Có nhiều thông số quan trọng của điện trở. Thông thường, chúng ta quan tâm đến giá trị điện trở, độ chính xác và công suất định mức. Ba yếu tố này là phù hợp cho hầu hết các ứng dụng.
Trong mạch số, chúng ta không cần quá để ý đến nhiều chi tiết vì chỉ có hai mức 0 và 1, và tác động nhỏ của điện trở hầu như không ảnh hưởng. Tuy nhiên, trong mạch tương tự (analog), khi sử dụng nguồn điện áp chính xác, chuyển đổi tín hiệu số – tương tự (ADC) hoặc khuếch đại tín hiệu yếu, thì một thay đổi nhỏ về điện trở có thể gây ra ảnh hưởng lớn. Khi chúng ta quan tâm đến các thông số điện trở, đó thường là trong xử lý tín hiệu tương tự. Dưới đây, chúng ta sẽ phân tích ảnh hưởng của từng thông số điện trở trong ứng dụng mạch tương tự.
1. Giá Trị Điện Trở Định Mức
Việc lựa chọn giá trị điện trở thường được cố định bởi ứng dụng. Ví dụ:
- Khi giới hạn dòng điện của đèn LED hoặc lấy mẫu tín hiệu dòng điện, giá trị điện trở gần như không thể thay đổi.
- Tuy nhiên, trong một số trường hợp như khuếch đại tín hiệu điện áp, chúng ta có nhiều lựa chọn.
Ví dụ: Trong mạch khuếch đại, hệ số khuếch đại phụ thuộc vào tỷ lệ của R2 và R3 chứ không phải giá trị tuyệt đối của chúng.
- Nếu giá trị điện trở lớn, thì nhiễu nhiệt tăng, làm giảm hiệu suất khuếch đại.
- Nếu giá trị điện trở nhỏ, thì dòng điện làm việc tăng, gây ra nhiễu dòng, cũng làm giảm hiệu suất.
Đây là lý do mà điện trở trong mạch khuếch đại thường ở mức vài chục kΩ để đạt được sự cân bằng giữa nhiễu nhiệt và nhiễu dòng. Đối với những trường hợp cần điện trở lớn hơn, chúng ta có thể sử dụng mạch follower hoặc mạng điện trở T để tránh vấn đề này.
2. Độ Chính Xác Của Điện Trở
Độ chính xác của điện trở khá dễ hiểu. Điện trở phổ biến có độ chính xác 1% hoặc 5%, trong khi điện trở chính xác có thể đạt 0.1%.
Mã độ chính xác thông dụng:
- A = 0.05%
- B = 0.1%
- C = 0.25%
- D = 0.5%
- F = 1%
- G = 2%
- J = 5%
- K = 10%
- M = 20%
Giá thành điện trở 0.1% cao gấp 10 lần so với 1%, và điện trở 1% đắt hơn khoảng 1.3 lần so với 5%.
3. Công Suất Định Mức Của Điện Trở
Công suất điện trở có vẻ đơn giản, nhưng lại thường bị sử dụng sai.
Ví dụ, điện trở dán 2512 có công suất danh định 1W. Nhưng theo thông số kỹ thuật, khi nhiệt độ vượt quá 70°C, điện trở cần giảm công suất.
- Ở nhiệt độ phòng, nếu PCB không có giải pháp tản nhiệt đặc biệt, khi điện trở 2512 tiêu thụ 0.3W, nhiệt độ có thể vượt quá 100 – 120°C.
- Ở 125°C, công suất định mức của 2512 chỉ còn khoảng 30% so với ban đầu.
Vì vậy, không nên quá tin vào công suất danh định mà không xem xét tản nhiệt thực tế.
4. Điện Áp Chịu Đựng Của Điện Trở
Nhiều người nghĩ rằng chỉ tụ điện mới có giá trị điện áp chịu đựng, nhưng thực tế điện trở cũng có giới hạn điện áp.
- Điện áp tối đa qua điện trở được quyết định bởi công suất định mức và điện áp chịu đựng.
- Nếu điện áp quá cao, điện trở có thể bị mất ổn định hoặc xảy ra hiện tượng phóng điện giữa hai chân.
Dưới đây là điện áp chịu đựng phổ biến của một số loại điện trở:
- 0603 = 50V
- 0805 = 100V
- 1206 – 2512 = 200V
- Điện trở cắm 1/4W = 250V
Nên chọn điện áp thực tế thấp hơn ít nhất 20% so với mức chịu đựng danh định để đảm bảo độ bền lâu dài.
5. Hệ Số Nhiệt Của Điện Trở
Hệ số nhiệt của điện trở thể hiện sự thay đổi giá trị điện trở theo nhiệt độ.
- Điện trở dán 0603 trở lên có thể đạt 100ppm/°C, tức là nếu nhiệt độ thay đổi 25°C, giá trị điện trở có thể thay đổi 0.25%.
- Trong mạch ADC 12-bit, thay đổi 0.25% tương đương 10 LSB, gây ảnh hưởng lớn đến độ chính xác.
Vì vậy, trong mạch có độ chính xác cao, người ta không dùng điện trở duy nhất để đặt hệ số khuếch đại, mà dùng tỷ lệ giữa hai điện trở để tránh lỗi do nhiệt độ.
- Điện trở màng kim loại có thể đạt 10 – 20ppm/°C, nhưng giá thành cao hơn.
- Trong các thiết bị đo lường chính xác, hệ số nhiệt là một thông số rất quan trọng.
Nếu điện trở không chính xác, chúng ta có thể hiệu chỉnh lại trong quá trình hiệu chuẩn, nhưng nếu giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ môi trường, thì không thể kiểm soát được.
6. Cấu Trúc Điện Trở
Có nhiều loại điện trở với cấu trúc khác nhau, phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.
- Điện trở khởi động máy: Dùng để nạp điện sơ bộ cho tụ điện nhôm dung lượng lớn. Sau khi tụ đầy, rơ-le đóng lại để kết nối nguồn điện. Điện trở này cần có khả năng chịu xung cao, nên thường sử dụng điện trở dây quấn lớn.
- Điện trở xả tụ cao áp: Nếu điện áp làm việc vượt 500V, nên dùng điện trở sứ men thủy tinh cao áp thay vì điện trở xi măng thông thường.
- Điện trở hấp thụ xung (RC snubber): Dùng để bảo vệ thyristor khỏi dv/dt quá lớn. Loại này nên dùng điện trở dây quấn không cảm ứng, giúp hấp thụ tốt xung điện áp mà không bị phá hủy.
Tóm Tắt
Khi thiết kế mạch, việc chọn điện trở phù hợp không chỉ đơn giản là dựa vào giá trị điện trở, mà còn phải xem xét nhiều thông số khác như công suất, điện áp chịu đựng, hệ số nhiệt, và cấu trúc vật lý. Đặc biệt trong các ứng dụng chính xác và mạch tương tự, việc hiểu rõ những thông số này sẽ giúp đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của mạch điện.