第2章：电压、电流和电阻

2.5 电阻

当固体导体中有电流时，自由电子在该材料中运动，有时会与原子发生碰撞。这些碰撞使电子失去一些能量，因此它们的运动会受到限制。碰撞越多，电子的流动就越受限制。这一限制因材料类型的不同而不同。这一限制电子流动的特性称为电阻。用 R R R表示

电阻是对电流的一种阻碍
电阻的单位是欧姆，用Ω表示。
如果在材料两端施加1伏特（V）的电压，其上通过的电流等于1安培（A），则该材料的电阻就是1欧姆（Ω）

电导

电阻的倒数就是电导，用符号 G G G表示，是衡量通过电流难易程度的指标。电导的定义为：
G = 1 R G=\frac{1}{R} G=R1
电导的单位是西门子，用S表示，例如，一个22kΩ的电阻的电导为： G = 1 22 k Ω = 45.5 μ S G=\frac{1}{22\rm kΩ}=45.5\rm μS G=22kΩ1=45.5μS

电阻器

专门设计成具有一定电阻值的元件称为电阻器。电阻的主要用途是限制电路中的电流、分压，以及在某些情况下产生热量。虽然电阻有多种形状和尺寸，但它们都可以归于两个主要类别：固定电阻和可变电阻。

固定电阻

固定电阻有非常多种阻值可选，这些阻值是在制造过程中涉及的，不易改变。

P.s 阵列电阻会有一个公用引脚，阵列电阻是加快电路焊制的一种有效方法，因为一次焊接相当于在电路板上放置了多个电阻。
两种常见类型的电阻的结构如图所示，下图左侧是一个表面贴装式金属膜电阻。端盖形成与电阻膜的连接点。电阻膜安装在基板上并覆盖一层绝缘玻璃层。电阻值是由薄膜的电阻率和物理尺寸决定的。下图右侧是一种碳膜复合电阻，它由精细研磨的碳、绝缘填料和树脂粘合剂混合制成。碳与绝缘填料的比例决定了阻值。碳膜符合电阻呈棒状且带有导电引脚，整个电阻器被封装在绝缘保护涂层中。

在薄膜电阻的制造工艺中，可以通过螺旋式地去除部分电阻材料来获得所需的阻值，用这种方法可以获得非常接近公差的电阻（非常精密的电阻值）。薄膜电阻也有电阻网络的形式。

线绕式电阻通常用于需要更高额定功率的场合。因为薄膜电阻和线绕式电阻都是由线圈构成的，具有较大的电感，所以不适合用于高频场合。

电阻的色环编码

阻值公差为5%或10%的固定电阻用4种颜色的环来标记，用以表示阻值及其公差。

四色环电阻各颜色的含义：

色环含义	色环颜色	对应数字
前三个色环	黑色	0
前三个色环	棕色	1
前三个色环	红色	2
前三个色环	橙色	3
前三个色环	黄色	4
前三个色环	绿色	5
前三个色环	蓝色	6
前三个色环	紫色	7
前三个色环	灰色	8
前三个色环	白色	9
第三个色环：倍数<1的情况	金色	0.1
第三个色环：倍数<1的情况	银色	0.01
第四个色环：阻值公差范围	金色	±5%
第四个色环：阻值公差范围	银色	±10%

色环所代表的含义如下：
1．从靠近电阻某一端的色环开始，第一个色环是电阻值的最高位数字。如果不清楚哪边的色环离电阻端更近，就从非金色色环或银色色环的那一端开始。
2．第二个色环代表电阻值的次高位数字。
3．第三个色环对应的数字代表次高位数字后面0的个数，或者说代表着倍数。这个倍数实际上是10的乘方数，因此，第三个色环如果是黑色，则表示将前两个色环构成的数字乘以 1 0 0 10^{0} 100或1。
4．第四个色环代表阻值的公差（％），一般是金色或银色。
例如，5％的公差意味着实际电阻值处于根据色环读出电阻值的士5％公差内，因此，公差为±5％的100Ω电阻，其实际阻值处于95～105Ω。对于阻值小于10Ω的电阻，第三个色环是金色或者银色的。金色表示乘以0.1，银色表示乘以0.01。例如，色环为红、紫、金、银，则代表该电阻为公差士10％的2.7Ω的电阻。

【例】写出下面各色环电阻及公差范围。

【解】
(a)红（书上是这么说的，我看着不像红，哈哈哈）对应最高位2，紫对应次高位7，橙对应后面有3个0，银对应公差是±10%，即27000Ω±10%

五色环电阻

五色环电阻各颜色的含义：

色环含义	色环颜色	对应数字
前四个色环	黑色	0
前四个色环	棕色	1
前四个色环	红色	2
前四个色环	橙色	3
前四个色环	黄色	4
前四个色环	绿色	5
前四个色环	蓝色	6
前四个色环	紫色	7
前四个色环	灰色	8
前四个色环	白色	9
第四个色环：倍数<1的情况	金色	0.1
第四个色环：倍数<1的情况	银色	0.01
第五个色环：阻值公差	红色	±2%
第五个色环：阻值公差	棕色	±1%
第五个色环：阻值公差	绿色	±0.5%
第五个色环：阻值公差	蓝色	±0.25%
第五个色环：阻值公差	紫色	±0.1%

【例】写出下图无色换电阻的阻值及公差。

【解】红（最高位是2），紫（次高位是7），黑（第三位是0），金（乘0.1），红（公差±2%）

即 R = 270 × 0.1 ± 2 % R=270\times 0.1\pm 2\% R=270×0.1±2%

电阻的标签

并不是所有类型的电阻都是带有色环的，许多电阻（包括表面贴装式嗲组）使用印刷标签来表示阻值及其公差。

只包含数字的标签使用3个数字来表示阻值，前两位数字表示阻值的最高位和次高位，第三位数字表示前两位数字后面所跟0的个数。
另一种常见的类型是同时使用数字和字母的标签，由3或4个数字与字符的组合来构成。这种标签包括3种形式：仅包含3个数字；包含2个数字和1个字母；包含3个数字和1个字母。可能用到的字母包括R、K和M。字母用来表示倍数，且字母的位置表示小数点的位置。字母R表示的倍数为1（数字后面没有0），K表示的倍数为1000（数字后面有3个0），M表示的倍数为1000000（数字后面有6个0）。在这种格式的标签中，阻值100～999由3个数字组成，无须字母。表面贴装式电阻中也有零欧姆电阻，用作跨越印制电路板上走线的一种方法。

还有一种使用字母F、G和J表示电阻值公差的标签体系，即
F = ± 1 % , G = ± 2 % , J = ± 5 % \rm F=\pm 1\%,\rm G=\pm 2\%,\rm J=\pm 5\% F=±1%,G=±2%,J=±5%

可变电阻

为了使电阻的阻值可以很轻松地改变，人们设计了可变电阻。可变电阻的两种基本用途是分压和控制电流。

电位器：用来分压的可变电阻叫作电位器。
变阻器：用来控制电流的可变电阻叫作变阻器。

二者的符号如图所示。

电位器为三端元件，如图2-33(a)所示，引脚1、2之间阻值固定（即总电阻），引脚3连接着一个移动出点。通过移动出点可以改变引脚3与引脚1之间，或引脚3与引脚2之间的电阻。
变阻器为双端元件，如图2-33(b)所示
图2-33©表示将电位器的引脚3与其引脚2或引脚1相连，从而当作一个变阻器来使用。图2-33(b)与©所示的符号是等效的，一些典型的电位器如图2-34所示。

电位器和变阻器可以分为线性和非线性两类。

在线性电位器中，触电处于总行程的中间位置时，电位器的阻值等于总阻值的一半；触电与某端点的距离为总行程的3/4时，这两点间的阻值为总阻值的3/4，即任意端子与动触点之间的电阻随动触点位置线性变化。
在非线性电位器中，因为电阻随动触点的位置呈非线性变化，所以总行程的一半不一定对应着总电阻的一半，如图所示，图中的非线性值是任意给出的。

可变电阻传感器

许多传感器根据可变电阻的概念工作，往往是某个物理量的变化改变了电阻值。电阻传感器的实例包括：

阻值随温度变化而变化的热敏电阻。
阻值随着光强变化而变化的光敏电阻。
在受力时阻值发生变化的应变片。

课后习题

（1）给出电阻的定义及其单位。
答：电阻是对电流的阻碍作用，单位为欧姆Ω.
（2）电阻的两大主要类别是什么？简要说明二者的区别。
答：固定电阻和可变电阻，固定电阻的阻值不可变，可变电阻的阻值可变。
（3）四色环电阻中各个色环的含义是什么？
答：第一环：电阻值最高位；
第二环：电阻值次高位；
第三环：倍数（次高位数字后所跟0的个数）
第四环：阻值公差。
（4）给出以下4种色环排列对应的电阻值及其公差。
a. 黄、紫、红、金
b. 蓝、红、橙、银
c. 棕、灰、黑、金
d. 红、红、蓝、红、绿
答：参考刚才给出的表格
a. 4700Ω±5%
b. 62000Ω±10%=62kΩ±10%
c. 18Ω±5%
d. 22600Ω±0.5%=22.6kΩ±0.5%
（5）以下各标签分别代表多大的电阻？
a. 33R
b. 5K6
c. 900
d. 6M8
答：
a. 33Ω
b. 5.6kΩ
c. 900Ω（书中给的是这个，按照第一种表示法应该是90Ω，按照第二种就应该是900Ω，很迷惑）

d. 6.8MΩ
（6）变阻器和电位器的基本区别是什么？
答：变阻器为双端元件，电位器为三端元件。
（7）说出3种电阻传感器以及影响它们阻值的物理量。
答：热敏电阻：温度；光敏电阻：光；应变片：机械力。

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