Điện trở – Giải thích, phân loại và nguyên lý hoạt động

Điện trở là một khái niệm quen thuộc trong ngành vật lý. Nó được sử dụng rộng rãi trong việc lắp đặt các thiết bị điện, máy móc, motor như máy rửa xe, máy nén khí. Điện trở có vai trò quan trọng trong công nghệ và kỹ thuật. Vậy điện trở là gì? Nguyên lý hoạt động của điện trở như thế nào? Và điện trở có những công dụng gì? Hãy cùng tìm hiểu thêm về chủ đề này!

Điện trở là gì?

Khái niệm và chức năng của điện trở

Điện trở (tiếng Anh: Resistor) là một linh kiện điện tử với hai tiếp điểm kết nối. Điện trở có nhiều chức năng như:

  • Điều chỉnh mức độ của tín hiệu.
  • Hạn chế cường độ dòng điện trong mạch.
  • Chia điện áp.
  • Kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor.
  • Kết nối trong mạch điện và có rất nhiều ứng dụng khác.

Điện trở công suất giúp tiêu tán nhiều điện năng thành nhiệt năng trong các hệ thống phân phối điện hoặc trong các bộ điều khiển động cơ. Các điện trở thường có trở kháng cố định, không bị ảnh hưởng bởi điện áp hoạt động và nhiệt độ môi trường.

Công thức điện trở

Điện trở là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của các vật liệu. Điện trở có thể được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện và cường độ dòng điện đi qua nó. Công thức điện trở là R = U/I, trong đó:

  • U: Hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).
  • I: Cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A).
  • R: Điện trở của vật dẫn điện, đo bằng ohm (Ω).

Khái niệm điện trở

Ký hiệu và quy ước của điện trở

Tùy theo tiêu chuẩn của từng quốc gia, ký hiệu của điện trở sẽ khác nhau trên sơ đồ mạch điện. Hiện nay có hai loại ký hiệu phổ biến là:

  • Ký hiệu theo tiêu chuẩn Mỹ.
  • Ký hiệu theo tiêu chuẩn IEC.

Khi đọc tài liệu nước ngoài, giá trị của điện trở thường được ghi kèm theo một chữ cái theo tiêu chuẩn IEC 6006. Ký hiệu này giúp thuận tiện trong việc đọc và ghi các giá trị, và phân cách các số thập phân bằng một chữ cái.

Ví dụ: Trên điện trở có ghi 8k3 có nghĩa là 8.3 kΩ. 1R3 có nghĩa là 1.3 Ω.

Đơn vị của điện trở

Ohm (ký hiệu là Ω) là một đơn vị của điện trở trong hệ SI. Một ohm tương đương với một vôn trên một ampe dòng điện.

Ngoài ohm ra, các đơn vị khác của điện trở bao gồm: mili-ohm (mΩ), kilo-ohm (KΩ), mega-ohm (MΩ).

  • 1 mΩ = 0.001 Ω.
  • 1 KΩ = 1000 Ω.
  • 1 MΩ = 1000 KΩ = 1000,000 Ω.

Phân loại điện trở

Điện trở có thể được phân loại theo công suất và chất liệu, cấu tạo.

Phân loại theo công suất

  • Điện trở thường: Công suất nhỏ từ 0.125W – 0.5W.
  • Điện trở công suất: Công suất lớn từ 1W, 2W, 5W, 10W.
  • Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Công suất cao, có vỏ bọc sứ, toả nhiệt khi hoạt động.

Phân loại theo chất liệu, cấu tạo

  • Điện trở carbon.
  • Điện trở màng (gốm kim loại).
  • Điện trở dây quấn.
  • Điện trở film.
  • Điện trở bề mặt.
  • Điện trở băng.

Nguyên lý hoạt động của điện trở

Theo định luật Ohm: khi điện áp (V) đi qua điện trở, cường độ dòng điện (I) chạy qua điện trở tỉ lệ thuận với điện trở (R). Công thức của định luật Ohm là V = I * R.

Ví dụ: Nếu một điện trở 400Ω được kết nối với điện áp một chiều 14V, thì cường độ dòng điện đi qua điện trở sẽ là 14/ 400 = 0.035 Amperes.

Điện trở thực tế có thể có các thành phần điện cảm và điện dung, ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều.

Bảng màu điện trở và cách đọc

Bảng màu điện trở

Trong thực tế, để đọc giá trị của một điện trở, ngoài việc nhà sản xuất đã in giá trị lên linh kiện, người ta còn sử dụng một quy ước chung để dễ dàng đọc giá trị điện trở. Giá trị này được tính ra thành đơn vị ohm (Ω).

Cách đọc điện trở

Trên sơ đồ nguyên lý, điện trở thường được biểu thị bằng một hình chữ nhật dài. Trên thân điện trở có vạch để phân biệt công suất.

Cách đọc theo quy ước như sau:

  • Hai vạch chéo (//) = 0.125W.
  • Một vạch chéo (/) = 0.25W.
  • Một vạch ngang (-) = 0.5W.
  • Một vạch đứng (|) = 1.0W.
  • Hai vạch đứng (||) = 2.0W.
  • Hai vạch chéo vào nhau (/) = 5.0W.
  • Ký hiệu (X) = 10.0W.

Đối với điện trở không ghi đơn vị, cách đọc theo quy ước sau:

  • Từ 1 – 999Ω ghi là 1 đến 999.
  • Từ 1000 – 999,000Ω ghi là 1K đến 999K.
  • Từ 1MΩ trở lên ghi là 1.0, 2.0, 3.0, 5.0, 10.0, 20.0.

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu và điện trở chính xác được ký hiệu bằng 5 vòng màu.

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu

Có 4 vòng lần lượt theo một thứ tự nhất định là số 1, 2, 3 và 4. Vòng số 1 là vòng hàng chục, vòng số 2 là vòng hàng đơn vị, vòng số 3 là bội số của cơ số 10.

Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10^( mũ vòng 3)

Vòng số 4 là vòng cuối cùng luôn có màu nhũ vàng hoặc màu nhũ bạc, chỉ sai số của điện trở. Khi đọc trị số, ta bỏ qua vòng này. Nếu có màu nhũ, thì màu nhũ chỉ ở vòng sai số hoặc là vòng số 3. Nếu vòng số 3 là nhũ, số mũ của cơ số 10 sẽ là số âm.

Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu

Bảng màu của điện trở

Điện trở có 5 vòng lần lượt theo thứ tự là số 1, 2, 3, 4 và 5. Trong đó:

  • Vòng số 1 là hàng trăm.
  • Vòng số 2 là hàng chục.
  • Vòng số 3 là hàng đơn vị.
  • Vòng số 4 là bội số của cơ số 10.
  • Vòng số 5 là vòng cuối cùng, là vòng ghi sai số. Vòng sai số có nhiều màu khác nhau, tạo khó khăn khi xác định vòng cuối cùng. Tuy nhiên, vòng cuối cùng luôn có khoảng cách xa hơn một chút.

Tương tự như cách đọc trị số của điện trở 4 vòng màu, ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10. Còn vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.

Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10^(mũ vòng 4).

Có thể tính vòng số 4 là số con số “0” được thêm vào.

Sơ đồ mắc điện trở

Sơ đồ điện trở nối tiếp

Các điện trở nối tiếp có giá trị bằng tổng giá trị của các điện trở thành phần. Dòng điện chạy qua các điện trở nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng I = ( U1/R1) = (U2/R2) = (U3/R3 ).

Cách mắc điện trở nối tiếp:

Sơ đồ điện trở nối tiếp

Sơ đồ điện trở mắc song song

Các điện trở song song có giá trị tương đương Rtd được tính bằng (1/Rtd) = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3). Nếu mạch chỉ có 2 điện trở song song, công thức là Rtd = R1.R2/ (R1 + R2). Dòng điện chạy qua các điện trở nối tiếp có giá trị nghịch với giá trị của điện trở. Điện áp trên các điện trở song song có giá trị bằng nhau.

Cách mắc điện trở song song:

Sơ đồ điện trở mắc song song

Sơ đồ điện trở mắc hỗn hợp

Sơ đồ mắc hỗn hợp giúp tạo ra điện trở tối ưu hơn.

Cách mắc điện trở hỗn hợp:

Sơ đồ điện trở mắc hỗn hợp

Công suất tiêu thụ trên điện trở

Công suất P(W) tiêu thụ trên một điện trở có trở kháng R(Ω) được tính bởi công thức P = U I = I^2 R = U^2 / R. Trong đó:

  • U (V): Điện áp trên điện trở.
  • I (A): Dòng điện đi qua nó.

Sử dụng định luật Ohm, ta có điện năng bị chuyển hóa thành nhiệt năng trong điện trở.

Điện trở công suất được định mức dựa trên công suất tiêu tán tối đa. Trong hệ thống linh kiện điện ở trạng thái rắn, công suất điện trở được định mức ở mức 1/10, 1/8 và 1/4 watt. Điện trở thường tiêu tản ít hơn giá trị định mức.

Công dụng của điện trở

Điện trở có các công dụng sau:

  • Khống chế dòng điện qua tải sao cho phù hợp nhất.
  • Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp như ý muốn từ điện áp cho trước.
  • Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động bình thường.
  • Tham gia vào các mạch tạo ra dao động RC.
  • Điện trở có công dụng điều chỉnh cường độ dòng điện đi qua các thiết bị điện.
  • Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng.
  • Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp.

Trên đây là toàn bộ thông tin về điện trở, nguyên lý hoạt động và sơ đồ mắc điện trở. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về điện trở. Cảm ơn bạn đã theo dõi và hẹn gặp lại trong những bài viết tiếp theo!

FEATURED TOPIC