Tại sao các điện trở sử dụng giá trị tiêu chuẩn như 4.7 kΩ thay vì các số tròn

Nhiều người mới bắt đầu trong thiết kế mạch có thể thấy các giá trị điện trở tiêu chuẩn gây khó hiểu. Tại sao các giá trị thông dụng như 4,7 kΩ hoặc 5,1 kΩ thay vì các số tròn như 5 kΩ?

Lý do nằm ở việc sử dụng hệ thống phân phối theo cấp số nhân cho các giá trị điện trở, được tiêu chuẩn hóa bởi Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC). Hệ thống này định nghĩa một loạt các giá trị ưu tiên, bao gồm các dãy E3, E6, E12, E24, E48, E96 và E192.

Ví dụ:

• Dãy E6 sử dụng tỷ lệ khoảng 10^(1/6) ≈ 1,5

• Dãy E12 sử dụng tỷ lệ khoảng 10^(1/12) ≈ 1,21

Trong thực tế, các điện trở không thể được sản xuất với độ chính xác hoàn hảo—mỗi loại đều có độ sai số quy định. Ví dụ, một điện trở 100 Ω với độ sai số 1% là chấp nhận được nếu giá trị thực của nó nằm trong khoảng từ 99 Ω đến 101 Ω. Để tối ưu hóa sản xuất, Hiệp hội Công nghiệp Điện tử Mỹ đã thiết lập một hệ thống tiêu chuẩn của các giá trị ưu tiên.

Xem xét các điện trở có độ sai số 10%: nếu một điện trở 100 Ω đã có sẵn (với phạm vi sai số từ 90 Ω đến 110 Ω), thì không cần thiết phải sản xuất một điện trở 105 Ω, vì nó sẽ nằm trong cùng phạm vi hiệu quả. Giá trị cần thiết tiếp theo sẽ là 120 Ω, với phạm vi sai số (từ 108 Ω đến 132 Ω) bắt đầu từ nơi kết thúc của phạm vi trước đó. Do đó, trong phạm vi từ 100 Ω đến 1000 Ω, chỉ cần các giá trị cụ thể—như 100 Ω, 120 Ω, 150 Ω, 180 Ω, 220 Ω, 270 Ω và 330 Ω—để giảm số lượng các giá trị riêng biệt trong sản xuất, giảm chi phí sản xuất.

Nguyên tắc phân phối theo cấp số nhân này cũng xuất hiện trong các lĩnh vực khác. Ví dụ, mệnh giá tiền tệ Trung Quốc bao gồm 1, 2, 5 và 10 yuan, nhưng không có 3 hoặc 4 yuan—bởi vì 1, 2 và 5 có thể được kết hợp hiệu quả để tạo thành bất kỳ số tiền nào, giảm thiểu số lượng mệnh giá cần thiết. Tương tự, kích thước đầu bút thường theo một dãy như 0,25, 0,35, 0,5 và 0,7 mm.

Ngoài ra, khoảng cách logarithmic của các giá trị điện trở đảm bảo rằng, trong phạm vi sai số cho phép, người dùng luôn có thể tìm thấy một giá trị tiêu chuẩn phù hợp. Khi các giá trị điện trở tuân theo tiến trình cấp số nhân phù hợp với độ sai số của chúng, kết quả của các phép toán toán học thông thường (cộng, trừ, nhân, chia) cũng vẫn nằm trong phạm vi sai số dự đoán.