Điện Trở (phần tiếp theo)

Trong mọi thiết bị điện bạn sử dụng đều có một lượng điện trở nhất định. Nhưng đôi khi điện trở đó không đủ để kiểm soát dòng điện theo cách bạn mong muốn. Khi cần điều khiển thêm – ví dụ, khi khởi động động cơ – chúng ta thường thêm điện trở vào mạch để điều khiển dòng điện một cách cố ý. Trong mạch được thể hiện, chúng ta sử dụng một công tắc và một điện trở giới hạn dòng để kiểm soát dòng điện chạy qua động cơ. Khi khởi động động cơ, chúng ta giữ công tắc mở và thêm điện trở vào mạch để kiểm soát dòng điện. Sau khi động cơ đã khởi động, chúng ta đóng lại công tắc để bỏ qua điện trở giới hạn dòng điện. Trước khi bạn tiếp tục nghiên cứu về mạch điện, hãy hiểu rõ hơn về điện trở và cách chúng hoạt động.

Chú Thích

• (Switch): Công tắc
• (Close to run): Đóng để Chạy
• (Open to start): Mở để Khởi Động
• (Current limiting resistor): Điện trở giới hạn (kiểm soát) dòng điện
• (Motor): Động cơ

Bạn sẽ sử dụng nhiều loại điện trở khác nhau, một số có giá trị cố định và một số có thể thay đổi. Điện trở được làm từ dây điện trở đặc biệt, than chì (cacbon) hoặc màng kim loại. Điện trở quấn dây (Wire-wound resistors) thường được sử dụng để điều khiển dòng điện lớn, trong khi điện trở carbon thích hợp cho dòng điện nhỏ hơn.

Điện trở quấn dây mạ tráng men thủy tinh được chế tạo bằng cách cuốn dây điện trở trên đế sứ, sau đó gắn đầu dây vào đầu cực kim loại và phủ dây và đế bằng bột thủy tinh và men nung để bảo vệ dây và dẫn nhiệt ra khỏi nó. Cũng có các điện trở quấn dây cố định, có lớp phủ không phải là men thủy tinh cũng được sử dụng nữa.

Chú Thích

• (Precision Wire-wound Resistor): Điện trở quấn dây chính xác
• (adjustable wire-wound resistors): Điện trở quấn dây có thể điều chỉnh
• (Fixed Wire-wound Resistors): Điện trở quấn dây cố định
• (Wire-wound Resistor with Fixed Taps): Điện trở quấn dây với điểm kết nối cố định
• (slider): Nút trượt (nút điểu chỉnh, thanh trượt)
• (Resistor terminal) Đầu nối của điện trở
• (Mounting bracket): Giá đỡ lắp

Các điện trở quấn dây có thể có các đầu nối cố định, dùng để điều chỉnh giá trị điện trở theo từng bước, hoặc có thanh trượt có thể điều chỉnh để thay đổi điện trở của một phần bất kỳ trong tổng điện trở. Các điện trở quấn dây chính xác (Precision wound resistors) làm từ dây Manganin, loại dây đặc biệt không thay đổi giá trị điện trở nhiều khi nhiệt độ thay đổi. Chúng được sử dụng khi cần giá trị điện trở rất chính xác, như trong các thiết bị thử nghiệm.

Thường thì, điện trở cacbon được sử dụng cho các ứng dụng dòng điện thấp. Chúng được làm từ một thanh graphite (cacbon) được nén lại kết hợp với đất sét và chất kết dính. Bằng cách điều chỉnh lượng các thành phần này, có thể điều chỉnh giá trị điện trở thu được trong một phạm vi rất rộng. Hai dẫn gọi là “dây kết nối (pigtails)” được gắn vào cuối thanh điện trở, và thanh được nhúng vào một lớp vỏ gốm hoặc nhựa, để lại dây kết nối nổi ra từ hai đầu.

Chú Thích

• (Pigtail leads): Các dây nối ngắn (dây dẫn ngắn)
• (Insulated covering): Vỏ bọc cách điện
• (Carbon resistance element core): Lõi điện trở cacbon
• (Carbon resistors): Điện trở cacbon

Đôi khi, bạn có thể gặp phải một loại điện trở gọi là điện trở màng (film resistor), được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt. Các điện trở này được tạo ra bằng cách phủ một lớp màng mỏng của kim loại có đặc tính đề kháng (điện trở) hoặc cacbon lên một lõi gốm, sau đó phủ lên bề mặt của điện trở bằng vật liệu bảo vệ như gốm hoặc men. Trong nhiều trường hợp, các điện trở này có dây dẫn đặt ở các góc vuông so với thân của điện trở. Đôi khi, màng mỏng được phủ lên lõi theo dạng xoắn ốc, tương tự như việc quấn dây quanh ống, để tăng độ dài của yếu tố điện trở mà không làm cho điện trở trở nên quá dài

Chú Thích

• (Deposited film): Màng Phủ
• (Ceramic core): Lõi Gốm
• (Film resistors): Điện trở màng

Dung sai và Giá Trị Của Điện Trở【Resistor Tolerance and Values】

Trước khi bước vào việc tìm hiểu về Mã Màu cho điện trở, hãy cùng hiểu đôi điều về dung sai và các giá trị ưu tiên (thông thường) của điện trở trong mạch điện. Việc sản xuất một điện trở có giá trị chính xác là rất khó khăn. Nhưng may mắn là trong hầu hết các trường hợp, giá trị gần đúng của điện trở vẫn hoạt động tốt.

Mặc dù có những điện trở đặc biệt có dung sai nhỏ như 1%, 0,1% hoặc thậm chí 0,01%, nhưng đa số điện trở mà bạn gặp có dung sai lớn hơn nhiều. Điện trở quấn dây thường có dung sai 10% hoặc 5%, trong khi điện trở carbon có thể có dung sai 20%, 10% hoặc 5%. Ví dụ, nếu bạn có một điện trở 10 kilohm (10.000 ohm, viết tắt là 10-K) với dung sai 20%, thì giá trị thực tế có thể nằm trong khoảng từ 8 đến 12 kilohm. Tương tự, nếu bạn có một điện trở 330 ohm với dung sai 5%, thì giá trị thực có thể từ 314 ohm đến 347 ohm.

Bạn có thể tự hỏi có bao nhiêu giá trị điện trở khác nhau có thể có. Thực tế, điều này phụ thuộc vào dung sai. Ví dụ, nếu một điện trở 10-K có dung sai 20%, thì việc tạo ra một điện trở 9-K cũng với dung sai 20% là không hợp lý. Nhưng nếu dung sai của điện trở 10-K là 5%, thì một điện trở 9-K sẽ hữu ích nếu cần độ chính xác cao hơn. Điều này dẫn đến việc thiết lập một tập hợp các giá trị điện trở phổ biến với mỗi mức dung sai, sao cho dung sai cao nhất của một giá trị gần bằng dung sai thấp nhất của giá trị cao hơn tiếp theo. Các giá trị này được hiển thị trong bảng dưới đây. Khi bạn tìm hiểu về công suất, bạn sẽ thấy rằng điện trở còn có nhiều mức công suất khác nhau.

Chú Thích

• (Preferred Carbon Resistor Values): Các giá trị ưu tiên phổ biến của Điện Trở Cacbon
• (20% tolerance; 10% tolerance; 5% tolerance): Dung sai 20%; dung sai 10%; dung sai 5%

• (Radial): Hướng tâm (xuyên tâm)
• (Axial): Hướng trục
• (Carbon resistors): Điện trở carbon

Điện trở hướng trục (Axial-lead resistors), được chế tạo bằng cách đúc các dây dẫn vào đầu của thanh carbon trong thân điện trở. Các dây dẫn này kéo thẳng ra từ đầu và nằm song song với thân điện trở. Thanh carbon được phủ một cách đầy đủ bằng vật liệu cách điện tốt.

Trong hệ thống mã màu, ba màu được sử dụng để biểu thị giá trị điện trở tính bằng ohm, và màu thứ tư đôi khi được sử dụng để chỉ dung sai của điện trở. Bằng cách đọc màu theo thứ tự đúng và thay thế số từ mã màu, bạn có thể biết ngay mọi thông tin cần thiết về một điện trở.

Chữ Số Quan Trọng Đầu Tiên: Trên một chiếc điện trở, màu của dải đầu tiên cho biết chữ số đầu tiên của giá trị điện trở. Ví dụ: như trong Bảng mã màu bên dưới, nếu dải này là màu nâu, thì chữ số đầu tiên là 1.

Nhân Giá Trị: Màu của dải thứ ba cho biết giá trị mà hai chữ số đầu tiên sẽ được nhân để có giá trị điện trở. Ví dụ, nếu dùng Bảng Mã Màu, nếu dải này là màu vàng, hai chữ số đầu tiên sẽ được nhân với 10.000. (Ví dụ, với hai chữ số quan trọng đầu tiên là 15, giá trị là 150.000.) Dải này cũng có thể hiểu là số lượng số 0 cần thêm vào sau chữ số thứ hai. Khi sử dụng cách này, số lượng số 0 được hiển thị trong cột “Số Quan Trọng” của Bảng Mã Màu sẽ cho biết số lượng số 0 cần thêm vào. Ví dụ: nếu dải này là màu xanh lam, thêm sáu (6) số 0 sau chữ số thứ hai; nhưng nếu dải màu đen, thì không cần thêm số 0 nào. Nếu dải thứ ba là màu vàng hoặc bạc, vẫn phải sử dụng giá trị nhân.

Chú Thích

• (Resistor value is 47Ω, ±20%): Giá trị của điện trở là 47Ω, dung sai 20%
• (Resistor value is 470kΩ, ±20%): Giá trị của điện trở là 470kΩ, dung sai 5%
• (Resistor value is 4.7Ω, ±20%): Giá trị của điện trở là 4.7Ω, dung sai 10%
• (No band): không có dải màu

Chữ số quan trọng thứ hai: Màu của dải thứ hai trên điện trở cho biết chữ số thứ hai của giá trị điện trở. Ví dụ, nếu dải này là màu xanh lá cây, chữ số thứ hai là 5

Chú Thích

• (Significant Figures): Chữ số quan trọng
• (Multiplying Value): Giá trị nhân
• (Tolerance): Dung sai

Cách Điện Trở Được Đo【How Resistance Is Measured】

Vôn kế (Voltmeters) và ampe kế (amperometers) là những thiết bị đo mà bạn đã quen thuộc và có thể đã sử dụng để đo điện áp và dòng điện. Còn đối với việc đo điện trở, ta sử dụng các thiết bị đo gọi là ôm kế (ohmmeters). Điểm đặc biệt của các thiết bị đo này, so với ampe kế và vôn kế là các đơn vị chia trên thước đo không cách đều nhau và cần có pin tích hợp để hoạt động đúng cách. Trong quá trình sử dụng ôm kế (ohmmeter), không nên có điện áp chạy qua điện trở đang được đo, ngoại trừ điện áp của pin ôm kế; nếu không, máy đo ôm kế có thể bị hỏng.

Phạm vi đo của ohmmeter thường từ 0-1.000 ohms đến 0-10 megohms. Độ chính xác của máy đo giảm ở phạm vi lớn nhất, đặc biệt là ở phạm vi megohm, vì các dấu chia trở nên quá gần nhau, khó để đọc số chính xác. Khác với các máy đo khác, vạch 0 của ohmmeter nằm ở độ lệch toàn bộ của kim đồng hồ.

Chú Thích

• (Ohmmeter dial scale): Thang đo trên đồng hồ của máy đo điện trở.
• (maximum-resistance end of scale): Điện trở tối đa ở cuối thang đo
• (Unequal divisions): Phân chia không đồng đều
• (Zero-resistance end of scale): Không có điện trở ở cuối thang đo

Để đo các giá trị của điện trở lớn hơn 10 megohms, cần sử dụng các máy đo đặc biệt gọi là MEGGERS® vì cần có điện áp tích hợp rất cao cho các phạm vi trên 10 megohms. Một số MEGGERS® sử dụng pin điện áp cao, trong khi các máy khác sử dụng máy phát điện cầm tay đặc biệt để tạo ra điện áp cần thiết. Dù ôm kế được sử dụng để đo giá trị điện trở của các điện trở, nhưng việc quan trọng nhất của các máy đo ôm kế (megohmmeters) là đo và kiểm tra điện trở của cách điện.

Bạn sẽ hiểu chi tiết hơn về cách ôm kế (ohmmeter) hoạt động sau này, khi bạn đã nắm vững hơn về điện áp, dòng điện và điện trở – cũng như mối quan hệ giữa chúng. Nhưng hiện tại, chúng ta sẽ tập trung vào cách sử dụng ohmmeter để đo điện trở. Nguyên lý của ôm kế (ohmmeter) khá đơn giản. Nó đo dòng điện chảy qua một điện trở không biết dưới điều kiện có một điện áp đã biết được áp dụng qua nó. Nếu bạn đã từng thấy một ohmmeter, bạn có thể thấy ngoài đồng hồ đo được hiệu chỉnh bằng ôm, còn có một nút điều chỉnh mức 0 zero và một công tắc chọn dải. Công tắc chọn dải được đánh dấu là R, R X10, R X100, R X1.000 (hoặc R X1 K), v.v. Công tắc này cho phép bạn chọn dải để đọc trên phần hữu ích của thang đo. Tuy nhiên, điểm khác biệt là vị trí của công tắc chọn dải sẽ nhân giá trị đọc trên thang đo của ohmmeter với một hệ số. Ví dụ, nếu bạn chọn dải R X100, giá trị đọc sẽ được nhân với 100 để có giá trị thực tế của điện trở đang được kiểm tra.

Chú Thích

• (Using the ohmmeter): sử dụng ôm kế
• (Meter reas 50 resistance is 5000 ohms, when range switch iss set on R X 100): Khi chuyển công tắc dải phạm vi sang R x 100, đồng hồ chỉ số là 50, điện trở đo được là 5000 ohm.
• (Range switch): Công tắc lựa chọn phạm vi (công tắc chọn dải)
• (Ohmmeter adjuster): Nút Điều Chỉnh (kim) trên ôm kế

Sử dụng ôm kế rất đơn giản và diễn ra theo hai bước. Đầu tiên, điện áp phải được thiết lập ở giá trị phù hợp. Điều này được thực hiện bằng cách điều chỉnh mức 0, khi kết nối các dây từ ôm kế lại với nhau và đặt mức 0 ohm trên đồng hồ đo thông qua điều chỉnh mức 0. Việc này cần phải được thực hiện mỗi khi chuyển công tắc chọn phạm vi của đồng hồ sang thang đo khác. Bây giờ, đồng hồ đã được hiệu chỉnh cho thang đo cụ thể vì khi các dây được kết nối lại với nhau, đồng hồ sẽ đọc ở mức 0 ohm (không có điện trở giữa các dây kiểm tra); và khi các dây kiểm tra mở ra, đồng hồ sẽ chỉ ra vô cực (hoặc mạch hở mở). Khi kết nối điện trở không xác định giữa các dây kiểm tra, điện trở có thể được đọc trực tiếp từ đồng hồ đo và nhân với hệ số nhân từ công tắc chọn phạm vi.

Chú Thích

• (Ohmmeter ranges): Phạm vi đo của ôm kế
• (Meter reads 0): Đồng hồ đo chỉ số 0
• (Meter set at R X 10.000): Đồng hồ được đặt ở chế độ R x 10.000
• (100-Ohm resistor): Điện trở có giá trị là 100 ohm
• (Meter range too high): Dải đo của đồng hồ quá lớn
• (Meter reads ∞): Đồng hồ đo chỉ ∞
• (Meter set at R): Đồng hồ đặt ở chế độ R
• (10.000-ohm resistor): Điện trở có giá trị 10.000 ohm
• (Meter Range Too Low): Dải đo của đồng hồ quá nhỏ