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责任编辑:刘昆山

  电阻,英文名resistance,通常缩写为R,它是导体的一种基本性质,与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说,I=U/R,那么R=U/I,电阻的基本单位是欧姆,用希腊字母“Ω”表示,有这样的定义:导体上加上一伏特电压时,产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。事实上,“电阻”说的是一种性质,而通常在电子产品中所指的电阻,是指电阻器这样一种元件。师傅对徒弟说:“找一个100欧的电阻来!”,指的就是一个“电阻值”为100欧姆的电阻器,欧姆常简称为欧。表示电阻阻值的常用单位还有千欧(kΩ),兆欧(MΩ)。

  电阻器是利用一些材料对电流有阻碍作用的特性所制成的,它是一种最基本、最常用的电子元件。电阻器在电路里的用途很多,大致可以归纳为降低电压、分配电压、限制电流和向各种元器件提供必要的工作条件(电压或电流)等。为了表述方便,通常将电阻器简称为电阻。

  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,R代表电阻,T-碳膜,J-金属,X-线绕,是拼音的第一个字母。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(做无线窃听器?)电阻器按其结构可分为固定电阻器和可调电阻器两种,电位器也是一种可调电阻器。

  一、固定电阻器

  固定电阻器通常简称电阻,是电子制作中使用最多的元件。固定电阻器一经制成,其阻值便固定不变。

  1.常用固定电阻器的种类和特点电子爱好者经常使用的固定电阻器有实芯电阻器、薄膜电阻器和线绕电阻器。图1所示是它们的实物外形图。由图可知,普通固定电阻器只有两根引脚,引脚无正、负极性之分。小型固定电阻器的两根引脚一般沿轴线方向伸出,可以弯曲,以便在电路板上进行焊接和安装。

 图1 常用固定电阻器实物外形图

  实芯电阻器是由碳与不良导电材料混合,并加入粘结剂制成的,型号中有RS标志。这种电阻器成本低,价格便宜,可靠性高,但阻值误差较大,稳定性差。在以前的电子管收音机和各种电子设备中,实芯电阻器使用非常普遍,但现在的成品电器中已经很少使用。电子爱好者手头多有这种电阻器,在一般业余电子制作中还是完全可以利用的。

  薄膜电阻器是用蒸发的方法将碳或某些合金镀在瓷管(棒)的表面制成的,它是电子制作中最常用的电阻器。碳膜电阻器型号有RT的标志(小型碳膜电阻器为RTX),它造价便宜、电压稳定性好,但允许的额定功率较小。金属膜电阻器型号有RJ标志,外面常涂以红色或棕色漆,它精度高,热稳定性好,在相同额定功率时,体积只有碳膜电阻器的一半。线绕电阻器在型号中有RX标志,是用镍铬或锰铜合金电阻丝绕在绝缘支架上制成的,表面常涂有绝缘漆或耐热釉层。线绕电阻器的特点是精度高,能承受较大功率,热稳定性好;缺点是价格贵,不容易得到高阻值。万用电表中的分流器、分压器大多采用线绕电阻器。

  电子制作中,有时需要用到功率比较大、阻值却很小的电阻器,这样的电阻器不容易购买到,但完全可以用自制的线绕电阻器来满足需要。自制线绕电阻器(参见图2)的方法很简单:根据欲制作电阻器所要求的功率(瓦数)大小选择粗细合适的电阻丝,先测出单位长度的阻值,估算出所需阻值的长度。再将电阻丝绕在自制的胶木片骨架上,待绕得差不多时进行测量,直至达到要求的阻值。然后在胶木片两端做出引线,并焊上接线片即成。所用电阻丝可以用专门的镍铬丝、康铜丝、锰铜丝等,也可从废电烙铁芯、旧线绕电阻器等处拆下,或直接从电炉丝、电热毯丝截取。

  图2 自制线绕电阻器实物外形图

  2. 电阻器的主要参数及标注方法

  电阻器的主要技术参数有标称阻值、允许偏差和额定功率。电阻值(简称阻值)的基本单位是欧姆(简称欧),用希腊字母“Ω”表示。通常还使用比欧姆更大的单位——千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。它们之间的换算关系是:1兆欧(MΩ)=1000千欧(kΩ)1千欧(kΩ)=1000欧姆(Ω)为了适应不同的需要,国家规定了一系列的电阻值作为产品的标准,并在产品上标注清楚标准电阻值,称之为标称电阻。我国电阻器的标称阻值系列见表1所示。表中所给出的基数,可以乘以10、100、1000……例如3.9这个基数,可以是3.9Ω,也可以是39Ω、390Ω、3.9kΩ、39kΩ、390kΩ和3.9MΩ等。

  由于电阻器在生产过程中存在着误差,所以标称阻值并不是100%的等于电阻器的实际电阻。我们把电阻器的实际阻值和标称阻值间的差别,常以差值与标称阻值的百分比数来表示,叫做允许偏差(或阻值误差)。电阻器产品根据允许偏差大小可以分为3个等级,即:Ⅰ级允许偏差为±5%;Ⅱ级允许偏差为±10%,Ⅲ级允许偏差为±20%。很显然,允许偏差值越小,表示电阻器的阻值精度越高。

  电阻器是一种耗能元器件,当电流通过电阻器时,就会有一部分电能转换成热能,使电阻器温度升高。若使用时电阻器通过的电流太大或电阻器两端承受的电压过高,都会造成过热而损坏。因此,各种电阻器都规定了它的标称功率(又叫额定功率)。

  如果低于额定功率使用,电阻器的寿命就长,工作安全;如果超负荷使用,轻者会缩短它的使用寿命,重者可能将电阻器烧坏。电阻器长期工作所允许承受的最大电功率即为额定功率,单位为瓦(W)。一般电阻器分为1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W等多种,使用中,电阻器实际消耗的功率必须小于它的额定功率。在电子制作中,如果电路中没有特别注明,通常都可以使用1/8W或1/4W的电阻器。以前国产的电阻器大多数是将其标称阻值、允许偏差和额定功率(1W以下不标明)用数字和字母等直接印在表面漆膜上的,如图3(a)所示。这种直接标志法的好处是各项参数一目了然。另一种标志方法是在单位符号(Ω、kΩ、MΩ)前面用数字表示整数阻值,而在单位符号后面用数字表示第一位小数阻值,下面的字母则表示电阻值允许偏差的等级。字母等级划分:D表示±0.5%,F表示±1%,G表示±2%,J表示±5%,K表示±10%,M表示±20%。例如,图3(b)所示的电阻器阻值为3.9kΩ,误差为±5% 。

(a)实例一

(b)实例二

图3 电阻器的直接标志法

表1 电阻器标称阻值系列

  实际上,目前占据电阻器主流标志方法的是国际上惯用的“色环标志法”。采用色环标志电阻器的标称阻值和允许偏差有很多好处:颜色醒目,标志清晰,不易褪色,并且从电阻器的各个方向都能看清阻值和允许误差。使用这种电阻器装配整机时,不需注意电阻器的标志方向,有利于自动化生产。在整机调试和修理过程中,不用拨动电阻器就可看清阻值,给调试和修理带来方便,因此世界各国大多采用色环标志法。采用色环标志法的电阻器,在电阻器上印有4道或5道色环表示阻值等,阻值的单位为Ω。对于4环电阻器,紧靠电阻器端部的第1、2环表示两位有效数字,第3环表示倍乘数,第4环表示允许偏差,如图4左边所示。对于5环电阻器,第1、2、3环表示三位有效数字,第4环表示倍乘数,第5环表示允许偏差,如图4右边所示。一般说来,我们常用的碳膜电阻器多采用4色环,而金属膜电阻器为了更好地表示精度,多采用5色环。色环一般采用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银等12种颜色,它们所代表的数字意义如表2所示。图5给出了色环电阻器的实例。其中,图5(a)的电阻器4道色环依次为“棕、黑、红、金”,它表示1 0 后面有2 个0 , 其阻值为1000Ω=1kΩ,允许误差为±5%;图5(b)的电阻器5道色环依次为“绿、棕、黑、橙、棕”,它表示510后面有3个0,其阻值为510×103Ω=510kΩ,允许误差为±1%。

 

  图4 色环电阻器的标志法

 (a)4环电阻器

 (b)5环电阻器

  图5 色环电阻器实例

  色环标志法中每种颜色所对应的数字在国际上是统一的,初学者往往一时记不住,运用不熟练,其实你只要记住下面10个字的顺序,即“黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白”,它对应着数字“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”,并且代表允许误差的最后一圈色环多为专门的金色或银色,“熟能生巧”,慢慢就会运用自如了。

表2 电阻器上色环颜色的意义

     碳质电阻和一些1/8瓦碳膜电阻的阻值和误差用色环表示。在电阻上有三道或者四道色环。靠近电阻端的是第一道色环,其余顺次是二、三、四道色环,如图1所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字,第二道色环表示第二位数字,第三道色环表示阻值未应该有几个零。第四道色环表示阻值的误差。色 环颜色所代表的数字或者意义见表1。

色 别

第一色环
最大一位数字

第二色环
第二位数字

第三色环
应乘的数

第四色环
误 差

1

1

10
±1%

2

2

100  
± 2%

3

3

1000   ----

4

4

10000   ---

绿

5

5

100000
± 0.5%

6

6

1000000
± 0.2%

7

7

10000000
± 0.1%

8

8

100000000   ---

9

9

1000000000
+5~-20%

0

0

1   ---

    0.1

±5%

    0.01

±10%

无色

     

±20%

  比如有一个碳质电阻,它有四道色环,顺序是红、紫、黄、银。这个电阻的阻值就是270000欧,误差是±10%。双比如有一个碳质电阻,它有棕、绿、黑三道色环,它的阻值就是15欧,误差是±20%。


  色环电阻的规则是最后一圈代表误差,对于四环电阻,前二环代表有效值,第三环代表乘上的次方数。不要怕,记住颜色和数码就行啦,其他的不用记。

  有一个秘诀:面对一个色环电阻,找出金色或银色的一端,并将它朝下,从头开始读色环。例如第一环是棕色的,第二环是黑色的,第三环是红色的,第四环是金色的,那么它的电阻值是1、0,第三环是添零的个数,这个电阻添2个零,所以它的实际阻值是1000Ω,即1kΩ。

  二、可调电阻器

  可调电阻器主要有微调电阻器和电位器两大类,其最大特点是电阻值能够在一定范围内连续可调。

1. 微调电阻器

  微调电阻器又称微调电位器、半可调电阻器,其实物外形见图6所示。它的阻值可以在一定范围内改变,常用于偶尔需要调整阻值的电路里,例如作为晶体管的偏流电阻器、电桥平衡电阻器等。

  图6 常用微调电阻器实物外形图

  微调电阻器的结构原理可通过图7所示的WH7-A型立式微调电阻器来说明。与固定电阻器相比较,微调电阻器增加了一个可以在两个固定电阻片引出脚之间滑动的触点引出脚,其中两个固定电阻片引出脚之间的电阻值固定,并将该电阻值称为这个微调电阻器的标称阻值。而滑动触点引出脚与任何一个固定电阻片引出脚之间的电阻值可以随着滑动触点的转动而改变。这样,可以达到调节电路中的电压或电流的目的。微调电阻器的阻值一般打印在它的外壳或表面明显处,所标阻值是它的最大阻值。微调电阻多用于小电流的电路中,其额定功率较小,常见的多是合成碳膜电阻器,它的型号中有WH标志。若在大电流电路中使用微调电阻器,如电源滤波电路等,则要用线绕半可调电阻器(型号中有WX标志)。

  2. 电位器

  电位器也是一种可调电阻器,它在电路中多用于经常需要改变阻值,进行某种控制或调节的地方,如收音机的音量调节、稳压电源输出电压调节等都是通过电位器来完成的。常用电位器有普通旋转式电位器、带开关电位器、小型带开关电位器、直滑式电位器等,它们的实物外形见图8。

  电位器与微调电阻器在构造上有相似的地方,它们一般都有3个引出脚(参见图9),其中两边的两个固定电阻引出脚间电阻最大,而中间的滑动触点引出脚与左、右两个引出脚之间的电阻可通过与旋轴相连的簧片式触点移动而改变,但这两个电阻值之和始终等于最大电阻(标称阻值)。与微调电阻器相比,电位器具有较长的旋轴和外壳,制造工艺也更精巧,有的电位器还附有独立的电源开关。在业余电子制作或临时搭接线路的电子实验中,只要体积允许,可用电位器来代替微调电阻器。电位器在实际应用时必须配上合适的手动绝缘旋钮或拨轮盘。例如,广泛应用于便携式收音机、磁带录放机等产品中的WH15-K型带开关小型合成膜电位器(图8),只有给它配上了专门的塑料拨轮盘,才能顺利操作。

 

  图7 WH7-A型立式微调电阻器

  图8 常用电位器实物外形图

  图9 WH15-K型带开关电位器

  通过塑料拨轮盘控制旋柄转动,从而完成电源开关和阻值改变两项工作。电阻器的使用

  1. 在电路图中的识别

  图10中画出了固定电阻器、微调电阻器与电位器的电路符号。符号中的长方块,表示电阻体本身,两端的短线表示电阻器的两个引脚线。微调电阻器和电位器符号中带箭头的引线,表示滑动簧片端。在电路图中,为了整齐、清楚,这些电路符号可以竖着画,也可以横着画。在图中的位置也以连接简捷为前提。这与制作时它们的实际位置,竖放还是横放,以及排列的远近疏密都没有关系。这一点对电阻器以外的其他元器件也是一样的,请初学者注意。

 

  图10 电阻器的符号

  通常情况下,如果一个电阻器在电路符号中或文字叙述中没有其他特别的说明,则可认为选择该电阻器时对型号、种类以及功率等均无特别要求。

  2. 检测与修复

  电阻器在使用前,最好用万用表进行简单检测,以做到心中有数。检测普通电阻器的好坏,主要是用万用表测它的阻值。正常情况下,万用表的读数应与标称阻值大体符合;如果万用表的读数与标称阻值相差很大,或万用表指针不动、指针摆动不稳,则说明该电阻器已经损坏。这里需要注意,不能用两只手同时接触万用表的表笔两端去测量电阻值,因为这样会把人体电阻与被测电阻并联,从而造成测量误差。这在测高值电阻器时尤需注意。

  检测电位器或微调电阻器的质量好坏时,可分两步进行:

  首先,测量电位器的最大阻值。按照图11(a)所示,将万用表的表笔跨接在电位器两固定端,测量一下电位器的最大阻值,其读数应为电位器的标称阻值。如果万用表指针不动或阻值相差很多,则表明被测电位器已损坏。然后,测量电位器滑动片与电阻体接触是否良好。按照图11(b)所示,将万用表的表笔分别接在活动端和一个固定端,同时缓慢地旋转电位器的旋轴,从一个极端转至另一个极端,反复调两次,万用表测出的阻值应在“0”和标称阻值之间变化。如果在电位器旋轴转动过程中,万用表的表针有跳动现象,说明可变触点接触不良,这样的电位器不宜使用。固定电阻器价格便宜,如发生断裂、变值、引线松脱而损坏时,一般应丢弃。微调电阻器常因日久积尘或锈蚀而造成接触不良,如发现测量阻值变大或开路,可用酒精棉球擦洗,或调整簧片压力,一般可以修复。

   (a)测量最大阻值

 

 (b)检查接触状况

  图11 电位器的检测方法

  3. 替代使用方法

   在电子制作中,如果我们手头一时没有所需阻值或功率的电阻,那么可以用串联、并联的方法,“凑”出代用的电阻器。按照图12(a)所示,用几个阻值小的电阻器串联, 可以得到大阻值电阻器。串联后总阻值等于各个电阻之和,即R 总=R1+R2+R3。按照图12(b)所示,用两个阻值较大的电阻器并联,可代替较小阻值的电阻器,并联的总阻值R 总=R1×R2/(R1+R2)。当这两只电阻阻值相等时,并联后总阻值即减半。小功率电阻串联或并联都可以代替大功率电阻。

  图12 电阻器的替代法

  例如:有一只100Ω、4W的电阻器损坏,我们可以用两只50Ω、2W的电阻器串联,也可以用两只200Ω、2W的电阻并联来代替,效果是一样的。多只电阻器或不同阻值电阻器串联、并联后,各自功率承担的情况比较复杂,需通过计算求得,这在实际中很少使用。

  在电阻器的代用中,如果允许不考虑价格和体积,那么大功率电阻器可以取代同阻值小功率电阻器;金属膜电阻器可以取代同阻值、同功率碳膜电阻器或实芯电阻器,微调电阻器可代替固定电阻器。如果需要调节的机会极少,那么固定电阻器也可以取代调节阻值的微调电阻器。

  四、特种电阻


  光敏电阻 是一种电阻值随外界光照强弱(明暗)变化而变化的元件,光越强阻值越小,光越弱阻值越大。其外形和电路符号如图2所示。如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上,用万用表的R×1k挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值:将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上,万用表读数将会发生变化。在完全黑暗处,光敏电阻的阻值可达几兆欧以上(万用表指示电阻为无穷大,即指针不动),而在较强光线下,阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。
   利用这一特性,可以制作各种光控的小电路来。事实上街边的路灯大多是用光控开关自动控制的,其中一个重要的元器件就是光敏电阻(或者是光敏三级管,一种功能相似的带放大作用的半导体元件)。光敏电阻是在陶瓷基座上沉积一层硫化镉(CdS)膜后制成的, 实际上也是一种半导体元件。新村里声控楼道灯在白天不会点亮,也是因为光敏电阻在起作用。我们可以用它制作电子报晓鸡,清晨天亮时喔喔叫。
  热敏电阻是一个特殊的半导体器件,它的电阻值随着其表面温度的高低的变化而变化。它原本是为了使电子设备在不同的环境温度下正常工作而使用的,叫做温度补偿。新型的电脑主板都有CPU测温、超温报警功能,就是利用了的热敏电阻。

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