Định luật Ôm nói rằng điện áp bằng dòng điện nhân với điện trở. Để tính điện trở cho một đèn LED, lấy điện áp nguồn trừ đi điện áp rơi trên LED, rồi chia cho dòng điện bạn muốn chạy qua nó. Với nguồn năm vôn, một LED đỏ rơi khoảng hai vôn, muốn dòng khoảng hai mươi miliampe, bạn cần điện trở khoảng một trăm năm mươi ôm.
Chào bạn, đây là Nhà Chế Tạo. Định luật Ôm là bài học điện tử đầu tiên ai cũng được dạy, và cũng là thứ nhiều người quên ngay sau giờ học. Ở bàn làm việc, nó là công cụ bạn dùng mỗi ngày. Tập này mình kể lại nó bằng hình ảnh dễ nhớ, và áp dụng vào việc đơn giản nhất: làm một cái đèn LED sáng mà không cháy.
Hình dung điện như nước chảy trong ống
Hãy tưởng tượng một bể nước trên cao nối với một đường ống. Độ cao của bể giống như điện áp: nó là áp lực đẩy nước đi. Lượng nước chảy qua ống mỗi giây giống như dòng điện. Còn chỗ ống bị bóp hẹp giống như điện trở: nó cản dòng chảy.
Bể càng cao, nước chảy càng mạnh. Ống càng hẹp, nước chảy càng yếu. Định luật Ôm chỉ nói đúng mối quan hệ đó bằng con số: điện áp bằng dòng điện nhân điện trở.
Đơn vị: điện áp đo bằng vôn, dòng điện đo bằng ampe, và dòng nhỏ trong mạch điện tử thường đo bằng miliampe, tức một phần nghìn ampe. Điện trở đo bằng ôm.
Chỉ cần biết hai trong ba đại lượng, bạn tính được cái thứ ba. Đây là phép tính mà người làm điện tử làm trong đầu cả trăm lần.
Vì sao LED nối thẳng vào nguồn sẽ cháy?
Đèn LED không giống bóng đèn sợi đốt. Nó không tự giới hạn dòng điện theo kiểu một điện trở. Khi điện áp đặt vào vượt qua một ngưỡng nhất định, dòng điện qua LED tăng vọt rất nhanh.
Nếu bạn nối thẳng một LED vào nguồn năm vôn, dòng điện sẽ chỉ bị giới hạn bởi sức chịu của nguồn và dây, và vượt xa mức LED chịu được. LED loé sáng rồi tắt vĩnh viễn, có khi kèm mùi khét.
Nên LED gần như luôn cần một thứ hạn dòng. Trong mạch đơn giản, đó là một điện trở mắc nối tiếp. Trong đèn chiếu sáng công suất lớn, đó là một mạch điều khiển dòng chuyên dụng.
Mỗi màu LED có điện áp rơi khác nhau. LED đỏ, vàng thường khoảng gần hai vôn. LED xanh lá, xanh dương, trắng thường cao hơn, khoảng gần ba vôn. Con số chính xác nằm trong bảng thông số của LED bạn mua.
Tính điện trở: từng bước với con số thật
Giả sử bạn có nguồn năm vôn từ một bo vi điều khiển, và một LED đỏ rơi khoảng hai vôn. Phần điện áp còn lại phải rơi trên điện trở: năm trừ hai còn ba vôn.
Bạn muốn LED sáng rõ với dòng khoảng hai mươi miliampe, tức hai phần trăm ampe. Điện trở cần có là ba vôn chia cho hai phần trăm ampe, ra một trăm năm mươi ôm.
Điện trở bán theo những giá trị chuẩn, không phải con số nào cũng có. Nếu không có đúng, chọn giá trị lớn hơn gần nhất. Dòng sẽ nhỏ hơn một chút, LED hơi tối hơn, nhưng an toàn hơn.
Thực ra với LED chỉ báo, dòng vài miliampe đã đủ sáng, nhất là LED loại mới. Nhiều người chọn điện trở lớn hơn hẳn, vài trăm tới một nghìn ôm, vừa đỡ chói, vừa đỡ tải cho chân vi điều khiển.
Công suất điện trở: con số người mới hay quên
Điện trở không chỉ có giá trị ôm mà còn có công suất chịu được. Khi dòng điện chạy qua, điện trở toả nhiệt. Công suất toả nhiệt bằng điện áp rơi trên nó nhân với dòng điện.
Với ví dụ trên, ba vôn nhân hai phần trăm ampe là sáu phần trăm oát. Điện trở loại nhỏ thông dụng chịu được một phần tư oát, dư sức.
Nhưng nếu bạn dùng điện trở để hạn dòng cho nhiều LED, hoặc với nguồn điện áp cao hơn, công suất tăng nhanh. Điện trở quá tải sẽ nóng, đổi màu, cháy, có khi làm chảy nhựa xung quanh.
Thói quen tốt: mỗi lần chọn điện trở, tính luôn công suất. Nếu con số vượt quá khoảng một nửa công suất định mức, chọn loại lớn hơn. Chạm tay vào điện trở sau khi mạch chạy một lúc, nóng tới mức không giữ tay được là dấu hiệu sai.
Đồng hồ vạn năng: kiểm lại mọi phép tính
Tính trên giấy là một chuyện, mạch thật là chuyện khác. Đồng hồ vạn năng cho bạn đo điện áp thật tại từng điểm, đo giá trị điện trở thật, và đo dòng điện nếu biết cách mắc.
Đo điện áp thì đặt hai que đo song song với chỗ cần đo, khi mạch đang có điện. Đo điện trở thì phải ngắt nguồn và tốt nhất là tháo điện trở ra khỏi mạch.
Đo dòng điện thì phải mắc đồng hồ nối tiếp, tức cắt mạch ra và cho dòng chảy qua đồng hồ. Đây là chỗ người mới hay làm cháy cầu chì trong đồng hồ: để đồng hồ ở chế độ đo dòng rồi đặt que đo vào hai cực nguồn, tức là chập mạch nguồn qua đồng hồ.
Tập thói quen trả núm về chế độ đo điện áp sau mỗi lần đo dòng. Một thói quen nhỏ cứu cả đồng hồ lẫn nguồn.
Câu hỏi thường gặp
Đọc vạch màu trên điện trở thế nào?
Mỗi màu ứng với một chữ số theo quy ước chung, vài vạch đầu là chữ số, vạch sau là số mũ nhân, vạch cuối là sai số. Bảng màu có sẵn rất nhiều nơi. Khi không chắc, dùng đồng hồ vạn năng đo cho nhanh và chính xác.
Có thể dùng một điện trở cho nhiều LED mắc song song không?
Không nên. Các LED có điện áp rơi hơi khác nhau, LED nào rơi thấp nhất sẽ ăn phần lớn dòng và có thể cháy trước. Mỗi LED nên có điện trở riêng.
LED gắn vào chân vi điều khiển có cần điện trở không?
Có. Chân vi điều khiển không tự giới hạn dòng đủ an toàn cho LED. Thiếu điện trở, cả LED lẫn chân có thể hỏng.
Vì sao LED sáng yếu dù đã tính đúng điện trở?
Có thể điện áp nguồn thấp hơn bạn nghĩ, LED loại khác có điện áp rơi cao hơn, hoặc điện trở đọc nhầm giá trị. Đo điện áp thật ở hai đầu LED và điện trở để tìm nguyên nhân.
Định luật Ôm có áp dụng cho điện xoay chiều không?
Có dạng tương tự, nhưng với điện xoay chiều còn có ảnh hưởng của cuộn cảm và tụ điện, phức tạp hơn. Với mạch điện trở thuần và điện một chiều thấp áp, dùng như trên là đủ.
