Đây là một câu chuyện dài và thú vị. Nó là trái tim của điện tử. Nói một cách thô thiển, tên của trò chơi là tạo và sử dụng các tiện ích có đặc điểm I so với V thú vị và hữu ích. Điện trở (I đơn giản tỷ lệ với V), tụ điện (I tỷ lệ với tốc độ thay đổi của V), điốt (I chỉ chảy theo một hướng), nhiệt điện trở (điện trở phụ thuộc nhiệt độ), quang trở (điện trở phụ thuộc ánh sáng), đồng hồ đo biến dạng (biến dạng- điện trở phụ thuộc), v.v., là những ví dụ. Có lẽ thú vị hơn vẫn là các thiết bị ba đầu cuối, chẳng hạn như bóng bán dẫn, trong đó dòng điện có thể chạy giữa một cặp thiết bị đầu cuối được điều khiển bởi điện áp đặt vào đầu nối thứ ba. Chúng ta sẽ dần dần tìm hiểu một số thiết bị kỳ lạ này; bây giờ, chúng ta sẽ bắt đầu với phần tử mạch trần tục nhất (và được sử dụng rộng rãi nhất), điện trở.
Trở kháng và điện trở
Có một thực tế thú vị là dòng điện qua một vật dẫn kim loại (hoặc vật liệu dẫn điện một phần khác) tỷ lệ với điện áp trên nó. (Trong trường hợp dây dẫn được sử dụng trong mạch điện, chúng tôi thường chọn một thước đo dây đủ dày để những “điện áp giảm” này sẽ
không đáng kể.) Đây hoàn toàn không phải là luật chung cho mọi đối tượng. Ví dụ, dòng điện qua bóng đèn neon là một hàm rất phi tuyến tính của điện áp đặt vào (nó bằng 0 cho đến điện áp tới hạn, tại thời điểm đó nó tăng đột ngột). Điều tương tự cũng xảy ra đối với nhiều loại thiết bị đặc biệt thú vị – điốt, bóng bán dẫn, bóng đèn, v.v…
Một điện trở được làm từ một số chất dẫn điện (carbon, hoặc kim loại mỏng hoặc màng carbon, hoặc dây dẫn kém), với một dây dẫn hoặc các điểm tiếp xúc ở mỗi đầu. Nó được đặc trưng bởi trở kháng của nó:
R = V/I
R tính bằng ohms đối với V tính bằng vôn và I tính bằng ampe. Đây được gọi là định luật Ohm. Điện trở điển hình của loại được sử dụng thường xuyên nhất (màng oxit kim loại, màng kim loại hoặc màng cacbon) có giá trị từ 1 ohm (1 Ω) đến khoảng 10 megohms (10 MΩ). Điện trở cũng được đặc trưng bởi lượng điện năng mà chúng có thể tiêu tán một cách an toàn (loại được sử dụng phổ biến nhất là 1/4 hoặc 1/8 W), kích thước vật lý của chúng, và các thông số khác như dung sai (độ chính xác), hệ số nhiệt độ, nhiễu, hệ số điện áp (mức độ R phụ thuộc vào V được áp dụng), độ ổn định theo thời gian, độ tự cảm, v.v…
Nói một cách đại khái, điện trở được sử dụng để chuyển đổi điện áp thành dòng điện và ngược lại. Điều này nghe có vẻ vô cùng khó hiểu, nhưng bạn sẽ sớm hiểu ý chúng tôi.
PHỤ LỤC
| Hệ số | Tiền tố | Ký hiệu | Nguồn gốc |
| 1024 | yotta | Y | Ký tự gần cuối của bảng chữ cái la tinh, kiểu như iota trong tiếng Hy Lạp |
| 1021 | zetta | Z | Ký tự cuối của bảng chữ cái la tinh, kiểu như zeta trong tiếng Hy Lạp |
| 1018 | exa | E | Hexa trong tiếng Hy Lạp. (1000 lũy thừa 6) |
| 1015 | peta | P | Penta trong tiếng Hy Lạp. (1000 lũy thừa 5) |
| 1012 | tera | T | Teras trong tiếng Hy Lạp. (quái vật) |
| 109 | giga | G | Gigas trong tiếng Hy Lạp. (người khổng lồ) |
| 106 | mega | M | Megas trong tiếng Hy Lạp. (tuyệt) |
| 103 | kilo | k | Khilioi trong tiếng Hy Lạp. (hàng ngàn) |
| 10-3 | milli | m | Milli trong tiếng Latin. (hàng ngàn) |
| 10-6 | micro | µ | Mikros trong tiếng Hy Lạp. (nhỏ) |
| 10-9 | nano | n | Nanos trong tiếng Hy Lạp. (quỷ lùn) |
| 10-12 | pico | p | từ piccolo/pico của Ý/Tây Ban Nha (nhỏ) |
| 10-15 | femto | f | Tiếng Đan Mạch/Na Uy femten (mười lăm) |
| 10-18 | atto | a | Tiếng Đan Mạch/tiếng Na Uy atten (mười tám) |
| 10-21 | zepto | z | cuối bảng chữ cái Latinh, kiểu như zetta |
| 10-24 | yocto | y | gần cuối bảng chữ cái Latinh, kiểu như yotta |
Điện trở
Điện trở thực sự phổ biến. Có gần như nhiều loại vì có ứng dụng. Điện trở được sử dụng trong bộ khuếch đại làm tải cho các thiết bị hoạt động, trong mạng phân cực và làm phần tử phản hồi. Kết hợp với tụ điện, chúng thiết lập hằng số thời gian và hoạt động như bộ lọc. Chúng được sử dụng để thiết lập dòng hoạt động và mức tín hiệu. Điện trở được sử dụng trong các mạch nguồn để giảm điện áp bằng cách tiêu tán công suất, để đo dòng điện và phóng điện tụ điện sau khi nguồn điện được loại bỏ. Chúng được sử dụng trong các mạch chính xác để thiết lập dòng điện, cung cấp tỷ lệ điện áp chính xác và đặt giá trị độ lợi chính xác. Trong các mạch logic, chúng hoạt động như các đầu cuối đường dây và bus và như các điện trở “kéo lên” và “kéo xuống”. Trong các mạch điện cao áp, chúng được sử dụng để đo điện áp và cân bằng dòng điện rò giữa các điốt hoặc tụ điện mắc nối tiếp. Trong các mạch tần số vô tuyến (RF), chúng thiết lập băng thông của các mạch cộng hưởng, và chúng thậm chí còn được sử dụng như các dạng cuộn dây cho cuộn cảm. Điện trở có sẵn với điện trở từ 0,0002 Ω đến 1012 Ω, xếp hạng công suất tiêu chuẩn từ 1/8 watt
thông qua 250 watt và độ chính xác từ 0,005% đến 20%. Điện trở có thể được làm từ màng kim loại, màng metaloxit, hoặc màng cacbon; từ thành phần carbon hoặc khuôn thành phần gốm; từ lá kim loại hoặc dây kim loại quấn trên một mẫu; hoặc từ các phần tử bán dẫn tương tự như bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET). Loại điện trở được sử dụng phổ biến nhất được hình thành từ màng carbon, kim loại hoặc oxit và có hai “gói” được sử dụng rộng rãi: loại dẫn hướng trục hình trụ (được tiêu biểu bởi điện trở màng kim loại RN55D 1% 1/4 W chung ), 8 và “điện trở chip” gắn trên bề mặt nhỏ hơn nhiều. Các loại phổ biến này có dung sai 5%, 2% và 1%, trong một bộ giá trị tiêu chuẩn khác nhau, từ 1 Ω đến 10 MΩ. Loại 1% có 96 giá trị mỗi thập kỷ, trong khi loại 2% và 5% có 48 và 24 giá trị mỗi thập kỷ (xem Phụ lục C). Hình 1.2 minh họa hầu hết các gói điện trở phổ biến. Điện trở rất dễ sử dụng và hoạt động tốt nên chúng thường được coi là điều hiển nhiên. Tuy nhiên, chúng không hoàn hảo và bạn nên biết một số hạn chế của chúng để không bị ngạc nhiên vào một ngày nào đó. Các khuyết tật chính là sự thay đổi về điện trở với nhiệt độ, điện áp, thời gian và độ ẩm. Các khuyết tật khác liên quan đến độ tự cảm (có thể nghiêm trọng ở tần số cao), sự phát triển của các điểm nóng nhiệt trong các ứng dụng điện, hoặc sự tạo ra nhiễu điện trong các bộ khuếch đại tiếng ồn thấp.
