Biến trở và chiết áp là gì? Ký hiệu, cách mắc, cách đo và ứng dụng

1. Biến trở và chiết áp là gì và có vai trò gì?

Biến trở và chiết áp là điện trở có con chạy, cho phép thay đổi điện trở giữa các chân để điều chỉnh điện áp, dòng hoặc mức tín hiệu.

Phần quan trọng nhất là xác định linh kiện này đang làm nhiệm vụ gì trong khối mạch trước khi đo hoặc chọn linh kiện thay thế.

2. Ký hiệu Biến trở và chiết áp trong sơ đồ mạch điện

Ký hiệu gồm phần tử điện trở và một mũi tên biểu diễn con chạy. Biến trở thường có ba chân: hai đầu dải điện trở và chân giữa là con chạy; linh kiện không phân cực.

Trên sơ đồ, điện trở thường mang mã R; khi có nhiều điện trở, chúng được đánh số R1, R2, R3…

3. Cấu tạo, hình dạng và kiểu đóng gói

Một dải điện trở bằng carbon, cermet hoặc dây quấn được tiếp xúc bởi con chạy cơ khí. Độ bền phụ thuộc vật liệu, số vòng quay và dòng qua con chạy.

Những kiểu vỏ và kiểu lắp thường gặp gồm:

• Biến trở xoay
• Biến trở trượt
• Trimmer một vòng
• Trimmer nhiều vòng
• Biến trở SMD

4. Các chủng loại phổ biến

Mỗi chủng loại có ưu điểm, giới hạn và môi trường sử dụng khác nhau; không nên thay lẫn chỉ vì có hình dạng gần giống.

• Tuyến tính
• Logarit
• Một vòng
• Nhiều vòng
• Dây quấn công suất

5. Các thông số kỹ thuật cần hiểu

• Tổng điện trở: cần được đọc cùng đơn vị, điều kiện đo và giới hạn do nhà sản xuất công bố.
• Quy luật thay đổi tuyến tính/logarit: cần được đọc cùng đơn vị, điều kiện đo và giới hạn do nhà sản xuất công bố.
• Công suất: xác định lượng nhiệt linh kiện có thể chịu trong điều kiện quy định mà không bị quá nhiệt.
• Dung sai: cho biết trị số thực tế được phép lệch bao nhiêu so với trị số danh định.
• Góc quay và tuổi thọ cơ khí: cần được đọc cùng đơn vị, điều kiện đo và giới hạn do nhà sản xuất công bố.

6. Công thức toán học và vật lý

Các công thức dưới đây mô tả quan hệ giữa những đại lượng quan trọng của linh kiện. U là điện áp, I là dòng điện, R là điện trở, P là công suất, E hoặc W là năng lượng, f là tần số và t là thời gian; đơn vị lần lượt là V, A, Ω, W, J, Hz và s.

Ký hiệu có chỉ số dưới dùng để chỉ đúng vị trí hoặc trạng thái đo, chẳng hạn U_ra là điện áp đầu ra và U_shunt là điện áp trên điện trở shunt. Với ký hiệu riêng của từng họ linh kiện, cần đọc định nghĩa ngay trong datasheet.

Công thức lý tưởng chỉ đúng trong điều kiện đã nêu. Khi chọn linh kiện thật phải tính thêm dung sai, nhiệt độ, tần số, tải và giới hạn trong datasheet.

7. Các cách mắc Biến trở và chiết áp trong mạch điện tử

Các cách mắc được sắp xếp từ dễ nhận biết đến ứng dụng nâng cao. Ở mỗi sơ đồ, hãy theo dõi điểm nối nguồn, mass, đầu vào, đầu ra và chiều dòng điện trước khi tính toán.

Các cách mắc thường dùng

1. Mắc chiết áp ba chân

Nguyên lý: Hai đầu dải điện trở nối nguồn và mass, con chạy lấy điện áp điều chỉnh.

2. Mắc biến trở hai chân

Nguyên lý: Dùng con chạy và một đầu dải điện trở để tạo điện trở thay đổi; thường nối con chạy với đầu đang dùng để giảm nguy cơ hở mạch khi tiếp xúc chập chờn.

3. Mắc hồi tiếp điều chỉnh

Nguyên lý: Đặt trong mạng hồi tiếp của op-amp hoặc nguồn để chỉnh gain hay điện áp; phải giới hạn dải để tránh trạng thái nguy hiểm.

8. Ví dụ tính toán và ứng dụng

Chiết áp 10 kΩ mắc giữa 5 V và mass, con chạy ở giữa cho điện áp xấp xỉ 2,5 V khi tải có trở kháng lớn; tải thấp sẽ làm sai tỷ lệ chia áp.

9. Cách đọc mã và datasheet

Đọc tổng điện trở, taper, công suất, điện áp tối đa, độ phân giải, số vòng, tuổi thọ cơ khí và sơ đồ chân.

Hãy phân biệt thông số làm việc khuyến nghị với giới hạn tuyệt đối. Giới hạn tuyệt đối không phải là mức nên duy trì trong quá trình vận hành.

10. Cách đo và kiểm tra trên bo mạch

1. Đo tổng điện trở giữa hai chân ngoài
2. Đo từ con chạy tới từng đầu khi xoay; giá trị phải thay đổi liên tục
3. Kiểm tra điểm chết, nhảy trị số và nhiễu tiếp xúc

Khi đo trực tiếp trên bo, các linh kiện nối với cùng nút mạch có thể làm kết quả khác trị số riêng của linh kiện. Nếu cần đo độc lập, chỉ tháo một đầu hoặc chân đo phù hợp sau khi đã ngắt nguồn và xả hết điện tích.

11. Dạng hư hỏng và nguyên nhân

Dấu hiệu có thể quan sát hoặc đo được

• Con chạy tiếp xúc kém
• Đứt dải điện trở
• Trị số nhảy hoặc nhiễu khi xoay
• Kẹt cơ khí

Những nguyên nhân cần kiểm tra

• Mài mòn
• Bụi và oxy hóa
• Dòng qua con chạy quá lớn
• Tác động cơ khí

Một dấu hiệu có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân. Chỉ kết luận linh kiện hỏng sau khi kết hợp kết quả đo, sơ đồ mạch và điều kiện vận hành.

12. Cách lựa chọn linh kiện thay thế

• Đúng tổng điện trở và quy luật tuyến tính/logarit
• Đúng sơ đồ chân và kích thước
• Công suất và góc quay phù hợp
• Không thay trimmer chính xác bằng loại một vòng nếu mạch cần hiệu chỉnh tinh

13. Câu hỏi thường gặp

Có thể đo Biến trở và chiết áp trực tiếp trên bo mạch không?

Có thể kiểm tra sơ bộ sau khi đã ngắt nguồn và xả điện tích. Tuy nhiên, những nhánh mạch nối song song hoặc linh kiện bảo vệ có thể làm sai kết quả; khi cần đo độc lập phải tách chân phù hợp và đối chiếu sơ đồ.

Có thể dùng linh kiện có thông số cao hơn để thay thế không?

Trước hết, linh kiện thay thế phải đúng chức năng và trị số chính. Một số giới hạn như công suất hoặc điện áp có thể chọn cao hơn, nhưng kích thước, đặc tính xung, tần số và nhiệt vẫn phải phù hợp. Với linh kiện nhiều chân, sơ đồ chân bắt buộc phải tương thích.

14. Kết luận

Muốn sử dụng linh kiện này đúng cách, người đọc cần nhận dạng đúng loại, hiểu ký hiệu và đường kết nối, tính được điều kiện làm việc, đo kiểm an toàn và đối chiếu datasheet trước khi thay thế.