),簡稱電阻,是一種兩端電子器件,當電流流過時,其兩端的電壓與電流成正比。
任何材料都會對流經的電流產生一定的“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的。電阻是電路中使用得最多的器件,由于電流流經它時會在其兩端形成不同的電壓,于是可利用電阻改變電路節點的電壓。
歐是電阻阻值的單位,通常用希臘字母Ω來表示。比Ω更大的阻值單位有可Ω(千歐)和MΩ(兆歐)。以下是它們之問的換算關系。
圖1_5所示電路中,電阻R1、R2串聯,電流I從3V電源正極流出,從節點A流向P點,繼而流經B點后回到電源負極。接地符號
定義電源負極(也就是節點B)為電勢零點,于是B點電壓
。因電源為3V,得A點電壓
。根據歐姆定律,可計算電路的干路電流
,則P點電壓
從例1.1可以看到,節點A,即電源正極的電壓為3V,通過兩個電阻R1、R2的“努力”,節點P出現了一個2V的電壓。這個2V電壓異于電源電壓,是一個人為設計的電壓。說明電阻可以在電路中改變節點的電壓。
在電子市場或網上選購電阻時,至少有3個有關參數是需要提供的:一是電阻的阻值;
二是電阻的功率;三是電阻的種類。
1、電阻的阻值
拿到一支電阻,會看到電阻的表面有五顏六色的色環,這不是出于美觀而設計的,它標示著電阻的阻值。圖1-6所示為常用的5(色)環電阻及顏色所代表的數值。5(色)環電阻使用前4個色環標示電阻的阻值,第5個色環標示電阻的允許誤差。
比如圖1-7所示的5(色)環電阻,其色環顏色依次為:紅、黑、黑、棕、金。那么它的阻值應該如何計算呢?對照圖1-6中的顏色對應數值關系表:第1環紅色代表數值2;第2環和第3環都是黑色,代表數值0;第4環棕色代表的是x10(倍數)。所以圖1-7所示電阻的阻值為前3環代表的數值200乘以倍數10,單位是Ω,結果是2000Ω,即2kΩ。另外,第5環金色代表的允許誤差是±5%,于是該電阻的準確讀數是:2kΩ,誤差±5%。±5%的誤差說明該2kΩ電阻的阻值與標稱值有±5%的偏差,即在1.9kΩ~2.1kΩ范圍之內都是允許的除了使用圖1-6中色環與數值關系表判斷電阻阻值外,還可以用萬用表直接測量電阻,得到阻值的讀數。
在電路設計選擇電阻時應該注意阻值是不可任意選定的,比如標稱值為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,于是為了便于工業上大量生產和使用者在一定范圍內選用,EIA(美國電子工業聯盟,ElectronicIndustriesAlliance)規定了若干系列的阻值取值基準,其中以E12基準和E24基準最為常用。
E12(允許誤差±10%)基準中電阻阻值為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……所得到的數值。
E24(允許誤差±5%)基準中電阻阻值為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……所得到的數值。
E24基準中的電阻阻值選擇可以滿足一般電路設計對阻值的要求,如果在某些電路如濾波器中對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,則可以根據附錄A中的其他取值基準設計。當然,對阻值要求越精確,電阻器的價格也就越高(有時高得離譜)。
2.電阻的功率
根據焦耳定律
知道:電流通過電阻時會產生熱量,電阻越大、電流越大、時間越長,電阻發熱也就越厲害。假設一個阻值為100Ω的電阻,通過100mA的電流,則電阻的消耗功率
,如果該電阻的額定功率沒有這么大,那在此工作條件下就會被燒毀,表現為電阻焦黑、發臭,嚴重時甚至起火、爆炸。圖1-8所示為某電路板中電阻被燒毀的情形。由于電阻在燒毀時已經被超限的熱量襲擊過,其阻值幾乎不可能保證在原來正常的范圍內,所以如果電阻出現燒毀的情況,一般都需要更換。“城門失火,殃及池魚”,有時甚至還要考慮更換鄰近的器件,因為熱量可能已經殃及它們。
之所以出現燒毀電阻的情況,一般有以下兩種可能:一是電阻選擇不合理,其額定功率小于實際功率;二是電路突然出現故障,導致電阻上的電流激增而被燒毀。這兩個問題都需要在實際電路設計及制作中預防。
電路設計時需要充分考慮該電阻的實際功率最大能達到多少,從而選擇一個額定功率比這個最大實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圖1-9所示的大功率電阻電路符號標明,否則很容易讓自己或他人因誤用電阻而導致事故的發生。如果電路中使用的是電阻的般符號
,則可使用額定功率為1/16w或1/8w的電阻。
一般來說,電阻的功率越大,體積也就越大,價格也就越高。1/8w金屬膜電阻的市場價格約為0.01元/支(MΩ級的電阻價格稍高),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,而不再使用色環作為阻值標記。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
按材料和結構等特征，電阻主要分成了繞線電阻、非繞線電阻、敏感電阻等幾種。
繞線電阻(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)、穩定性高、體積大,一般在大功率場合中考慮使用。
非繞線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。實際應用中,如果電路沒有特別說明,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,使得它在現代電子電路中應用最為廣泛。
還有一類電阻,其阻值會隨著環境中的某一物理參數(如溫度、濕度、壓力、光強等)變化而改變,如1.1.3節將要介紹的光敏電阻,其阻值隨著光線強度的變化而改變;再如熱敏電阻,其阻值隨著溫度的變化而改變等。
今天,隨時各種便攜電子產品如手機、MP3播放機、數碼照相機等的普及,貼片電子器件(SMD)需求直線增長。電子產品中往往使用貼片式電子器件來節省電路板空問。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頭較小,其功能與一般直插式的是相同的。