Điện trở là gì

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu. Điện trở được định nghĩa chính là tỉ số của hiệu điện thế giữa 2 đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó.

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết về Điện trở nhé!

1. Trở kháng là gì

Trước khi tìm hiểu điện trở là gì, cần phải hiểu một chút về dòng điện và nó là gì. Về cơ bản, dòng điện chạy trong vật liệu bao gồm chuyển động của các electron (hạt điện hay còn gọi là điện tử) theo một hướng. Trong nhiều vật liệu có các điện tử tự do chuyển động ngẫu nhiên trong cấu trúc. Trong khi những chuyển động này ngẫu nhiên thì không có dòng điện, bởi vì số chuyển động theo một hướng sẽ bằng số chuyển động theo hướng khác. Chỉ khi một thế năng gây ra sự trôi theo một hướng cụ thể thì mới có thể nói là dòng điện chạy qua.

Trở kháng

Trở kháng là lực cản trở dòng chảy electron trong vật liệu dẫn điện. Trong khi dây dẫn hỗ trợ dòng electron chạy, trở kháng ngăn các electron này di chuyển. Tốc độ dòng điện (công suất tiêu thụ điện) tích giữa hai thiết bị đầu cuối là sự kết hợp của hai yếu tố này.

Nếu đặt hai vật dẫn khác nhau trong một đoạn mạch thì cường độ dòng điện chạy trong mỗi vật có thể không giống nhau. Có một số lý do cho điều này:

- Đầu tiên là sự dễ dàng mà các electron (điện tử hay còn gọi là hạt mang điện) có thể di chuyển trong cấu trúc của vật liệu. Nếu các điện tử liên kết chặt chẽ với mạng tinh thể, thì sẽ không dễ dàng để kéo chúng tự do, do đó có thể có sự di chuyển của các điện tử theo một hướng cụ thể. Trong dạt ngẫu các vật liệu khác có rất nhiều electron tự do trôi nhiên xung quanh mạng tinh thể. Chính những vật liệu này cho phép dòng điện chạy qua dễ dàng hơn.

- Một yếu tố khác ảnh hưởng đến điện trở của một vật dụng là chiều dài của nó. Chiều dài của vật liệu càng ngắn thì sức cản tổng thể của nó càng thấp.

- Thứ ba là diện tích mặt cắt ngang. Diện tích mặt cắt ngang càng rộng thì điện trở càng thấp vì có nhiều diện tích mà dòng điện có thể chạy qua.

Trong hầu hết các trường hợp, dây dẫn được yêu cầu mang dòng điện với điện trở càng ít càng tốt. Kết quả là đồng được sử dụng rộng rãi vì dòng điện chạy dễ dàng trong cấu trúc của nó. Ngoài ra, diện tích mặt cắt ngang của nó được làm đủ rộng để mang dòng điện mà không có điện trở quá mức.

Trong một số trường hợp, cần phải có các phần tử chống lại dòng điện. Những vật này được gọi là điện trở và chúng được làm từ vật liệu không dẫn điện cũng như vật liệu như đồng hoặc các kim loại khác.

2. Điện trở là gì?

Khái niệm điện trở

Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm nối. Chức năng của nó dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch. Dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện đồng thời có trong nhiều ứng dụng khác.

Điện trở công suất sẽ giúp tiêu tán 1 lượng lớn điện năng chuyển sang nhiệt năng trong các hệ thống phân phối điện, trong các bộ điều khiển động cơ. Các điện trở thường có trở kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động.

Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi được trở khang và các núm vặn của nó đều có thể điều chỉnh được âm lượng.

Các loại cảm biến có điện trở biến thiên như: cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học.

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu. Điện trở được định nghĩa chính là tỉ số của hiệu điện thế giữa 2 đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó.

3. Định luật Ohm

Dòng điện I của ampe kế (A) bằng điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V) chia cho điện trở R tính bằng ohms (Ω):

Công suất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với I hiện tại của điện trở trong ampe (A)

lần điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V):

P = I × V

Công suất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với giá trị bình phương của dòng điện I của điện trở trong ampe (A)

nhân điện trở R của điện trở trong ohms (Ω):

P = I² × R

Công suất tiêu thụ của điện trở P tính bằng watt (W) bằng với giá trị bình phương của điện áp V của điện trở tính bằng vôn (V)

chia cho điện trở R của điện trở trong ohms (Ω):

P = V² / R

4. Ký hiệu và quy ước của điện trở

Tùy theo tiêu chuẩn của mỗi quốc gia mà trong sơ đồ mạch điện thì điện trở được ký hiệu khác nhau.  Điện trở có 2 loại ký hiệu phổ biến đó là: kiểu điện trở kiểu Mỹ và Ký hiệu điện trở theo kiểu (IEC). Khi đọc tài liệu nước ngoài, các giá trị ghi trên điện trở thường được quy ước bao gồm 1 chữ cái xen kẽ với các chữ số theo tiêu chuẩn IEC 6006. Nó giúp thuận tiện hơn trong việc đọc ghi các giá trị ngời ta phân cách các số thập phân bằng 1 chữ cái. Ví dụ 8k3 có nghĩa là 8.3 kΩ. 1R3 nghĩa là 1.3 Ω, và 15R có nghĩa là 15Ω.

Đơn vị của điện trở

Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị của điện trở trong hệ SI, Ohm được đặt theo tên Georg Simon Ohm. Một ohm tương đương với vôn / ampere.

Ngoài ohm thì các điện trở còn có nhiều giá trị khác nhau, nhỏ hơn hoặc lớn hơn gấp nhiều lần bao gồm:

Đơn vị điện trở là Ω (Ohm), mΩ (milliohm), KΩ (kilohm), MΩ (megaohm).

- 1 mΩ = 0.001 Ω

- 1 KΩ = 1000 Ω

- 1 MΩ = 1000 KΩ = 1.000.000 Ω

5. Phân loại điện trở

Phân theo công xuất. Có 3 loại điện trở thông dụng đó là:

- Điện trở thường: những loại điện trở có công suất nhỏ từ 0.125W tới 0.5W

- Điện trở công xuất: các điện trở có công xuất lớn từ 1W, 2W, 5W và 10W.

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: các loại điện trở công xuất, điện trở này có vỏ bọc sứ khi hoạt động thì chúng tỏa nhiệt.

- Điện trở cacbon

- Điện trở màng hay điện trở gốm kim loại

- Điện trở dây quấn

- Điện trở film

- Điện trở bề mặt

- Điện trở băng

6. Nguyên lý hoạt động của điện trở

Theo định luật Ohm: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) và tỉ lệ này là 1 hằng số điện trở (R).

Công thức định luật Ohm: V=I*R

Ví dụ: nếu 1 điện trở 400 Ohm được nối vào điện áp 1 chiều 14V, thì cường độ dòng điện đi qua điện trở là 14/400 = 0.035 Amperes.

Điện trở thực tế cũng có một điện cảm và điện dung ảnh hưởng tới mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều hiện nay.

7. Bảng màu điện trở

Trong thực tế, để đọc được giá trí của 1 điện trở thì ngoài việc nhà sản xuất in trị số của nó lên linh kiện thì chũng ta còn dùng 1 quy ước chung để đọc trị số điện trở và các tham số cần thiết khác. Giá trị được tính ra thành đơn vị Ohm.

8. Sơ đồ mắc điện trở

Sơ đồ điện trở mắc nối tiếp

Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằng tổng các điện trở thành phần cộng lại.

Rtd = R1 +R2 + R3

Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng

|  | = (U1/R1) = (U2/R2) = (U3/R3)

Từ công thức trên thì chúng ta thấy rằng, sụt áp trên các điện trở mắc nối tiếp tỷ lệ thuận với giá trị điện trở.

Cách mắc điện trở nối tiếp:

Sơ đồ mắc điện trở song song

Các điện trở mắc song song có giá trị tương đương (Rtd) được tính bằng công thức:

Nếu như mạch chỉ có 2 điện trở song song thì:

Rtd = R1.R2 / (R1 + R2)

I1 = (U / R1), I2 = (U/ R2), I3 = (U/R3)

Điện áp trên các điện trở mắc song song luôn bằng nhau

Cách mắc điện trở  song song:

Sơ đồ điện trở mắc hỗn hợp

Mắc hỗn hợp các điện trở để tạo điện trở tối ưu hơn. Ví dụ như: nếu chúng ta cần 1 điện trở 9K ta có thể mắc 2 điện trở 15K song song sau đó mắc nối tiếp với điện trở 1.5K

Cách mắc điện trở hỗn hợp:

9. Công suất tiêu thụ trên điện trở

Trong mọi thời điểm, công suất P(W) tiêu thụ bởi 1 điện trở có trở kháng R(Ω) được tính teo công thức:

P = U*I = I2 *R = U2/R (I2: I bình phương; U bình phương)

Với U (V) là điện áp trên điện trở và I (A) chính là dòng điện đi qua nó.

Sử dụng định luật Ohm. Điện năng bị chuyển hóa tiêu thành nhiệt năng điện trở.

Điện trở công suất thường được định mức theo công suất tiêu tán tối đa. Trong hệ thống các linh kiện điện ở trạng thái rắn. Điện trở công suất định mức ở 1/10, 1/8 và ¼ watt. Điện trở thường tiêu thụ thấp hơn giá trị định mức ghi trên điện trở.

10. Công dụng của điện trở

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy thì điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được, trong mạch điện, điện trở có những tác dụng sau:

• Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp. Ví dụ có 1 bóng đèn 9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V. Chúng ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở.
• Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được 1 điện áp theo ý muốn từ 1 điện áp cho trước.
• Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động
• Tham gia vào các mạch tạo dao động R C
• Điều chỉnh cường độ dòng điện qua các thiết bị điện
• Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết
• Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp

11. Phân loại điện trở 

Có hàng ngàn loại điện trở khác nhau và được sản xuất theo nhiều cách, bởi vì đặc điểm cụ thể của chúng phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng, chẳng hạn như tính ổn định cao, điện áp cao, dòng cao v.v…, hoặc được sử dụng như điện trở cho mục đích chung, nơi đặc điểm riêng ít được quan tâm hơn. Một số đặc điểm chung liên quan đến điện trở là: hệ số nhiệt độ, hệ số điện áp, nhiễu, tần số đáp ứng, công suất cũng như điểm mức của điện trở nhiệt, kích thước vật lý và độ tin cậy.

Trên thị trường hiện nay chúng ta sẽ có 3 loại điện trở như sau:

- Điện trở thường: thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt : là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ khi hoạt động chúng toả nhiệt.

Tuy nhiên thì chúng ta có thể dựa vào nhiều yếu tố để có thể phân loại đơn trở như:

Dựa vào tính chất của điện trở:

- Điện trở tuyến tính: là loại điện trở có trở kháng không đổi khi gia tăng sự chênh lệch điện áp trên nó. Hoặc trở kháng hoặc dòng điện thông qua điện trở không thay đổi khi điện áp (P.D) thay đổi. Các đặc tính V-I của điện trở như là một đường thẳng (tuyến tính).

- Điện trở phi tuyến tính (Non-Linear): là những loại điện trở trong đó dòng điện đi qua nó là không chính xác tỷ lệ thuận với sự chênh lệch điện áp trên nó. Những loại điện trở có đặc tính phi tuyến V-I sẽ không tuân theo định luật ohm.

Dựa vào giá trị của điện trở:

- Điện trở cố định:

Điện trở làm bằng chì: thông qua lỗ thành phần thường có “đạo” (phát âm \ lēdz \) rời khỏi cơ thể “trục”, đó là, trên một song song phù hợp với trục dài nhất của một phần. Những người khác có dẫn tới ra khỏi cơ thể của họ “xuyên tâm” thay thế. Các thành phần khác có thể SMT (bề mặt gắn kết công nghệ), trong khi điện trở suất cao có thể có một trong những dẫn của họ được thiết kế vào bộ tản nhiệt.

Điện trở hợp chất carbon: gồm ống điện trở với dây chì hoặc tấm kim loại được nhúng bên trong. Vỏ ngoài được bảo vệ bằng lớp sơn hoặc nhựa, Vào đầu thế kỷ 20, điện trở không được bọc lớp vỏ cách điện, dây dẫn được cuốn xung quanh 2 đầu và được hàn lại, sau đó được sơn mã vạch giá trị của điện trở.

- Biến trở hoặc chiết áp:

Biến trở hoặc chiết áp là những loại điện trở có giá trị điện trở suất có thể thay đổi được trong quá trình sử dụng. Những loại điện trở này thường chứa một trục có thể xoay hoặc di chuyển bằng tay hoặc một khe điều khiển bằng vít để thay đổi giá trị của nó ở giữa một khoảng phạm vi cố định. Ví dụ: 0 Kilo Ohms đến 100 Kilo Ohms.

Dựa trên chức năng của điện trở:

- Điện trở chính xác: là điện trở có giá trị dung sai rất thấp, nó rất chính xác (gần với giá trị danh nghĩa của nó). Tất cả các điện trở đi với một giá trị, được đưa ra như là một tỷ lệ phần trăm. Các giá trị dung sai cho chúng ta biết thông số thực gần với giá trị danh nghĩa.

- Fusible Resistor (Điện trở nóng chảy): là một điện trở dây quấn được thiết kế để bị nung hỏng dễ dàng khi công suất qua điện trở vượt mức cho phép. Bằng cách này, một điện trở nóng chảy phục vụ chức năng kép. Khi công suất không bị vượt quá, nó hoạt động như một điện trở hạn dòng. Khi công suất vượt quá mức cho phép, nó có chức năng như một cầu chì, nó bị nóng chảy, và làm hở mạch để bảo vệ các thành phần trong mạch điện không bị dòng quá mức chạy qua.

- Thermistor (Điện trở nhiệt): là một điện trở nhạy cảm với nhiệt, giá trị điện trở suất của nó thay đổi theo những thay đổi trong nhiệt độ hoạt động. Do hiệu ứng tự làm nóng của dòng điện trong một điện trở nhiệt, các thiết bị tự thay đổi trở kháng với những thay đổi của dòng điện. Thermistor có 2 loại đặc trưng là Positive temperature coefficient (PTC) hệ số nhiệt độ dương hoặc là Negative temperature coefficient (NTC) hệ số nhiệt độ âm.

- Photoresistors (Điện trở quang): là điện trở có giá trị trở kháng thay đổi theo ánh sáng chiếu vào bề mặt của nó. Trong một môi trường tối, điện trở của một photoresistor là rất cao, có thể một vài MΩ, tùy thuộc vào hiệu suất trở kháng riêng của photoresistor được sử dụng. Khi ánh sáng cực mạnh chạm bề mặt, sức đề kháng của photoresistor giảm đáng kể, có thể là thấp như 400Ω