Các thành phần thụ động (Passive Components/Passive Electronics) là những linh kiện điện tử không có khả năng tạo ra năng lượng mà chỉ có thể lưu trữ, tiêu thụ hoặc chuyển đổi năng lượng từ một dạng này sang dạng khác. Mỗi thành phần này nắm những vai trò khác nhau trong các mạch điện và là nền tảng cơ bản trong các hệ thống điện tử. Bài báo này sẽ giới thiệu về chức năng và đặc điểm của 3 thành phần này.

Điện trở (Resistor)

Điện trở là một thành phần thụ động rất phổ biến trong mạch điện, có chức năng chính là giới hạn dòng điện chạy qua nó. Khi dòng điện đi qua một điện trở, các electron sẽ va chạm với các phân tử trong vật liệu dẫn điện của điện trở, gây ra ma sát và tạo ra nhiệt. Điện trở càng lớn, sự va chạm càng mạnh và lượng nhiệt sinh ra càng nhiều. Điện trở được sử dụng để điều chỉnh mức điện áp và dòng điện, bảo vệ các thành phần khác trong mạch khỏi bị quá tải. Nó hoạt động theo định lý Ohm, định lý này mô tả mối quan hệ giữa điện áp (V), dòng điện (I) và điện trở (R) theo công thức:

V=I×R

Trong đó:

• V là điện áp (Volt),

• I là dòng điện (Ampere),

• R là điện trở (Ohm).

Điện trở có thể được phân loại theo vật liệu làm nên nó. Các loại vật liệu thông dụng nhất là carbon, kim loại và oxide kim loại. Điện trở carbon là loại phổ biến nhất trong các mạch điện tử thông thường, trong khi đó, điện trở kim loại có độ chính xác cao hơn và thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

Điện trở có thể được phân loại theo nhiều cách, chẳng hạn như:

• Điện trở cố định: Có giá trị điện trở không thay đổi.

• Điện trở biến: Cho phép điều chỉnh giá trị điện trở, ví dụ như các biến trở hoặc potensiometer.

• Điện trở carbon: Là loại điện trở phổ biến, được làm từ vật liệu carbon.

Tụ điện (Capacitor)

Tụ điện là một thành phần điện tử thụ động có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Tụ điện bao gồm hai bản cực, thường được làm từ kim loại, ngăn cách nhau bởi một lớp vật liệu cách điện, hay còn gọi là điện môi. Khi có một điện áp được đặt lên hai bản cực, các electron tích tụ ở bản cực âm, trong khi bản cực dương có sự thiếu hụt electron. Điều này tạo ra một điện trường giữa hai bản cực. Khi có một hiệu điện thế đặt vào hai tấm tụ, một lượng điện tích sẽ được lưu trữ trên các tấm này. Công thức mô tả khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện là:

Q=C×V

Trong đó:

Q là điện tích lưu trữ trên tụ điện (Coulomb),

C là điện dung (Farad),

V là điện áp (Volt).

Ba yếu tố quyết định điện dung của tụ điện: diện tích bề mặt của các tấm kim loại, khoảng cách giữa các tấm và đặc điểm của chất điện môi. Một số loại tụ điện thường được sử dụng là tụ điện gốm, tụ điện hóa và tụ điện tantalum. Tụ điện gốm có độ ổn định cao, nhưng tụ điện hóa không bền.

Tụ điện có nhiều loại khác nhau, mỗi loại được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Một số loại tụ điện phổ biến bao gồm:

Tụ điện phân cực (Electrolytic Capacitors): Thường được sử dụng trong các mạch có điện áp cao và dung lượng lớn.

Tụ gốm (Ceramic Capacitors): Chúng có kích thước nhỏ và có thể hoạt động ở các tần số cao.

Tụ phim (Film Capacitors): Dùng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

Cuộn cảm (Inductor)

Một thành phần thụ động được gọi là cuộn cảm có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường. Cuộn cảm bao gồm một dây dẫn được quấn thành cuộn. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, một từ trường được tạo ra quanh cuộn dây cảm. Công thức sau đây mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong cuộn cảm:

V=L×dldt

Trong đó:

• V: điện áp (Volt),

• L: độ tự cảm (Henry),

• dI/dt​: sự thay đổi của dòng điện theo thời gian.

Từ trường biến thiên trong cuộn cảm sinh ra một lực điện động tự cảm, có tác dụng chống lại sự thay đổi dòng điện. Nhờ đặc tính này, cuộn cảm được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, từ các thiết bị gia dụng đơn giản đến các hệ thống viễn thông phức tạp. Loại lõi của cuộn cảm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lưu trữ năng lượng từ trường và do đó quyết định phạm vi ứng dụng của nó.

Cuộn cảm có rất nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào chất liệu lõi và số vòng dây. Cuộn cảm có lõi sắt, với khả năng lưu trữ từ trường mạnh, thường dùng cho các mạch điện hoạt động ở tần số thấp. Trong khi đó, cuộn cảm không lõi, nhỏ gọn hơn, lại thích hợp cho các ứng dụng tần số cao.

Cuộn cảm cũng có nhiều loại khác nhau, bao gồm:

• Cuộn cảm cố định: Các cuộn cảm này có giá trị cảm kháng không thay đổi.

• Cuộn cảm biến (Variable Inductors): Giá trị của cuộn cảm có thể được điều chỉnh.

• Cuộn cảm gắn bề mặt: Loại cuộn cảm nhỏ gọn và có thể gắn trực tiếp lên bảng mạch.

Các Tính Chất và Ứng Dụng của Thành Phần Thụ Động

Mặc dù các tính chất và cách thức hoạt động của các thành phần thụ động khác nhau, nhưng chúng không thể tạo ra năng lượng mà chỉ chuyển đổi hoặc lưu trữ nó. Đây là một số tính chất và ứng dụng của các thành phần thụ động:

Điện trở:

• Tính chất: Bản chất điện trở chống lại dòng điện và sản sinh ra năng lượng nhiệt khi có dòng điện chảy qua.

• Ứng dụng: Điều chỉnh dòng điện, bảo vệ các mạch điện khỏi bị quá tải, tạo các điểm phân áp trong mạch điện.

Tụ điện:

• Tính chất: Tụ điện chống lại sự thay đổi của điện áp, và có thể nạp và xả điện trong thời gian ngắn.

• Ứng dụng: Lọc tín hiệu, ổn định nguồn điện, điều chỉnh tần số trong mạch dao động, lưu trữ năng lượng.

Cuộn cảm:

• Tính chất: Cuộn cảm lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường và chống lại sự thay đổi dòng điện.

• Ứng dụng: Mạch lọc, mạch dao động, mạch truyền tín hiệu, và điều chỉnh tần số trong các ứng dụng công nghiệp và viễn thông.

Kết Luận

Ba linh kiện điện thụ động chính trong mạch điện tử là tụ điện, điện trở và cuộn cảm. Mặc dù mỗi linh kiện đóng một vai trò khác nhau, nhưng chúng đều giúp điều khiển và ổn định dòng điện và điện áp trong các ứng dụng điện tử. Hiểu rõ cách từng linh kiện hoạt động và được sử dụng sẽ giúp các kỹ sư thiết kế mạch điện chính xác và hiệu quả hơn cho các lĩnh vực điện tử, viễn thông và tự động hóa.

‍