),簡(jiǎn)稱(chēng)電阻,是一種兩端電子器件,當(dāng)電流流過(guò)時(shí),其兩端的電壓與電流成正比。
任何材料都會(huì)對(duì)流經(jīng)的電流產(chǎn)生一定的“阻力”,這種阻礙電流的作用叫阻抗(resistance),電阻就是利用材料的這一特性制作出來(lái)的。電阻是電路中使用得最多的器件,由于電流流經(jīng)它時(shí)會(huì)在其兩端形成不同的電壓,于是可利用電阻改變電路節(jié)點(diǎn)的電壓。
歐是電阻阻值的單位,通常用希臘字母Ω來(lái)表示。比Ω更大的阻值單位有可Ω(千歐)和MΩ(兆歐)。以下是它們之問(wèn)的換算關(guān)系。
圖1_5所示電路中,電阻R1、R2串聯(lián),電流I從3V電源正極流出,從節(jié)點(diǎn)A流向P點(diǎn),繼而流經(jīng)B點(diǎn)后回到電源負(fù)極。接地符號(hào)
定義電源負(fù)極(也就是節(jié)點(diǎn)B)為電勢(shì)零點(diǎn),于是B點(diǎn)電壓
。因電源為3V,得A點(diǎn)電壓
。根據(jù)歐姆定律,可計(jì)算電路的干路電流
,則P點(diǎn)電壓
從例1.1可以看到,節(jié)點(diǎn)A,即電源正極的電壓為3V,通過(guò)兩個(gè)電阻R1、R2的“努力”,節(jié)點(diǎn)P出現(xiàn)了一個(gè)2V的電壓。這個(gè)2V電壓異于電源電壓,是一個(gè)人為設(shè)計(jì)的電壓。說(shuō)明電阻可以在電路中改變節(jié)點(diǎn)的電壓。
在電子市場(chǎng)或網(wǎng)上選購(gòu)電阻時(shí),至少有3個(gè)有關(guān)參數(shù)是需要提供的:一是電阻的阻值;
二是電阻的功率;三是電阻的種類(lèi)。
1、電阻的阻值
拿到一支電阻,會(huì)看到電阻的表面有五顏六色的色環(huán),這不是出于美觀而設(shè)計(jì)的,它標(biāo)示著電阻的阻值。圖1-6所示為常用的5(色)環(huán)電阻及顏色所代表的數(shù)值。5(色)環(huán)電阻使用前4個(gè)色環(huán)標(biāo)示電阻的阻值,第5個(gè)色環(huán)標(biāo)示電阻的允許誤差。
比如圖1-7所示的5(色)環(huán)電阻,其色環(huán)顏色依次為:紅、黑、黑、棕、金。那么它的阻值應(yīng)該如何計(jì)算呢?對(duì)照?qǐng)D1-6中的顏色對(duì)應(yīng)數(shù)值關(guān)系表:第1環(huán)紅色代表數(shù)值2;第2環(huán)和第3環(huán)都是黑色,代表數(shù)值0;第4環(huán)棕色代表的是x10(倍數(shù))。所以圖1-7所示電阻的阻值為前3環(huán)代表的數(shù)值200乘以倍數(shù)10,單位是Ω,結(jié)果是2000Ω,即2kΩ。另外,第5環(huán)金色代表的允許誤差是±5%,于是該電阻的準(zhǔn)確讀數(shù)是:2kΩ,誤差±5%。±5%的誤差說(shuō)明該2kΩ電阻的阻值與標(biāo)稱(chēng)值有±5%的偏差,即在1.9kΩ~2.1kΩ范圍之內(nèi)都是允許的除了使用圖1-6中色環(huán)與數(shù)值關(guān)系表判斷電阻阻值外,還可以用萬(wàn)用表直接測(cè)量電阻,得到阻值的讀數(shù)。
在電路設(shè)計(jì)選擇電阻時(shí)應(yīng)該注意阻值是不可任意選定的,比如標(biāo)稱(chēng)值為122Ω的電阻就不存在。原因是在大部分電路中并不要求極其精確的電阻值,于是為了便于工業(yè)上大量生產(chǎn)和使用者在一定范圍內(nèi)選用,EIA(美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)盟,ElectronicIndustriesAlliance)規(guī)定了若干系列的阻值取值基準(zhǔn),其中以E12基準(zhǔn)和E24基準(zhǔn)最為常用。
E12(允許誤差±10%)基準(zhǔn)中電阻阻值為1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2乘以10、100、1000……所得到的數(shù)值。
E24(允許誤差±5%)基準(zhǔn)中電阻阻值為1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1分別乘以10、100、1000……所得到的數(shù)值。
E24基準(zhǔn)中的電阻阻值選擇可以滿(mǎn)足一般電路設(shè)計(jì)對(duì)阻值的要求,如果在某些電路如濾波器中對(duì)電阻阻值要求非常精確,而非要選擇E24以外的阻值,如2.43kΩ等,則可以根據(jù)附錄A中的其他取值基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。當(dāng)然,對(duì)阻值要求越精確,電阻器的價(jià)格也就越高(有時(shí)高得離譜)。
2.電阻的功率
根據(jù)焦耳定律
知道:電流通過(guò)電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,電阻越大、電流越大、時(shí)間越長(zhǎng),電阻發(fā)熱也就越厲害。假設(shè)一個(gè)阻值為100Ω的電阻,通過(guò)100mA的電流,則電阻的消耗功率
,如果該電阻的額定功率沒(méi)有這么大,那在此工作條件下就會(huì)被燒毀,表現(xiàn)為電阻焦黑、發(fā)臭,嚴(yán)重時(shí)甚至起火、爆炸。圖1-8所示為某電路板中電阻被燒毀的情形。由于電阻在燒毀時(shí)已經(jīng)被超限的熱量襲擊過(guò),其阻值幾乎不可能保證在原來(lái)正常的范圍內(nèi),所以如果電阻出現(xiàn)燒毀的情況,一般都需要更換。“城門(mén)失火,殃及池魚(yú)”,有時(shí)甚至還要考慮更換鄰近的器件,因?yàn)闊崃靠赡芤呀?jīng)殃及它們。
之所以出現(xiàn)燒毀電阻的情況,一般有以下兩種可能:一是電阻選擇不合理,其額定功率小于實(shí)際功率;二是電路突然出現(xiàn)故障,導(dǎo)致電阻上的電流激增而被燒毀。這兩個(gè)問(wèn)題都需要在實(shí)際電路設(shè)計(jì)及制作中預(yù)防。
電路設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮該電阻的實(shí)際功率最大能達(dá)到多少,從而選擇一個(gè)額定功率比這個(gè)最大實(shí)際功率還要大的電阻。電阻的額定功率一般有1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W等幾種,如果電阻功率大于1/8W,必須在電路圖中按照?qǐng)D1-9所示的大功率電阻電路符號(hào)標(biāo)明,否則很容易讓自己或他人因誤用電阻而導(dǎo)致事故的發(fā)生。如果電路中使用的是電阻的般符號(hào)
,則可使用額定功率為1/16w或1/8w的電阻。
一般來(lái)說(shuō),電阻的功率越大,體積也就越大,價(jià)格也就越高。1/8w金屬膜電阻的市場(chǎng)價(jià)格約為0.01元/支(MΩ級(jí)的電阻價(jià)格稍高),而1W的電阻則為0.05元/支。通常3W以上的電阻,由于體積較大,其表面可以直接印上阻值和功率,而不再使用色環(huán)作為阻值標(biāo)記。如圖1-10所示為阻值為3.3Ω(誤差±5%)、功率為5W的電阻。
3.電阻的種類(lèi)
按材料和結(jié)構(gòu)等特征，電阻主要分成了繞線(xiàn)電阻、非繞線(xiàn)電阻、敏感電阻等幾種。
繞線(xiàn)電阻(wire-woundresistor)是用電阻絲在絕緣的骨架上繞制而成的。電阻絲一般由具有一定電阻率的鎳鉻、錳銅等合金制成,絕緣骨架則是由陶瓷、塑料等材料制成,有管形、扁形等各種形狀,如圖1-11所示。這種電阻誤差小(精度高)、穩(wěn)定性高、體積大,一般在大功率場(chǎng)合中考慮使用。
非繞線(xiàn)電阻包括了我們常用的碳膜電阻(carbonfilmresistor)和金屬膜電阻(metalfilmresistor)。此外,還有金屬氧化膜電阻(metaloxideresistor)、金屬玻璃釉電阻(metalglazeresistor)、厚膜電阻(thickfilmresistor)、薄膜電阻(thinfilmresistor)等。實(shí)際應(yīng)用中,如果電路沒(méi)有特別說(shuō)明,我們一般都采用1/8W的金屬膜電阻。金屬膜電阻的精度高、成本低,使得它在現(xiàn)代電子電路中應(yīng)用最為廣泛。
還有一類(lèi)電阻,其阻值會(huì)隨著環(huán)境中的某一物理參數(shù)(如溫度、濕度、壓力、光強(qiáng)等)變化而改變,如1.1.3節(jié)將要介紹的光敏電阻,其阻值隨著光線(xiàn)強(qiáng)度的變化而改變;再如熱敏電阻,其阻值隨著溫度的變化而改變等。
今天,隨時(shí)各種便攜電子產(chǎn)品如手機(jī)、MP3播放機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)等的普及,貼片電子器件(SMD)需求直線(xiàn)增長(zhǎng)。電子產(chǎn)品中往往使用貼片式電子器件來(lái)節(jié)省電路板空問(wèn)。常用的貼片器件有貼片電阻(SMDresistor,如圖1-12所示)、貼片電容(SMDcapacitor)、貼片晶體管(SMDtransistor)、貼片集成電路(SMDIC)等,各種貼片器件只是個(gè)頭較小,其功能與一般直插式的是相同的。