Tổng quan về điện trở màng – cách phân loại và nguyên lý hoạt động
Một điện trở là một linh kiện thiết yếu trong các mạch điện và điện tử. Có nhiều loại điện trở khác nhau có sẵn trên thị trường được sản xuất với các vật
Điện trở màng là gì?
Định nghĩa của một điện trở màng là một điện trở cố định có phần tử điện trở giống như một lớp vật liệu dẫn điện mỏng ở dạng cách điện được gọi là điện trở màng. Các vật liệu dẫn điện không bao gồm vật liệu cách điện hoặc chất kết dính. Chức năng của điện trở màng là hạn chế một số lượng dòng điện trong một mạch. Các điện trở này được áp dụng khi cần có giá trị chính xác hơn hoặc dung sai cao. Vì vậy, chúng được sử dụng trong các mạch lọc, ít mạch tín hiệu tương tự nhiễu & mạch cầu.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Cấu tạo của điện trở màng được thực hiện bằng cách phủ các vật liệu rất tinh khiết lên đế hoặc một lớp gốm cách điện, ví dụ như như niken hoặc màng oxit như thiếc oxit (tin-oxide). Các điện trở này thường được thiết kế với các thanh gốm nhỏ, được phủ một lớp kim loại như hợp kim niken hoặc một oxit kim loại như thiếc oxit.
Ở đây, giá trị điện trở có thể được kiểm soát thông qua độ dày của lớp phủ. Nếu lớp phủ dày hơn, giá trị điện trở sẽ thấp hơn. Điện trở của điện trở màng nằm trong khoảng từ 1 ohm đến 10 megaohm.
Các loại điện trở màng
Điện trở màng có nhiều loại khác nhau như: màng kim loại (metal film), màng carbon (carbon film), màng oxit kim loại (metal oxide film), màng dày (thick film) và màng mỏng (thin film). Bài báo này mô tả chi tiết về từng loại điện trở màng.
- Điện trở màng carbon (Carbon Film Resistor)
Điện trở màng carbon là loại điện trở cố định sử dụng màng carbon để giới hạn dòng điện ở một mức cố định. Loại điện trở này được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử khác nhau. Cấu tạo của loại điện trở này được chế tạo bằng cách phủ một lớp màng carbon lên một đế gốm (ceramic substrate). Trong đó, vật liệu màng carbon đóng vai trò như chất cản trở dòng điện, giúp hạn chế dòng điện chạy qua. Do đó, vật liệu màng carbon sẽ chặn một phần dòng điện, tạo ra giá trị điện trở cần thiết. Điện trở màng carbon thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu giá thành thấp và độ chính xác vừa phải.
Lớp đế gốm của loại điện trở này hoạt động như một vật liệu cách điện với dòng điện hoặc nhiệt. Do đó, lớp đế gốm hạn chế và phân tán nhiệt qua nó. Các loại điện trở này có khả năng chịu nhiệt mà không bị hư hại. So với điện trở carbon dạng hỗn hợp (carbon composition resistors), điện trở màng carbon được sử dụng thường xuyên hơn vì chúng tạo ra ít nhiễu (noise) hơn. - Điện trở màng oxit kim loại
Điện trở cố định sử dụng vật liệu màng oxit kim loại làm phần tử điện trở để hạn chế dòng điện trong mạch đến một mức cố định được gọi là điện trở màng oxit kim loại. Cấu tạo của loại điện trở này gần giống với các loại điện trở màng kim loại, chỉ khác ở vật liệu sử dụng. Trong loại điện trở này, màng có thể được thiết kế từ vật liệu oxit kim loại như oxit thiếc.
Do đó, điện trở này có thể được chế tạo bằng cách phủ lớp oxit kim loại lên lõi gốm, chẳng hạn như oxit thiếc. Độ dẫn điện có thể được tăng cường bằng cách thêm oxit antimon vào vật liệu oxit thiếc.
Trong loại điện trở này, giá trị điện trở cần thiết có thể đạt được bằng cách cắt màng oxit kim loại theo hình xoắn ốc. Khi giá trị điện trở cần thiết đã đạt được, quá trình cắt màng oxit kim loại có thể dừng lại. Tại đây, laser được sử dụng để cắt màng oxit kim loại theo cách xoắn ốc. - Điện trở màng dày
Những điện trở này được thiết kế bằng cách áp dụng hỗn hợp thủy tinh, keo dán hoặc màng điện trở và vật liệu dẫn điện lên một chất nền. Công nghệ màng dày cho phép các giá trị điện trở cao có thể được đánh dấu trên một chất nền phẳng hoặc hình trụ được bao bọc hoàn toàn hoặc theo nhiều kiểu mẫu khác nhau. Chúng cũng có thể được in theo thiết kế hình rắn để giảm độ tự cảm, do đó, chúng có thể sử dụng khi tần số ổn định. - Điện trở màng mỏng
Điện trở sử dụng lớp điện trở mỏng trên điện trở đế gốm được gọi là điện trở màng mỏng. Độ dày của lớp điện trở của điện trở này là khoảng 0,1 micron. Nhìn chung, các điện trở này ổn định và chính xác hơn, cho phép chúng được sử dụng trong các công nghệ có độ chính xác cao. - Mã màu điện trở phim
Nhìn chung, điện trở được mã hóa với các màu khác nhau để nhận biết giá trị điện trở, % dung sai và định mức công suất. Thông thường, ba giá trị này được in trên thân điện trở. Khi điện trở có chữ cái hoặc số trên thân thì được gọi là điện trở công suất lớn.
Mã màu điện trở có thể được tính toán thông qua các dải màu khác nhau. Các dải màu này sẽ biểu thị các giá trị điện trở, dung sai và đôi khi là tỷ lệ hỏng hóc hoặc độ tin cậy. Các dải màu trên điện trở thay đổi từ tối thiểu hai dải đến sáu dải.
Ưu điểm và nhược điểm của điện trở màng
Ưu điểm của điện trở màng
- Điện trở màng Carbon: kích thước nhỏ, độ ổn định, độ tin cậy và dung sai thấp.
- Điện trở màng kim loại: tiếng ồn thấp, độ ổn định nhiệt độ tốt, dung sai tốt hơn và khả năng tiếp cận với nhiều mức công suất định mức.
- Điện trở màng oxit kim loại: chi phí thấp hơn, kích thước nhỏ, độ tin cậy và độ ổn định cao, tiếng ồn và hoạt động ít hơn ở nhiệt độ cao.
- Điện trở màng dày: cung cấp giá trị điện trở cao, chống ẩm tốt hơn, kích thước nhỏ, tiết kiệm.
- Điện trở màng mỏng đạt được dung sai thấp, tiếng ồn thấp hơn, điện dung và độ tự cảm ký sinh thấp hơn.
Nhược điểm của điện trở màng
- Điện trở màng Carbon: liên quan đến các ứng dụng dựa trên nhiệt độ cao và điện áp cao như nguồn điện, tia X, RADAR, v.v.
- Điện trở màng kim loại: được sử dụng khi cần độ chính xác cao và giá trị dung sai trong mạch. Chúng được sử dụng trong mạch lọc, mạch cầu và mạch tín hiệu tương tự ít nhiễu.
- Điện trở màng oxit kim loại: được sử dụng khi yêu cầu tiêu tán công suất lớn hơn 1W và cần độ ổn định tối đa.
- Điện trở màng dày: thực sự có thể áp dụng trong mọi loại thiết bị điện sử dụng phích cắm AC hoặc pin.
- Điện trở màng mỏng thường được sử dụng khi cần độ chính xác cao, độ nhiễu thấp hoặc độ ổn định cao như thiết bị giám sát, thiết bị kiểm tra & đo lường, ứng dụng âm thanh, thiết bị y tế, thiết bị đo lường, v.v.