Trong bài đăng này, chúng ta học cách sử dụng điện trở trong khi thiết kế mạch điện tử sử dụng đèn LED, điốt zener hoặc bóng bán dẫn. Bài viết này có thể rất hữu ích cho những người mới chơi, những người thường nhầm lẫn với các giá trị điện trở được sử dụng cho một thành phần cụ thể và cho ứng dụng mong muốn.
Điện trở là gì
Điện trở là một thành phần điện tử thụ động có thể trông khá kém ấn tượng trong một mạch điện tử so với các thành phần điện tử tích cực và tiên tiến khác như BJT, mosfet, IC, LED, v.v.
Tuy nhiên, trái ngược với cảm giác này, điện trở là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong bất kỳ mạch điện tử nào và việc tưởng tượng một PCB không có điện trở có thể trông kỳ lạ và bất khả thi.
Điện trở về cơ bản được sử dụng để kiểm soát điện áp và dòng điện trong mạch, trở nên rất quan trọng để vận hành các thành phần hoạt động, phức tạp khác nhau.
Ví dụ, một BJT chẳng hạn như BC547 hoặc tương tự có thể cần một điện trở được tính toán đúng trên cơ sở / bộ phát của nó để hoạt động tối ưu và an toàn.
Nếu điều này không được tuân thủ, bóng bán dẫn có thể bị nổ và bị hỏng.
Tương tự, chúng ta đã thấy làm thế nào mà điện trở trở nên thiết yếu trong các mạch liên quan đến IC như 555 hoặc 741, v.v.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ học cách tính toán và sử dụng điện trở trong mạch khi thiết kế một cấu hình cụ thể.
Cách sử dụng Điện trở để điều khiển Transistor (BJT).
Một bóng bán dẫn yêu cầu một điện trở trên đế và bộ phát của nó và đây là một trong những mối quan hệ quan trọng nhất giữa hai thành phần này.
Một bóng bán dẫn NPN (BJT) cần một lượng dòng điện xác định để chạy từ đế của nó đến thanh cực phát hoặc thanh nối đất để tác động (truyền) dòng tải nặng hơn từ bộ thu sang bộ phát của nó.
Một bóng bán dẫn PNP (BJT) cần một lượng dòng điện xác định để chạy từ bộ phát hoặc thanh tích cực đến đế của nó để kích hoạt (truyền) dòng tải nặng hơn từ bộ phát tới bộ thu của nó.
Để điều khiển dòng tải một cách tối ưu, BJT cần có điện trở cơ bản được tính toán đúng.
Bạn có thể muốn xem một bài viết ví dụ liên quan cho thực hiện một giai đoạn điều khiển tiếp sức
Công thức tính điện trở cơ bản của BJT có thể được xem dưới đây:
R = (Hệ thống - 0,6). Dòng điện / tải trọng,
Trong đó R = điện trở cơ bản của bóng bán dẫn,
Us = Nguồn hoặc điện áp kích hoạt cho điện trở cơ bản,
Hfe = Độ lợi dòng chuyển tiếp của bóng bán dẫn.
Công thức trên sẽ cung cấp giá trị điện trở chính xác để vận hành tải qua BJT trong mạch.
Mặc dù công thức trên có vẻ rất quan trọng và bắt buộc để thiết kế mạch điện sử dụng BJT và điện trở, nhưng kết quả thực sự không cần quá chính xác.
Ví dụ, giả sử chúng ta muốn điều khiển một rơ le 12V sử dụng bóng bán dẫn BC547, nếu dòng điện hoạt động của rơ le là khoảng 30mA, từ công thức trên, chúng ta có thể tính toán điện trở cơ bản là:
R = (12 - 0,6). 200 / 0,040 = 57000 ohms tương đương với 57K
Giá trị trên có thể được giả định là cực kỳ tối ưu cho bóng bán dẫn để bóng bán dẫn sẽ vận hành rơle với hiệu suất tối đa và không làm tiêu tán hoặc lãng phí dòng điện dư thừa.
Tuy nhiên trên thực tế, bạn sẽ thấy rằng trên thực tế bất kỳ giá trị nào từ 10K đến 60k đều hoạt động tốt cho cùng một cách triển khai, nhược điểm nhỏ duy nhất là sự tiêu tán bóng bán dẫn có thể nhiều hơn một chút, có thể vào khoảng 5 đến 10mA, điều đó hoàn toàn không đáng kể và không thành vấn đề tất cả.
Cuộc trò chuyện trên chỉ ra rằng mặc dù việc tính toán giá trị của bóng bán dẫn có thể được khuyến nghị nhưng nó không hoàn toàn cần thiết, vì bất kỳ giá trị hợp lý nào cũng có thể làm công việc của bạn tốt như nhau.
Nhưng điều đó đã nói, giả sử trong ví dụ trên nếu bạn chọn điện trở cơ bản dưới 10K hoặc trên 60k, thì chắc chắn nó sẽ bắt đầu gây ra một số tác động xấu đến kết quả.
Dưới 10k bóng bán dẫn sẽ bắt đầu ấm hơn và tiêu tan đáng kể..và trên 60K, bạn sẽ thấy rơ le bị chập chờn và không kích hoạt chặt chẽ.
Điện trở để điều khiển Mosfet
Trong ví dụ trên, chúng ta nhận thấy rằng một bóng bán dẫn phụ thuộc chủ yếu vào một điện trở được tính toán tỉ mỉ trên cơ sở của nó để thực hiện hoạt động tải một cách chính xác.
Điều này là do cơ sở bóng bán dẫn là một thiết bị phụ thuộc vào dòng điện, trong đó dòng điện cơ bản tỷ lệ thuận với dòng tải thu của nó.
Nếu dòng tải nhiều hơn, dòng cơ bản cũng sẽ cần được tăng lên một cách tương ứng.
Đối lập với mosfet này là những khách hàng hoàn toàn khác. Đây là các thiết bị phụ thuộc vào điện áp, có nghĩa là một cổng mosfet không phụ thuộc vào dòng điện thay vì điện áp để kích hoạt tải qua cống và nguồn của nó.
Miễn là điện áp tại cổng của nó trên hoặc xung quanh 9V, MOSFET sẽ kích hoạt tải một cách tối ưu bất kể dòng điện cổng của nó có thể thấp đến 1mA.
Vì tính năng trên, một điện trở cổng mosfet không yêu cầu bất kỳ tính toán quan trọng nào.
Tuy nhiên, điện trở tại cổng mosfet phải càng thấp càng tốt nhưng lớn hơn nhiều so với giá trị 0, tức là ở bất kỳ đâu trong khoảng từ 10 đến 50 ôm.
Mặc dù mosfet vẫn sẽ kích hoạt chính xác ngay cả khi không có điện trở nào được đưa vào cổng của nó, nhưng giá trị thấp được khuyến nghị nghiêm ngặt để chống lại hoặc hạn chế quá độ hoặc đột biến qua cổng / nguồn của mosfet.
Sử dụng điện trở với đèn LED
Cũng giống như BJT, sử dụng điện trở với đèn LED là điều cần thiết và có thể được thực hiện theo công thức sau:
R = (Điện áp cung cấp - Điện áp LED fwd) / Dòng điện LED
Một lần nữa, kết quả công thức chỉ để thu được kết quả tối ưu tuyệt đối từ độ sáng của đèn LED.
Ví dụ, giả sử chúng ta có một đèn LED với thông số kỹ thuật là 3.3V và 20mA.
Chúng tôi muốn chiếu sáng đèn LED này từ nguồn cung cấp 12V.
Sử dụng công thức cho chúng ta biết rằng:
R = 12 - 3,3 / 0,02 = 435 ôm
Điều đó ngụ ý rằng một điện trở 435 ohm sẽ được yêu cầu để có được kết quả hiệu quả nhất từ đèn LED.
Tuy nhiên trên thực tế, bạn sẽ thấy rằng bất kỳ giá trị nào trong khoảng từ 330 ohm đến 1K sẽ cho kết quả hài lòng từ đèn LED, vì vậy chỉ cần một ít kinh nghiệm và một số kiến thức thực tế và bạn có thể dễ dàng vượt qua những trở ngại này ngay cả khi không có bất kỳ tính toán nào.
Sử dụng điện trở với điốt zener
Đôi khi, chúng tôi thấy điều cần thiết là phải bao gồm giai đoạn điốt zener trong một mạch điện tử, ví dụ như trong các mạch opamp trong đó opamp được sử dụng như một bộ so sánh và chúng tôi dự định sử dụng một diode zener để cố định điện áp tham chiếu trên một trong các đầu vào của opamp.
Người ta có thể tự hỏi làm thế nào một điện trở zener có thể được tính toán ??
Nó không khó chút nào và chỉ giống với những gì chúng tôi đã làm cho đèn LED trong cuộc thảo luận trước.
Điều đó chỉ đơn giản là sử dụng công thức sau:
R = (Điện áp cung cấp - Điện áp Zener) / dòng tải
Không cần phải đề cập rằng các quy tắc và thông số giống hệt nhau như được thực hiện cho đèn LED ở trên, sẽ không có vấn đề nghiêm trọng nào gặp phải nếu điện trở zener đã chọn nhỏ hơn hoặc cao hơn đáng kể so với giá trị được tính toán.
Cách sử dụng Điện trở trong Opamps
Nói chung, tất cả các IC được thiết kế với thông số kỹ thuật trở kháng đầu vào cao và thông số kỹ thuật trở kháng đầu ra thấp.
Có nghĩa là, các đầu vào được bảo vệ tốt từ bên trong và không phụ thuộc vào dòng điện đối với các thông số hoạt động, nhưng ngược lại, các đầu ra của hầu hết các IC sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi dòng điện và ngắn mạch.
Do đó, việc tính toán điện trở cho đầu vào của một IC có thể không quan trọng chút nào, nhưng trong khi cấu hình đầu ra với tải, một điện trở có thể trở nên quan trọng và có thể cần được tính toán như đã giải thích trong các cuộc trò chuyện ở trên của chúng tôi.
Sử dụng điện trở làm cảm biến dòng điện
Trong các ví dụ trên, đặc biệt là đối với LeD và BJT, chúng ta đã thấy cách các điện trở có thể được cấu hình làm giới hạn dòng điện. Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu cách một điện trở có thể được sử dụng như một cảm biến dòng điện:
Bạn cũng có thể tìm hiểu điều tương tự trong bài viết ví dụ này giải thích cách xây dựng các mô-đun cảm biến hiện tại
Theo định luật Ohms khi dòng điện chạy qua một điện trở, một lượng chênh lệch tiềm năng tương ứng phát triển trên điện trở này có thể được tính bằng công thức định luật Ohms sau:
V = RxI, trong đó V là điện áp phát triển trên điện trở, R là điện trở tính bằng Ohms và I là cường độ dòng điện đi qua điện trở tính bằng Amps.
Hãy giả sử ví dụ, một dòng điện 1 amp được chạy qua một điện trở 2 ohm, giải điều này trong công thức trên sẽ cho:
V = 2x1 = 2 V,
Nếu dòng điện giảm xuống 0,5 ampe, thì
V = 2x0,5 = 1 V
Biểu thức trên cho thấy hiệu điện thế trên điện trở thay đổi tuyến tính và tỷ lệ như thế nào khi phản ứng với dòng điện chạy qua nó.
Đặc tính này của điện trở được thực hiện hiệu quả trong tất cả các mạch liên quan đến đo dòng điện hoặc bảo vệ dòng điện.
Bạn có thể xem các ví dụ sau để nghiên cứu tính năng trên của điện trở, tất cả các thiết kế này đã sử dụng một điện trở được tính toán để cảm nhận mức dòng mong muốn cho các ứng dụng cụ thể ..
Mạch giới hạn dòng điện LED công suất cao phổ quát - Không đổi ...
Mạch sạc pin 12 Volt điều khiển hiện tại giá rẻ ...
LM317 như một bộ điều chỉnh điện áp thay đổi và biến ...
Mạch điều khiển Diode Laser - Điều khiển hiện tại | Tự làm ...
Tạo ra một bóng đèn pha LED hàng trăm Watt dòng điện liên tục ...
Sử dụng điện trở làm dải phân cách tiềm năng
Cho đến nay, chúng ta đã thấy cách điện trở có thể được áp dụng trong các mạch để hạn chế dòng điện, bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu cách các điện trở có thể được nối dây để có được bất kỳ mức điện áp mong muốn nào bên trong mạch.
Nhiều mạch yêu cầu mức điện áp chính xác tại các điểm cụ thể trở thành tham chiếu quan trọng cho mạch để thực hiện các chức năng dự định.
Đối với các ứng dụng như vậy, các điện trở được tính toán được sử dụng nối tiếp để xác định các mức điện áp chính xác còn được gọi là chênh lệch tiềm năng theo yêu cầu của mạch. Các tham chiếu điện áp mong muốn đạt được tại điểm giao nhau của hai điện trở đã chọn (xem hình trên).
Các điện trở được sử dụng để xác định mức điện áp cụ thể được gọi là mạng phân chia tiềm năng.
Công thức để tìm điện trở và các tham chiếu điện áp có thể được chứng minh dưới đây, mặc dù nó cũng có thể đạt được đơn giản bằng cách sử dụng giá trị đặt trước hoặc nồi và bằng cách đo điện áp dây dẫn trung tâm của nó bằng DMM.
Vout = V1.Z2 / (Z1 + Z2)
Bạn có thêm câu hỏi? Hãy ghi lại suy nghĩ của bạn thông qua nhận xét của bạn.
Trước: Mạch chỉ báo dòng pin - Cắt sạc hiện tại được kích hoạt Tiếp theo: Mạch đèn phanh LED cho xe máy và ô tô
