresistor
Trimmers

Các loại điện trở đặc biệt khác bao gồm:

Điện trở nước (Rheostat nước, Rheostat lỏng)
Điện trở ballast
Điện trở hợp chất phenolic đúc
Điện trở cermet
Điện trở tantalum

Kích thước Điện trở (Giá trị Điện trở phổ biến nhất)

Kích thước của điện trở được tổ chức thành một loạt các giá trị tiêu chuẩn khác nhau. Năm 1952, Ủy ban Kỹ thuật Điện quốc tế đã quyết định xác định các giá trị điện trở và độ sai số tiêu chuẩn để tăng tính tương thích giữa các thành phần và dễ dàng sản xuất điện trở.

Các giá trị tiêu chuẩn này được gọi là dãy E của các giá trị số ưu tiên IEC 60063. Các dãy E này được phân loại là E12, E24, E48, E96 và E192 với 12, 24, 48, 96 và 192 giá trị khác nhau trong mỗi thập kỷ.

Các giá trị điện trở phổ biến nhất được liệt kê dưới đây. Đó là các giá trị điện trở tiêu chuẩn E3, E6, E12 và E24.

Dãy điện trở tiêu chuẩn E3:

Dãy điện trở E3 là các giá trị điện trở phổ biến nhất được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử.

1,0

2,2

4,7

Chuỗi điện trở tiêu chuẩn E6:

Chuỗi điện trở E3 cũng được sử dụng phổ biến nhất, và nó cung cấp một loạt các giá trị điện trở thông thường.

1,0	1,5	2,2
3,3	4,7	6,8

Chuỗi điện trở chuẩn E12:

1,0	1,2	1,5
1,8	2,2	2,7
3,3	3,9	4,7
5,6	6,8	8,2

Chuỗi điện trở chuẩn E24:

1,0	1,1	1,2
1,3	1,5	1,6
1,8	2,0	2,2
2,4	2,7	3,0
3,3	3,6	3,9
4,3	4,7	5,1
5,6	6,2	6,8
7,5	8,2	9,1

Độ sai số của điện trở thường được chỉ định là ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , và ${\pm 1}{\%}$ .

Điện trở được làm bằng gì?

Tùy thuộc vào ứng dụng, có nhiều loại vật liệu được sử dụng để làm điện trở.

Điện trở được làm từ cacbon hoặc đồng, khiến dòng điện khó đi qua mạch.
Loại điện trở phổ biến nhất và đa năng nhất là điện trở cacbon, phù hợp nhất cho các mạch điện tử công suất thấp.
Hợp kim manganin và constantan được sử dụng để sản xuất các điện trở dây quấn tiêu chuẩn vì chúng có độ dẫn điện cao và hệ số nhiệt độ của điện trở thấp.
Băng mangan và dây mangan được sử dụng để sản xuất các điện trở như ammeter shunts, vì mangan có hệ số nhiệt độ gần như bằng không.hệ số nhiệt độ của điện trở.
Hợp kim Niken-Đồng-Mangan được sử dụng để sản xuất các điện trở chuẩn; điện trở cuộn dây, điện trở cuộn dây chính xác, v.v. Hợp kim này có thành phần: Niken = 4%; Đồng = 84%; Mangan = 12%.

Các ứng dụng thông thường của điện trở (Ứng dụng của điện trở)

Một số ứng dụng của điện trở bao gồm:

Điện trở được sử dụng trong amplifiers, oscillators, digital multi-meter, modulators, demodulators, transmitters, etc.
Photoresistors được sử dụng trong các báo động chống trộm, thiết bị phát hiện ngọn lửa, thiết bị ảnh, v.v.
Điện trở cuộn dây được sử dụng làm shunt với ampe kế khi cần độ nhạy cao, kiểm soát dòng điện cân đối và đo lường chính xác.