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電阻器
時(shí)間:2023-01-15 人氣: 來(lái)源:山東合運(yùn)電氣有限公司
電阻器(Resistor),泛指所有用以產(chǎn)生電阻的電子或電機(jī)配件。電阻器的運(yùn)作跟隨歐姆定律,其電阻值定義為其電壓與電流相除所得的比值。
{\displaystyle R={U\over I}}{\displaystyle R={U\over I}}
其中
I是流過(guò)導(dǎo)體的電流,單位是安培(A)。
U是導(dǎo)體兩端的電位差,單位是伏特(V)。
R是導(dǎo)體的電阻,單位是歐姆(Ω)。
電阻器是電子電路中常見的元件,實(shí)際的電阻可以由許多不同材質(zhì)構(gòu)成,包括薄膜、水泥或是高電阻系數(shù)的鎳鉻合金(電阻絲)。電阻器也可整合到集成電路中,特別是類比IC,也可以整合到混合式集體電路或印刷電路中。
電阻器的機(jī)能可以用其電阻來(lái)表示,常用的電阻器阻值范圍超過(guò)9個(gè)數(shù)量級(jí)。電阻器阻值有一定的誤差范圍,在電子電路中使用電阻器時(shí),需考慮使用電阻器的允許誤差和應(yīng)用是否符合,若是一些精密的電路,可能也需要考慮電阻器的溫度系數(shù)。電阻器也會(huì)標(biāo)示其最大功率,此數(shù)值需大于電阻器在電路中預(yù)期的能量消耗,尤其在電力電子應(yīng)用中更需考慮。大功率的電阻器一般會(huì)需要散熱片。在高壓電路中也需考慮電阻器可承受的最大電壓,電阻器的工作電壓一般沒有下限,但電阻器的電壓若超過(guò)其最大電壓,可能在電流流過(guò)時(shí)使電阻器燃燒。
實(shí)際的電阻器會(huì)有串聯(lián)的雜散電感及并聯(lián)的雜散電容。在高頻應(yīng)用時(shí)這些規(guī)格就相當(dāng)重要。在低噪音放大器或是前級(jí)擴(kuò)大機(jī)的應(yīng)用中,電阻的噪聲也需要考慮。電阻器的雜散電感、噪聲及溫度系數(shù)都和電阻器制造商使用的技術(shù)有關(guān)。一般廠商生產(chǎn)的一系列電阻器會(huì)使用某特定技術(shù),不會(huì)針對(duì)個(gè)別電阻器標(biāo)示使用的技術(shù)。一系列電阻器也可能以其形狀因數(shù)來(lái)區(qū)分,也就是零件的大小,以及引腳或端子的位置,這些在實(shí)際電路板布線時(shí)都需考慮到。
主要用途
電阻器的主要用途包括:
控制某一部分電路的電壓和電流比例。
如果該段電路的電壓是固定的,電阻器能制造固定電流;
如果該段電路的電流是固定的,則電阻器能制造固定的電壓。
分配電路不同部分的電壓比例。
限制流經(jīng)某一段電路的電流。
釋放熱能。發(fā)熱線便是根據(jù)電阻器的這個(gè)特性而產(chǎn)生出來(lái)的。
通過(guò)電阻器自身的一些特性,采集環(huán)境資訊。比如根據(jù)阻值隨溫度變化特性,來(lái)采集環(huán)境溫度。
理想電阻器
在一個(gè)理想的電阻器里,電阻值不會(huì)隨電壓或電流而改變,亦不會(huì)因電流的突然變動(dòng)而改變。真實(shí)的電阻器無(wú)法達(dá)到這一點(diǎn)?,F(xiàn)今的內(nèi)部設(shè)計(jì)使電阻器在極端的電壓或電流(以至其他環(huán)境因素,例如溫度)下能表現(xiàn)相對(duì)小的電阻值變化。
現(xiàn)實(shí)電阻器的限制
參見:定值電阻
每一個(gè)電阻器均有其承受的電壓或電流的上限(主要取決于電阻器的體積)。如果電壓或電流超出了這個(gè)范圍,首先電阻器的電阻值會(huì)改變(在一些電阻器中可以有劇烈的變動(dòng)),繼而令電阻器因過(guò)熱等情況而損毀。大部分電阻器會(huì)標(biāo)示額定的電功率,另外一些則會(huì)提供額定的電流或電壓。
另外,現(xiàn)實(shí)的電阻器本身除電阻性外,亦擁有微量的散雜電感與電容,因而造成與理想電阻器有所差異。
電阻器的種類
根據(jù)構(gòu)造,電阻可分為以下幾類:
定值電阻(固定電阻):以帶電阻物質(zhì)或線圈構(gòu)成、且不會(huì)因任何環(huán)境或人為因素而變量的電阻。現(xiàn)時(shí)常見的定值電阻有顏色條紋用以識(shí)別電阻值、誤差等資料。定值電阻兩端多帶有連接線,以方便裝嵌;部分在集成電路中的定值電阻屬鑲嵌形式。
可變電阻:泛指所有可以手動(dòng)改變電阻值的電阻器。根據(jù)使用的場(chǎng)合,可變電阻有電壓分配器、電位器等別稱。常見的可變電阻有"三"個(gè)連接端。不同的連接配置可使該種電阻以可變電阻、分壓計(jì),或定值電阻的方式運(yùn)作。
光敏電阻:跟隨光線的強(qiáng)弱而改變電阻值。
熱敏電阻:跟隨溫度的高低而改變電阻值。其中有一種以半導(dǎo)體制成的電阻器擁有負(fù)數(shù)的溫度系數(shù),能紓緩電子線路中的溫度影響。
壓敏電阻:又稱變阻器,一種跟隨電壓的高低而改變電阻值的配件,通常由壓敏陶瓷制成。
內(nèi)阻:除超導(dǎo)體以外的所有導(dǎo)電體均帶有一定的電阻,通常稱為內(nèi)阻。
電阻器的標(biāo)示
電阻器的標(biāo)示方式會(huì)隨其種類而不同,若是功率較大的水泥電阻或繞線電阻,會(huì)在外殼上直接印出阻值及功率。軸向電阻會(huì)在電阻外殼用電阻色碼表示阻值,而SMD電阻有些會(huì)用數(shù)字標(biāo)示其阻值,若尺寸較小的,也可以用英文字母及數(shù)字來(lái)表示阻值。
色環(huán)標(biāo)示
參見:電阻色碼
電阻器上通常印有四個(gè)色環(huán)(亦有五色環(huán)的精密電阻),各代表不同的電阻值,下圖為電阻值與色環(huán)對(duì)照表。
例如有一四色環(huán)電阻器色環(huán)是藍(lán)?灰?橙?金排列而成,它的電阻值和誤差為
68×103?±5%
=68×1000(Ω)?±5%
=68000Ω±5%=68kΩ±5%
精密電阻會(huì)常采五個(gè)色環(huán)來(lái)表示,第一至第三個(gè)色環(huán)為阻值的頭三數(shù)值,第四環(huán)為倍數(shù),第五環(huán)為誤差值。
電阻色環(huán)色碼識(shí)別:
首先,從電阻的底端,找出代表公差精度的色環(huán),金色的代表5%,銀色的代表10%。
再?gòu)碾娮璧牧硪欢?,找出第一條、第二條色環(huán),讀取其相對(duì)應(yīng)的數(shù)位,以右邊圖為例,前兩條色環(huán)都為紅色,故其對(duì)應(yīng)數(shù)位為紅2,紅2,然后,再讀取第三條倍數(shù)色環(huán),黑1,所以,我們得到的阻值是22Ω。
如果第三條倍數(shù)色環(huán)為金色,則將小數(shù)點(diǎn)往左移一位。
如果第三條倍數(shù)色環(huán)為銀色,則將小數(shù)點(diǎn)往左移兩位。
表面黏貼電阻
較大尺寸的表面黏貼電阻(1608或更大的)會(huì)在上面印制數(shù)字標(biāo)示其阻值。一般誤差(5%)的表面黏貼電阻會(huì)用三位數(shù)的數(shù)字表示其阻值,前兩位數(shù)是阻值的前二位有效數(shù)字,第三位為十的次方(也就是后面要加幾個(gè)零)。例如:
101=10×101Ω=100Ω
334=33×104Ω=330 kΩ
222=22×102Ω=2.2 kΩ
473=47×103Ω=47 kΩ
105=10×105Ω=1 MΩ
若阻值小于100,會(huì)直接寫100,220,470。最后的零表示是十的零次方,也就是1,例如:
100=10×100Ω=10Ω
220=22×100Ω=22Ω
不過(guò)有時(shí)也會(huì)直接表示為10或22,以避免誤認(rèn)。
若阻值小于10,會(huì)用英字文母表示小數(shù)點(diǎn)。例如:
4R7=4.7Ω
R300=0.30Ω
0R22=0.22Ω
0R01=0.01Ω
精密電阻會(huì)用四位數(shù)表示,前三位數(shù)是前三位的有效數(shù)字,第四位數(shù)是十的次方,例如:
1001=100×101Ω=1.00 kΩ
4992=499×102Ω=49.9 kΩ
1000=100×100Ω=100Ω
有時(shí)會(huì)用000 and 0000來(lái)表示零歐姆電阻,因?yàn)槠渥柚到咏恪?/span>
若表面黏貼電阻包裝更小,可能就無(wú)法用上述方式表示,有些制造商會(huì)另外用英文字母及數(shù)字表示阻值,印在電阻上。
與電阻器相關(guān)的計(jì)算
電阻器的能量消耗
電阻器消耗能量的功率是電阻器兩端的電壓和流經(jīng)的電流的乘積;
{\displaystyle P=I\cdot V=I^{2}\cdot R={\frac{V^{2}}{R}}}P=I\cdot V=I^2\cdot R=\frac{V^2}{R}
上式中,P為功率(以瓦計(jì)算),I為電流(以安培計(jì)算),V為電壓(以伏特計(jì)算),R為電阻(以歐姆計(jì)算)。后兩條等式是第一條等式演化而成。
至于電阻器在一段時(shí)間消耗的總能量則可以如下的積分式表示:
{\displaystyle W=\int _{t_{1}}^{t_{2}}v(t)i(t)\,dt}W=\int_{t_1}^{t_2}v(t)i(t)\,dt
其中,{\displaystyle t_{1}}t_{1}是起始時(shí)間,{\displaystyle t_{2}}t_{2}是終結(jié)時(shí)間,W是總消耗能量。
如平均功率超出電阻器的額定功率,電阻器的電阻會(huì)偏離原有的值,繼而電阻器會(huì)因過(guò)熱而燒毀。
串聯(lián)和并聯(lián)
注:以下圖中的定值電阻圖標(biāo)純?yōu)榉奖憬庹f(shuō)之用,不代表實(shí)際情況下該處所設(shè)必為定值電阻。
有關(guān)更多的資料,可參閱串聯(lián)和并聯(lián)。
以下是一列串聯(lián)起來(lái)的電阻器:
電路兩端的總電阻值為各電阻器的電阻之總和,即
{\displaystyle R=R_{1}+R_{2}+...+R_{n}\,}R=R_1+R_2+...+R_n\,
以下是一組并聯(lián)的電阻器:
由于所有電阻的電壓相同,根據(jù)歐姆定律,它們的電流與電阻屬反比,故
{\displaystyle{\frac{1}{R_{\mathrm{eq}}}}={\frac{1}{R_{1}}}+{\frac{1}{R_{2}}}+\cdots+{\frac{1}{R_{n}}}}\frac{1}{R_\mathrm{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\cdots+\frac{1}{R_n}
并聯(lián)電路的電阻關(guān)系可以"//"表示(有如平面幾何中的平行關(guān)系),故兩個(gè)并聯(lián)的電阻的總電阻可以此等式表示:
{\displaystyle R_{\mathrm{eq}}=R_{1}//R_{2}={R_{1}R_{2}\over R_{1}+R_{2}}}{\displaystyle R_{\mathrm{eq}}=R_{1}//R_{2}={R_{1}R_{2}\over R_{1}+R_{2}}}
串聯(lián)和并聯(lián)僅為電路網(wǎng)絡(luò)的其中兩個(gè)模式。較復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)難以使用簡(jiǎn)單的串聯(lián)、并聯(lián)的方式表示。
例如一個(gè)呈正立方體狀的網(wǎng)絡(luò),要量度兩個(gè)頂點(diǎn)之間的電阻,需要使用聯(lián)立方程式求解未知數(shù)的方式計(jì)算;但如立方體的每一條棱均設(shè)有相同的電阻器,則任何頂點(diǎn)之間的電阻均為單一電阻器的六分之五。
失效模式
在妥善設(shè)計(jì)的電路中,電阻器的失效率一般會(huì)比半導(dǎo)體或電解電容要低。電阻器的受損一般都是因?yàn)殡娮杵魃系钠骄β食^(guò)電阻器可以散熱的功率,因此造成電阻器過(guò)熱。這可能是電路以外的異常原因所造成,但常常是電路中其他零件異常所造成(例如晶體管短路)。將電阻器運(yùn)作在接近其功率額定的功率,會(huì)減短電阻器的壽命.或是使其阻值發(fā)生變化。較安全的電路設(shè)計(jì)一般會(huì)選用較大功率額定的電阻,以避免此問(wèn)題出現(xiàn)。
當(dāng)過(guò)熱時(shí),碳膜電阻器的電阻值可能會(huì)增加或是減少,當(dāng)在接近其額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),碳膜電阻器或氧化膜電阻器可能會(huì)開路,金屬膜電阻器或是繞線電阻器也可能有類似情形,但幾率較低。
電阻器也可能因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力或是惡劣的環(huán)境因素而失效。例如若電路未密封,可能會(huì)因濕氣造成繞線電阻的腐蝕。
現(xiàn)在已經(jīng)知道表面貼裝電阻會(huì)因?yàn)榱驖B入電阻內(nèi)部涂層而失效,硫會(huì)和內(nèi)部的銀生成不導(dǎo)電的硫化銀,電阻值會(huì)持續(xù)昇高。抗硫及防腐蝕的電阻應(yīng)用在汽車、工業(yè)甚至軍事應(yīng)用。ASTM B809是一份測(cè)試元件抗硫滲入的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
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