电阻介绍及工作原理应用

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　　电阻器介绍

　　电阻器(Resistor)在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。端电压与电流有确定函数关系，体现电能转化为其他形式能力的二端器件，用字母R来表示，单位为欧姆Ω。

实际器件如灯泡，电热丝，电阻器等均可表示为电阻器元件。电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

　　组成的缘由

　　用电阻材料制成的、有一定结构形式、电阻器能在电路中起限制电流通过作用的二端电子元件。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。

　　一些特殊电阻器，如热敏电阻器、压敏电阻器和敏感元件，其电压与电流的关系是非线性的。电阻器是电子电路中应用数量最多的元件，通常按功率和阻值形成不同系列，供电路设计者选用。电阻器在电路中主要用来调节和稳定电流与电压，可作为分流器和分压器，也可作电路匹配负载。根据电路要求,还可用于放大电路的负反馈或正反馈、电压-电流转换、输入过载时的电压或电流保护元件，又可组成RC电路作为振荡、滤波、旁路、微分、积分和时间常数元件等。

　　电阻器的分类

　　电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。在电子产品中，以固定电阻应用最多。而固定电阻以其制造材料又可分为好多类，但常用、常见的有RT型碳膜电阻、RJ型金属膜电阻、RX型线绕电阻，还有近年来开始广泛应用的片状电阻。型号命名很有规律，第一个字母R代表电阻;第二个字母的意义是：T-碳膜，J-金属，X-线绕，这些符号是汉语拼音的第一个字母。在国产老式的电子产品中，常可以看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是RT型的。而红颜色的电阻，是RJ型的。一般老式电子产品中，以绿色的电阻居多。为什么呢?这涉及到产品成本的问题，因为金属膜电阻虽然精度高、温度特性好，但制造成本也高，而碳膜电阻特别价廉，而且能满足民用产品要求。

　　电阻器当然也有功率之分。常见的是1/8瓦的“色环碳膜电阻”，它是电子产品和电子制作中用的最多的。当然在一些微型产品中，会用到1/16瓦的电阻，它的个头小多了。再者就是微型片状电阻，它是贴片元件家族的一员，以前多见于进口微型产品中，现在电子爱好者也可以买到了国产产品用来制作小型电子装置。

　　电阻器按材料分：

　　a、线绕电阻器由电阻线绕成电阻器用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高，稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用，缺点是高频性能差，时间常数大。

　　、碳合成电阻器由碳及合成塑胶压制成而成

　　c、碳膜电阻器在瓷管上镀上一层碳而成，将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低，是目前应用最广泛的电阻器。

　　d、金属膜电阻器在瓷管上镀上一层金属而成，用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。

　　金属膜电阻比碳膜电阻的精度高，稳定性好，噪声，温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。

　　e、金属氧化膜电阻器在瓷管上镀上一层氧化锡而成，在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即是氧化物，所以高温下稳定，耐热冲击，负载能力强按用途分，有通用、精密、高频、高压、高阻、大功率和电阻网络等。

　　基本原理

　　电阻器由电阻体、骨架和引出端三部分构成(实芯电阻器的电阻体与骨架合二为一)，而决定阻值的只是电阻体。对于截面均匀的电阻体，电阻值为

　　电阻值式中ρ为电阻材料的电阻率(欧·厘米);L为电阻体的长度(厘米);A为电阻体的截面积(平方厘米)。薄膜电阻体的厚度d很小，难于测准,且ρ又随厚度而变化，故把视为与薄膜材料有关的常数，称为膜电阻。实际上它就是正方形薄膜的阻值，故又称方阻(欧/方)。对于均匀薄膜

　　薄膜阻值式中W为薄膜的宽度(厘米)。通常Rs应在一有限范围内，Rs太大会影响电阻器性能的稳定。因此圆柱形电阻体以刻槽方法，平面形电阻体用刻蚀迂回图形的方法来扩大其阻值范围，并进行阻值微调。伏安特性是用图形曲线来表示电阻端部电压和电流的关系，当电压电流成比例时(特性为直线)，称为线性电阻，否则称为非线性电阻。参数与特性　表征电阻特性的主要参数有标称阻值及其允许偏差、额定功率、负荷特性、电阻温度系数等。标称阻值　用数字或色标在电阻器上标志的设计阻值。

　　单位为欧(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)、太欧(TΩ)。阻值按标准化优先数系列制造,系列数对应于允许偏差。电阻的阻值和允许偏差的标注方法有直标法、色标法和文字符号法。① 直标法将电阻的阻值和误差直接用数字和字母印在电阻上(无误差标示为允许误差 ± 20%)。也有厂家采用习惯标记法，如：3 Ω 3 　Ⅰ 表示电阻值为3.3 Ω、允许误差为 ± 5 %1 K 8 　表示电阻值为1.8 KΩ、允许误差为 ± 20 %5 M 1 　Ⅱ 表示电阻值为5.1 MΩ、允许误差为 ± 10 %② 色标法将不同颜色的色环涂在电阻器(或电容器)上来表示电阻(电容器)的标称值及允许误差，各种颜色所对应的数值见表 B303。固定电阻器色环标志读数识别规则如图T301所示。

　　如何使用上表：四环电阻：一环数字(十位)《红》二环数字(个位)《橙》*倍乘数《黑》误差《金》例;红橙黑金=23*10^0=23Ω(±5%)五环电阻：一环数字(百位)《红》二环数字(十位)《蓝》三环数字(个位)《绿》*倍乘数《黑》误差例：红蓝绿黑棕=265*10^0=265Ω(±1%)

　　允许偏差

　　实际阻值与标称阻值间允许的最大偏差，以百分比表示。常用的有±5%、±10%、±20%,精密的小于±1%，高精密的可达0.001%。精度由允许偏差和不可逆阻值变化二者决定。

　　额定功率

　　电阻器在额定温度(最高环境温度)tR下连续工作所允许耗散的最大功率。对每种电阻器同时还规定最高工作电压，即当阻值较高时即使并未达到额定功率，也不能超过最高工作电压使用。电阻器额定功率的识别

　　电阻器的额定功率指电阻器在直流或交流电路中，长期连续工作所允许消耗的最大功率。有两种标志方法：2W以上的电阻，直接用数字印在电阻体上;2W以下的电阻，以自身体积大小来表示功率。在电路图上表示电阻功率时，采用如图T302符号：

　　负荷特性

　　当工作环境温度低于tR时，电阻器也不能超过其额定功率使用，当超过tR时，必须降低负荷功率。对每种电阻器都有规定的负荷特性。此外，在低气压下负荷允许相应降低。在脉冲负荷下，脉冲平均功率远低于额定功率，一般另有规定。

　　电阻温度系数

　　在规定的环境温度范围内，温度每改变1℃时阻值的平均相对变化，用ppm/℃表示。除了以上几种参数外，还有非线性(电流与所加电压特性偏离线性关系的程度)、电压系数(所加电压每改变、伏阻值的相对变化率)、电流噪声(电阻体内因电流流动所产生的噪声电势的有效值与测试电压之比，用电流噪声指数来表示)、高频特性(由于电阻体内在分布电容和分布电感的影响，使阻值随工作频率增高而下降的关系曲线、长期稳定性(电阻器在长期使用或贮存过程中受环境条件的影响阻值发生不可逆变化的过程)等技术指标。

　　选用

　　1、固定电阻器的选用有多种类型，选择哪一种材料和结构的电阻器，应根据应用电路的具体要求而定。高频电路应选用分布电感和分布电容小的非线绕电阻器，例如碳膜电阻器、金属电阻器和金属氧化膜电阻器，薄膜电阻器，厚膜电阻器，合金电阻器，防腐蚀镀膜电阻器等。高增益小信号放大电路应选用低噪声电阻器，例如金属膜电阻器、碳膜电阻器和线绕电阻器，而不能使用噪声较大的合成碳膜电阻器和有机实心电阻器。

　　所选电阻器的电阻值应接近应用电路中计算值的一个标称值，应优先选用标准系列的电阻器。一般电路使用的电阻器允许误差为±5%~±10%。精密仪器及特殊电路中使用的电阻器，应选用精密电阻器，对精密度为1%以内的电阻，如0.01%，0.1%，0.5%这些量级的电阻应采用捷比信电阻。所选电阻器的额定功率，要符合应用电路中对电阻器功率容量的要求，一般不应随意加大或减小电阻器的功率。若电路要求是功率型电阻器，则其额定功率可高于实际应用电路要求功率的1~2倍。

　　2、熔断电阻器的选用熔断电阻器具有保护功能的电阻器。选用时应考虑其双重性能，根据电路的具体要求选择其阻值和功率等参数。既要保证它在过负荷时能快速熔断，又要保证它在正常条件下能长期稳定的工作。电阻值过大或功率过大，均不能起到保护作用。

　　电阻器选用的三项基本原则：

　　选择通过认证机构认证的生产线制造出的执行高水平标准的电阻器。

　　选择具备功能优势、质量优势、效率优势、功能价格比优势、服务优势的制造商生产的电阻器。

　　选择能满足上述要求的上型号目录的制造商，并向其直接订购电阻器。

　　注意事项

　　电阻在使用前要进行检查，检查其性能好坏就是测量实际阻值与标称值是否相符，误差是否在允许范围之内。方法就是用万用表的电阻档进行测量。

　　电阻器测量时要注意两点

　　1、要根据被测电阻值确定量程，使指针指示在刻度线的中间一段，这样便于观察。

　　2、确定电阻档量程后，要进行调零，方法是两表笔短路(直接相碰)，调节“调零”电器使指针准确的指在Ω刻度线的“0”上，然后再测电阻的阻值。另外，还要注意人手不要碰电阻两端或接触表笔的金属部分。否则会引起测试误差。用万用表测出的电阻值接近标称值。就可以认为基本上质量是好的，如果相差太多或根本不通，就是坏的。

　　检测

　　1、外观检查

　　对于固定电阻首先查看标志清晰，保护漆完好，无烧焦，无伤痕，无裂痕，无腐蚀，电阻体与引脚紧密接触等。对于电位器还应检查转轴灵活，松紧适当，手感舒适。有开关的要检查开关动作是否正常。

　　2、万用表检测

　　①固定电阻的检测用万用表的电阻挡对电阻进行测量，对于测量不同阻值的电阻选择万用表的不同倍乘挡。对于指针式万用表，由于电阻挡的示数是非线性的，阻值越大，示数越密，所以选择合适的量程，应使表针偏转角大些，指示于1/3～2/3满量程，读数更为准确。若测得阻值超过该电阻的误差范围、阻值无限大、阻值为0或阻值不稳，说明该电阻器已坏。在测量中注意拿电阻的手不要与电阻器的两个引脚相接触，这样会使手所呈现的电阻与被测电阻并联，影响测量准确。另外，不能带电情况下用万用表电阻挡检测电路中电阻器的阻值。在线检测应首先断电，再将电阻从电路中断开出来，然后进行测量。

　　②保险丝电阻和敏感电阻的检测保险丝电阻一般阻值只有几到几十欧，若测得阻值为无限大，则已熔断。也可在线检测保险丝电阻的好坏，分别测量其两端对地电压，若一端为电源电压，一端电压为0伏，保险丝电阻已熔断。敏感电阻种类较多，以热敏电阻为例，又分正温度系数和负温度系数热敏电阻。对于正温度系(PTC)热敏电阻，在常温下一般阻值不大，在测量中用烧热的电烙铁靠近电阻，这时阻值应明显增大，说明该电阻正常，若无变化说明元件损坏，负温度系热敏电阻则相反。光敏电阻在无光照(用手或物遮住光)的情况下万用表测得阻值大，有光照表针指示电阻值有明显减小。若无变化，则元件损坏。

　　③可变电阻和电位器的检测首先测量两固定端之间电阻值是否正常，若为无限大或为零欧，或与标称相差较大，超过误差允许范围，都说明已损坏;电阻体阻值正常，再将万用表一只表笔接电位器滑动端，另一只表笔接电位器(可调电阻)的任一固定端，缓慢旋动轴柄，观察表针是否平稳变化，当从一端旋向另一端时，阻值从零欧变化到标称值(或相反)，并且无跳变或抖动等现象，则说明电位器正常，若在旋转的过程中有跳变或抖动现象，说明滑动点现电阻体接触不良。

　　3、用电桥测量电阻

　　如果要求精确测量电阻器的阻值，可通过电桥(数字式)进行测试。将电阻插入电桥元件测量端，选择合适的量程，即可从显示器上读出电阻器的阻值。例如，用电阻丝自制电阻或对固定电阻器进行处理来获得某一较为精确的电阻值时，就必须用电桥测量自制电阻的阻值。

　　应用

　　不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：保护用压敏电阻，电路功能用压敏电阻。

　　保护用压敏电阻

　　1、区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。

　　2、根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。

　　3、根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。

　　浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。

　　高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。

　　高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的一次性保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。

　　展望

　　电阻器的发展方向是：

　　1、小型化、高可靠性;

　　2、分立的小型电阻器仍有广泛的用处，但将进一步缩小体积,提高性能,降低价格;

　　3、在消费类电子产品中，碳膜电阻器仍占优势，而精密的电阻器则将以金属膜电阻器为主，大部分小功率线绕电阻器将被取代;

　　4、为适应电路集成化、平面化的发展，对片状电阻器的需要将明显增加;通用型将倾向于发展厚膜电阻器，而精密型则仍将倾向于薄膜类中的金属膜和金属箔电阻器; 5、发展组合的电阻网络;

　　理想电阻器

　　在一个理想的电阻器里，电阻值不会随电压或电流而改变，亦不会因电流的突然变动而改变。真实的电阻器无法达到这一点。现今的内部设计使电阻器在极端的电压或电流(以至其他环境因素，例如温度)下能表现相对小的电阻值变化。

　　现实电阻器的限制

　　每一个电阻器均有其承受的电压或电流的上限(主要取决于电阻器的体积)。如果电压或电流超出了这个范围，首先电阻器的电阻值会改变(在一些电阻器中可以有剧烈的变动)，继而令电阻器因过热等情况而损毁。大部份电阻器会标示额定的电功率，另外一些则会提供额定的电流或电压。另外，现实的电阻器本身除电阻外，亦拥有微量的电感或电容，使其表现与理想的电阻器有所差异。

　　怎么识别方法

　　色环电阻的识别方法

　　带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数;第三环代表倍率;第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数”代”进去，这样就可很快读出数来。

　　(1)熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。这样连起来读，多复诵几遍便可记住。

　　记准记牢第三环颜色所代表的阻值范围，这一点是快识的关键。具体是：

　　金色：几点几 Ω

　　黑色：几十几 Ω

　　棕色：几百几十 Ω

　　红色：几点几 kΩ

　　橙色：几十几 kΩ

　　黄色：几百几十 kΩ

　　绿色：几点几 MΩ

　　蓝色：几十几 MΩ

　　从数量级来看，在体上可把它们划分为三个大的等级，即：金、黑、棕色是欧姆级的;红橙’、黄色是千欧级的;绿、蓝色则是兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。

　　(3)当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 kΩ等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几kΩ的。

　　(4)记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为5%;银色为10%;无色为20%。

　　下面举例说明：

　　例1当四个色环依次是黄、橙、红、金色时，因第三环为红色、阻值范围是几点几kΩ的，按照黄、橙两色分别代表的数”4″和”3″代入,，则其读数为4.3 kΩ。第环是金色表示误差为5%。

　　例2当四个色环依次是棕、黑、橙、金色时，因第三环为橙色，第二环又是黑色，阻值应是整几十kΩ的，按棕色代表的数”1″代入，读数为10 kΩ。第四环是金色，其误差为5%。

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