Biến trở là một loại linh kiện được sử dụng để điều chỉnh hoạt động của mạch điện và được ứng dụng rất phổ biến trong thực tế như: điều chỉnh âm lượng ti vi, loa đài; điều chỉnh độ sáng bóng đèn; điều chỉnh tốc độ quạt;... Vậy biến trở là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến trở như thế nào? Và biến trở có những ứng dụng gì trong thực tế. Hãy cùng Bảo An tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
1. Biến trở là gì?
Biến trở là gì? Biến trở hay còn gọi là chiết áp, là thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Biến trở là gì?
Để hiểu thêm về biến trở là gì? Hãy cùng tham khảo hình ảnh và thông số kỹ thuật của sản phẩm Chiết áp chổi than TOCOS RV24YN20S B103 10kOhm, 1 vòng, hiện đang được phân phối ở Bảo An tại đây.
2. Cấu tạo của biến trở.
2.1. Các thành phần chính của biến trở
Biến trở thường được nối với các bộ phận khác trong một mạch điện gồm ba chốt: hai chốt nối với hai đầu biến trở, chốt còn lại nối với con chạy (tay quay chạy). Cấu tạo gồm có 3 bộ phận chính như sau: cuộn dây, con chạy và chân ngõ ra
- Cuộn dây được làm từ hợp kim có điện trở suất lớn
- Con chạy/ chân chạy cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng
- Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực). Trong số ba cực này, có hai cực được cố định ở đầu của điện trở. Các cực này được làm bằng kim loại. Cực còn lại là một cực di chuyển và thường được gọi là cần gạt. Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyết định giá trị của biến trở.
2.2. Các vật liệu chế tạo biến trở
Các vật liệu thường được sử dụng để chế tạo biến trở là gì? Các vật liệu có trở kháng là nguyên liệu chính được sử dụng để tạo ra những biến trở như sau:
- Carbon hay còn được gọi là biến trở than: đây là vật liệu phổ biến nhất cấu thành từ các hạt carbon. Carbon có giá thành rẻ nên được sản xuất với số lượng lớn, tuy nhiên độ chính xác của biến trở carbon không cao.
- Dây cuốn: Loại dây này thường làm từ vật liệu Nichrome với độ cách điện cao. Vì vậy mà chúng được sử dụng trong các ứng dụng công suất cao đòi hỏi độ chính xác cao. Tuy nhiên độ phân giải của loại vật liệu này chưa thực sự tốt.
- Nhựa dẫn điện: thường bắt gặp trong các ứng dụng âm thanh cao cấp. Tuy nhiên loại vật liệu này có giá thành cao khiến chúng bị hạn chế.
- Cermet: đây là loại vật liệu rất ổn định. Tuy nhiên tuổi thọ của vật liệu này không cao và giá thành cao.
Cấu tạo của biến trở
3. Nguyên lý hoạt động của biến trở
3.1. Nguyên lý hoạt động cơ bản của biến trở
- Nguyên lý hoạt động cơ bản của biến trở là gì? Nguyên lý hoạt động cở bản của biến trở là các dây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau. Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển hay các núm vặn. Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổi chiều dây dẫn khiến cho điện trở trong mạch thay đổi
- Thực tế việc thiết kế mạch điện tử luôn có một khoảng sai số, nên khi thực hiện điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc này biến trở có vai trò phân áp, phân dòng trong mạch. Ví dụ: Trong chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng của đèn.
Nguyên lý hoạt động của biến trở
3.2. Sự thay đổi điện trở trong biến trở
Sự thay đổi của điện trở trong biến trở có thể mô tả như sau:
- Khi cần điều chỉnh di chuyển về một đầu của điện trở, giá trị điện trở giữa đầu di động và đầu đó sẽ giảm xuống, trong khi giá trị điện trở giữa đầu di động và đầu còn lại tăng lên.
- Ngược lại, nếu cần điều chỉnh di chuyển về phía đầu kia, giá trị điện trở thay đổi theo hướng ngược lại.
Chính vì nguyên lý này mà biến trở có thể được sử dụng trong một số ứng dụng như sau: điều chỉnh cường độ của dòng điện qua tải, kiểm soát điện áp đầu ra trong các mạch điều chỉnh điện áp,...
4. Phân loại biến trở
Biến trở được chia thành nhiều loại khác nhau dựa trên nguyên lý hoạt động và đặc điểm điều chỉnh điện trở. Trong đó có hai cách phân loại biến trở phổ biến đó là biến trở thông thường và biến trở kỹ thuật số, biến trở tuyến tính và biến trở phi tuyến.
4.1. Biến trở thông thường và biến trở kỹ thuật số
- Biến trở thông thường (Analog Potentiometer):
- Đây là loại biến trở truyền thống, hoạt động bằng cách thay đổi vị trí của cần điều chỉnh hoặc núm xoay để điều chỉnh giá trị điện trở.
- Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như điều chỉnh âm lượng loa, độ sáng đèn và tốc độ quạt.
- Biến trở thông thường có thể bị mài mòn cơ học theo thời gian do tiếp xúc vật lý giữa cần điều chỉnh và bề mặt điện trở.
- Biến trở kỹ thuật số (Digital Potentiometer):
- Biến trở kỹ thuật số hoạt động dựa trên các linh kiện điện tử như vi mạch và transistor để thay đổi điện trở mà không cần điều chỉnh cơ học.
- Có thể được điều khiển bằng tín hiệu số từ vi điều khiển hoặc phần mềm, giúp tăng độ chính xác và độ bền.
- Biến trở kỹ thuật số được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động, thiết bị đo lường và điện tử công suất cao.
4.2. Biến trở tuyến tính và biến trở phi tuyến
- Biến trở tuyến tính (Linear Potentiometer):
- Biến trở tuyến tính là loại biến trở mà điện trở thay đổi theo một tỷ lệ tuyến tính khi cần điều chỉnh di chuyển.
- Nếu vẽ đồ thị mối quan hệ giữa vị trí của cần điều chỉnh và giá trị điện trở, ta thu được một đường thẳng.
- Biến trở tuyến tính thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh chính xác và ổn định, như điều chỉnh âm lượng hoặc độ sáng.
- Biến trở phi tuyến (Non-Linear Potentiometer – Logarithmic Potentiometer):
- Biến trở phi tuyến là biến trở mà điện trở thay đổi theo một quy luật phi tuyến, thường là theo dạng logarithm hoặc exponential (hàm mũ).
- Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa vị trí cần điều chỉnh và điện trở không phải là đường thẳng mà có độ cong nhất định.
- Loại biến trở này thường được sử dụng trong các ứng dụng cần sự thay đổi nhanh hoặc nhạy cảm, như điều chỉnh âm thanh trong hệ thống âm thanh chuyên nghiệp.
5. Ứng dụng của biến trở
Qua các phần trên, Bảo An đã giúp bạn hiểu được về biến trở là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của biến trở và cách kiểm tra hoạt động của biến trở. Vậy các ứng dụng trong thực tế của biến trở là gì? Hãy cùng tìm hiểu trong phần dưới đây.
- Biến trở hiện nay được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp, đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống điện, điện tử điều khiển của nhà máy như: Lắp ráp linh kiện, sản xuất thiết bị điện, dệt may, dược phẩm, ô tô, gia công cơ khí,… Một số ứng dụng của biến trở trong thực tế như sau:
+ Biến trở làm chiết áp giúp thay đổi độ sáng của đèn LED hoặc các đèn dân dụng có điện áp 220V để phục vụ đời sống. Vì biến trở có khả năng làm thay đổi điện áp giúp làm tăng giảm độ sáng của đèn theo yêu cầu của người dùng.
+ Trong hệ thống công nghiệp thì biến trở là thiết bị quan trọng không thể thiếu. Khi một thiết bị nào đó truyền đi tín hiệu 4-20mA hay tín hiệu 0-10V về trung tâm nhưng gặp sự cố hỏng hóc, biến trở sẽ kết hợp ngay với một bộ chuyển đổi được lắp đặt cùng trong hệ thống sang tín hiệu 4-20mA. Tín hiệu này sẽ thay thế cho thiết bị gặp sự cố giúp cho hệ thống được có thể chạy lại tạm thời.
+ Biến trở đôi có độ chính xác cao gọi là volume. Chúng được sử dụng để làm thiết bị khuếch đại âm thanh, giúp điều chỉnh tăng giảm âm lượng.
Ứng dụng của biến trở
6. Cách lựa chọn và sử dụng biến trở đúng cách
6.1. Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn biến trở
Để biến trở hoạt động hiệu quả và bền bỉ trong hệ thống điện, việc lựa chọn và sử dụng đúng cách là rất quan trọng. Dưới đây là các yếu tố cần xem xét khi chọn biến trở và những lưu ý khi sử dụng trong mạch điện.
- Điện áp và dòng điện định mức: Cần chọn biến trở có điện áp và dòng điện phù hợp với mạch điện để tránh quá tải, gây hư hỏng thiết bị. Ví dụ, biến trở công suất cao dùng trong điều khiển động cơ sẽ có dòng điện và điện áp định mức lớn hơn so với biến trở dùng trong thiết bị âm thanh.
- Dải giá trị điện trở: Biến trở có nhiều giá trị khác nhau như 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ, 1MΩ,… Cần chọn giá trị điện trở phù hợp với yêu cầu của mạch. Nếu cần điều chỉnh dòng điện nhỏ, nên chọn biến trở có giá trị cao, trong khi dòng lớn cần biến trở có giá trị thấp hơn.
- Chọn loại biến trở phù hợp với ứng dụng:
- Biến trở tuyến tính phù hợp với các ứng dụng cần điều chỉnh mượt mà, ổn định.
- Biến trở phi tuyến (logarithmic) thích hợp cho các hệ thống âm thanh hoặc cảm biến đặc biệt.
- Biến trở kỹ thuật số lý tưởng trong các mạch điều khiển tự động và hệ thống nhúng.
- Kiểu dáng và cơ chế điều chỉnh: Chọn biến trở dạng xoay, trượt hay vít chỉnh tùy theo không gian lắp đặt và cách thức sử dụng.
6.2. Các lưu ý khi sử dụng biến trở trong mạch điện
Khi sử dụng biến trở trong mạch điện, bạn cần lưu ý các điểm sau để đảm bảo an toàn khi sử dụng:
- Kết nối đúng sơ đồ trong mạch: Đầu vào và đầu ra của biến trở phải được đấu nối chính xác để tránh sai sót khi điều chỉnh. Khi sử dụng làm chiết áp, phải dùng cả ba chân; khi dùng như điện trở thay đổi, chỉ cần hai chân.
- Tránh quá tải điện trở: Không để biến trở hoạt động với công suất quá lớn so với khả năng chịu đựng, vì có thể làm nóng và gây hỏng thiết bị.
- Bảo vệ biến trở khỏi bụi và môi trường ẩm: Bụi bẩn có thể làm kẹt cần điều chỉnh, ảnh hưởng đến độ chính xác của biến trở. Trong môi trường ẩm, cần chọn loại biến trở có vỏ bảo vệ hoặc phủ chống ẩm để đảm bảo độ bền.
- Kiểm tra định kỳ và thay thế khi cần thiết: Nếu biến trở bị mài mòn hoặc mất độ chính xác sau thời gian dài sử dụng, cần thay mới để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Tóm lại, việc lựa chọn và sử dụng biến trở đúng cách sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất mạch điện, giảm nguy cơ hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
7. Tại sao biến trở lại quan trọng trong mạch điện
Biến trở đóng vai trò quan trọng trong nhiều hệ thống điện và điện tử nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt, giúp kiểm soát dòng điện và điện áp một cách chính xác. Nhờ đó, biến trở không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt động của mạch mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất tổng thể. Duới đây là một số lý do mà biến trở lại quan trọng trong mạch điện:
7.1. Tính linh hoạt và điều chỉnh chính xác:
- Kiểm soát điện áp và dòng điện: Biến trở cho phép điều chỉnh mức điện áp hoặc dòng điện theo nhu cầu, giúp hệ thống hoạt động ổn định và tránh các sự cố do quá tải.
- Tối ưu hóa hiệu suất mạch điện: Trong nhiều ứng dụng, biến trở giúp điều chỉnh thông số mạch theo yêu cầu mà không cần thay đổi linh kiện, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sửa đổi thiết kế. Các hệ thống điều khiển tự động sử dụng biến trở để cân chỉnh tín hiệu đầu vào, đảm bảo thiết bị hoạt động đúng yêu cầu.
- Ứng dụng rộng rãi trong cảm biến và đo lường: Biến trở được sử dụng trong các cảm biến đo vị trí, nhiệt độ, áp suất,… giúp thu thập dữ liệu chính xác cho hệ thống điều khiển. Ví dụ, trong ô tô, biến trở trong bàn đạp ga giúp điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên mức độ nhấn của người lái.
7.2. Tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất mạch điện
- Giảm tiêu thụ năng lượng không cần thiết: Biến trở có thể điều chỉnh mức công suất phù hợp với nhu cầu sử dụng, giúp giảm hao phí điện năng trong các thiết bị điện tử. Ví dụ, trong hệ thống chiếu sáng, biến trở giúp kiểm soát độ sáng, tránh lãng phí điện khi không cần thiết.
- Duy trì hiệu suất và bảo vệ linh kiện: Việc sử dụng biến trở giúp giảm áp lực lên các linh kiện trong mạch bằng cách điều chỉnh dòng điện, giúp thiết bị hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ. Trong các mạch cấp nguồn, biến trở được dùng để hiệu chỉnh điện áp ra, tránh hiện tượng sốc điện làm hỏng linh kiện nhạy cảm.
Nhờ những lợi ích trên, biến trở được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và tự động hóa, giúp tối ưu hóa hoạt động của mạch điện một cách hiệu quả.
8. Cách đo và kiểm tra biến trở
- Trong quá trình sử dụng mạch điện có biến trở chắc chắn sẽ không loại trừ sự cố biến trở có thể bị hỏng hóc. Do vậy, bạn sẽ cần biết được cách đo cũng như cách kiểm tra biến trở, chiết áp đơn giản bằng đồng hồ vạn năng.
- Tất nhiên, trước khi tiến hành kiểm tra biến trở, bạn sẽ cần chuẩn bị một thiết bị đồng hồ vạn năng có chức năng đo điện trở. - Việc kiểm tra biến trở chính là kiểm tra giá trị điện trở của chiếc biến trở đó. Bạn có thể tham khảo một số đồng hồ vạn năng có chức năng đo điện trở như đồng hồ vạn năng Hioki DT4256, Hioki 3030-10, Hioki DT4281, Hioki DT4282,... để đáp ứng yêu cầu của công việc một cách tốt nhất.
- Cách đo biến trở bằng đồng hồ vạn năng như sau:
+ Bước 1: Xác định chân biến trở: Đầu tiên, ta cần chọn thang đo điện trở trên đồng hồ vạn năng. Sau đó, kết nối hai chân que đo với đồng hồ vạn năng, hai đầu que đo sẽ cần phải tiếp xúc với hai chân của biến trở. Sau đó, tiến hành xoay trục của biến trở và quan sát kết quả hiển thị trên màn hình. Thông thường sẽ có hai trường hợp xuất hiện.
Trường hợp 1: Thử nhầm chân biến trở.
Nếu giá trị điện trở bị thay đổi có nghĩa là một trong hay chân chính là con chạy.
+ Bước 2: Dùng que đo màu đen của đồng hồ VOM để chạm vào chân còn lại của biến trở.
+ Bước 3: Tiếp xoay trục của biến trở.
Khi thấy kết quả trên đồng hồ VOM thay đổi giá trị thì chân tiếp xúc với que màu đỏ là chân chạy. Trong trường hợp, đồng hồ không thay đổi thì hai chân đang được đo chính là hai chân cố định. Như vậy, chân còn lại là chân chạy.
Trường hợp 2: Biến trở không hoạt động
Sau khi thực hiện bước đầu tiên, nếu giá trị điện trở không thay đổi, ta có thể nhận định hai chân đo chính là hai chân cố định.
+ Bước 2: Tiến hành thử lại bằng việc giữ que đo màu đỏ của VOM tiếp xúc với biến trở. Trong khi que đo màu đen sẽ kết nối với chân của biến trở.
+ Bước 3: Tiến hành xoay trục của biến trở. Nếu đồng hồ vạn năng thay đổi giá trị điện trở, ta có thể xác định chân đang chạm với que màu đen chính là chân chạy. Ngược lại, khi giá trị điện trở không thay đổi giá trị có nghĩa là biến trở đã bị hỏng.
Cách kiểm tra biến trở
Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được về biến trở là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của biến trở, cách kiểm tra hoạt động của biến trở cũng như một số ứng dụng của biến trở trong thực tế. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.
------------------------------------------------
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
Q: Biến trở có thể điều chỉnh được điện áp không?
A: Biến trở có thể điều chỉnh điện trở trong mạch, từ đó tác động gián tiếp đến điện áp hoặc dòng điện trong một số ứng dụng nhất định. Tuy nhiên, biến trở chủ yếu được dùng để điều chỉnh điện trở, không phải trực tiếp điều chỉnh điện áp.
Q: Biến trở khác gì so với điện trở cố định?
A: Điện trở cố định có giá trị điện trở không thay đổi, trong khi biến trở cho phép thay đổi giá trị điện trở trong mạch. Biến trở có thể được điều chỉnh thủ công hoặc tự động, trong khi điện trở cố định không thể thay đổi.
Q: Biến trở có thể sử dụng trong mạch điện cao áp không?
A: Biến trở có thể được sử dụng trong các mạch điện cao áp, nhưng cần lựa chọn loại biến trở phù hợp với điện áp và dòng điện trong mạch. Các biến trở có thể chịu được điện áp cao thường được thiết kế đặc biệt và có cấu tạo bền bỉ hơn.
Q: Biến trở có thể thay thế cho potentiometer không?
A: Biến trở và potentiometer đều là các thiết bị điều chỉnh điện trở, nhưng potentiometer thường được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi điều chỉnh điện áp hoặc dòng điện chính xác hơn, trong khi biến trở thường chỉ dùng để điều chỉnh giá trị điện trở trong mạch.
Q: Cách bảo trì biến trở như thế nào?
A: Biến trở cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả. Cần làm sạch các tiếp điểm của biến trở để tránh mài mòn và đảm bảo không có bụi bẩn làm gián đoạn quá trình điều chỉnh. Ngoài ra, cần kiểm tra các kết nối điện của biến trở để tránh hiện tượng chập mạch.
Q: Tại sao biến trở lại bị hỏng sau một thời gian sử dụng?
A: Biến trở có thể bị hỏng do các tiếp điểm bên trong bị mài mòn, bám bụi, hoặc do sử dụng quá tải trong thời gian dài. Đôi khi, quá trình điều chỉnh liên tục cũng có thể gây hư hỏng các bộ phận bên trong.
Q: Biến trở có thể sử dụng cho thiết bị điện tử như máy tính hay không?
A: Biến trở có thể sử dụng trong một số mạch điều khiển của thiết bị điện tử, nhưng chúng thường không được sử dụng trực tiếp trong các thiết bị như máy tính. Tuy nhiên, trong các mạch điều chỉnh âm lượng hoặc ánh sáng, biến trở là một phần quan trọng.
 12102024033154.jpg)
