电阻器是电子产品中最广泛使用的一种电子元件,在电子设备中约占元件总数的30%以上,其质量的好坏对电路的可靠性有较大的影响。电阻器是耗能元件,它在电路中可作为分压器、分流器、消耗电能的负载和阻抗匹配等。
电阻器在电路图中用字母 R 表示。常用的图形符号如图1.1所示。
图1.1 电阻器图形符号
电阻器种类很多,按照阻值是否固定可分为:固定式和可变式电阻器。按制造工艺和材料,电阻器可以分为:膜式、实芯式、特殊电阻器等,其中膜式电阻器可以分为:碳膜、金属膜、合成膜和氧化膜电阻器等;实芯式电阻器可以分为:有机实芯和无机实芯电阻器等;特殊电阻器可以分为:光敏、热敏、压敏和熔断电阻器等。
可变式电阻器可以分为:滑线式、多圈式变阻器和电位器。其中应用最广泛的是电位器。电位器是一种有三个接头的可变电阻器。其阻值可在一定范围内连续可调。
常用电阻器的实物照片如图1.2所示。
图1.2 电阻器符号
电阻器的主要参数有:标称阻值、允许误差(阻值精度)、额定功率、温度系数、噪声、极限工作电压等。在电阻器选用时通常只考虑标称阻值、允许误差和额定功率这三个最主要参数,其他参数在有特殊需求情况下才需加以考虑。
电阻器表面所标注的阻值称为标称阻值。为了便于生产,同时考虑到能够满足实际使用精度等级需要,国家规定了一系列数值作为产品的标准,这一系列值就是电阻的标称系列值。标称阻值系列见表1.1。
表1.1 标称阻值系列
电阻的实际阻值和标称阻值的偏差,除以标称阻值所得的百分数,叫做电阻的误差。电阻器的最大允许误差范围标志着电阻器的阻值精度。普通电阻器的允许误差有±10%、±5%,精密电阻器的允许误差有±2%、±1%、±0.5%、…、±0.001%等十几个等级,允许误差越小,表明电阻器的精度越高。
电阻器通电工作时,本身要发热,如果温度过高会将电阻器烧毁。在规定的环境温度下允许电阻器承受的最大功率,即在此功率限度以下电阻器可以长期稳定、安全地工作的最大功率限度,称为额定功率。
通常电阻器表面积较小,所以只在电阻器外表面上标注标称阻值、允许误差、额定功率和材料等参数。额定功率较小的电阻器(一般小于0.5 W)只标注标称阻值和允许误差,额定功率和材料可以从外形尺寸来进行判别。
电阻阻值和允许误差在电阻器上常用的标注方法有下列三种:
将电阻器的阻值和允许误差直接用数字标注在电阻体表面上。允许误差直接用百分数表示,若电阻器上未标注允许误差,则为±20%。对kΩ、MΩ只标注k、M。
用文字和数字符号两者有规律的组合标注在电阻体表面上。符号Ω、k、M前面的数字表示阻值的整数部分,后面的数字依次表示阻值的小数部分,符号Ω、k、M为整数部分阻值的单位。
对体积较小的电阻器,采用不同颜色的环来标注标称阻值和允许误差。色环标注法有四环和五环两种。四环标注的是普通电阻,五环标注的是精密型电阻,精密型电阻的允许误差为±2%或更小。不同颜色代表不同数字或允许误差。
四环标注法前两环表示有效数字,第三环表示10的乘方阶码,第四环(或电阻体本色)表示允许误差。五环标注法前三环表示有效数字,第四环表示10的乘方阶码,第五环表示允许误差。
色环标注法的首环识别很重要,可以根据以下几种方法进行判别:
1)除末位色环外,其他相邻色环间是等间距的,末位色环和倒数第二位色环间隔要比其他相邻色环间隔要大些;
2)除末位色环外,其他色环的宽度是相同的,末位色环的宽度要比其他色环要宽些;
3)金色和银色通常用来表示允许误差,所以金色、银色一般均为末位色环;
4)如果实在无法区分色环位置,可以用万用表欧姆档进行阻值测量,根据阻值来确定色环位置。
色环标注法中不同颜色代表不同的数字,具体可由表1.2确定。
表1.2 色环颜色与数字对应表
对表面积较小的电阻器,如贴片电阻器常用3位数字来表示其标称阻值,第一、二位数字为有效数字,第三位数字表示10的乘方阶码,阻值单位为Ω。
电阻器的识别是在其标注完整的情况下进行的,如果遇到电阻器上标注不清或无任何标注时就需要对电阻器电阻值进行测量。
万用表是测量电阻值的常用仪表,用它测量电阻值具有方便、灵活等优点。测量时需注意以下几点:
1.量程选择:根据电阻值的大致范围选择合适的测量量程,如不能确定阻值的大致范围可选择最大量程进行一次粗测,然后根据测量值选择一个比较合适的测量量程。
2.在进行测量时,双手不能同时接触电阻器的两端引线或表笔金属部分,否则人体电阻将会与测量的电阻器进行并联,测量得到的电阻值将小于实际电阻值。
3.在进行测量时,应注意表笔与电阻器引脚的良好接触,要使表笔与引脚保持垂直,与引脚接触时要用力下压,以减小表笔与电阻器引脚间的接触电阻对测量结果的影响。
对于高精度电阻器可采用电桥进行测量。不论采用什么方法测量,在保证测量灵敏度的条件下,应使加到电阻器上的直流测量电压尽量低,时间要尽量短,以免电阻器长时间通电引起发热,从而影响测量准确性。
敏感电阻器是指其电阻值对外界温度、电压、机械力、亮度、湿度、气体浓度等物理量反应敏感的电阻器。目前常见的敏感电阻器有:热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏和气敏电阻器。
热敏电阻器是用热敏半导体材料经一定工艺制成的,其阻值会随温度的变化而变化。热敏电阻器的符号和实物如图1.3所示。热敏电阻器有正、负温度系数两种类型,正温度系数类型热敏电阻器的电阻值随着温度的升高而增大,负温度系数型热敏电阻器的电阻值随着温度的升高而减小。
图1.3 热敏电阻器符号和实物
光敏电阻器是由利用光能产生光电效应的光电材料制成的。光敏电阻器的符号和实物如图1.4所示。光敏电阻器按其光谱范围来分,可分为可见光光敏电阻器、红外光光敏电阻器和紫外光光敏电阻器。按所用材料不同来分,可分为硒光敏电阻器、锗光敏电阻器、硫化物光敏电阻器和硒化物光敏电阻器等。
光敏电阻器的最大特点是对光线非常敏感,电阻器在无光线照射时,其阻值很高,当有光线照射时,其阻值较小,并随着光线的强弱而变化,光线越强阻值越小。光敏电阻器在未受到光线照射时的电阻值称为暗电阻,此时流过的电流称为暗电流。在受到光线照射时的电阻值称为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。一般情况下,光电流越大则光敏电阻器的灵敏度就越高。光敏电阻器的暗电阻阻值一般在兆欧级,亮电阻阻值在几千欧以下。
图1.4 光敏电阻器符号和实物
压敏电阻器是使用氧化锌为主要材料制成的,是对电压变化非常敏感的非线性电阻器。压敏电阻器的符号和实物如图1.5所示。
图1.5 压敏电阻器符号和实物
在一定的温度条件下,当电压增大时,阻值减小;当电压减小时,阻值增大。压敏电阻器常用于电路中的过压保护、尖脉冲吸收和消噪等,使工作电路得到保护。
湿敏电阻器是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。湿敏电阻器的符号和实物如图1.6所示。
图1.6 湿敏电阻器符号和实物
湿敏电阻器能反映环境湿度的变化,通过湿敏电阻器材料的物理或化学性质变化,将湿度变化转换成电信号。在各种气体环境湿度下,对湿敏电阻器的要求是稳定性好、寿命长、耐污染、受温度影响小、响应时间短、有互换性等。
电位器是一种电阻值连续可调的电子元件,它的作用是改变电路中电压、电流的大小。对外有三个引出端,一个是滑动端,另外两个是固定端,滑动端可以在两个固定端之间的电阻体上滑动,使其与固定端之间的电阻值发生变化。电位器的符号如图1.7所示。
图1.7 电位器的符号
电位器的主要参数有标称阻值、零位电阻、额定功率、阻值变化特性、分辨率、滑动噪声、耐磨性和温度系数等。
(1)标称阻值和零位电阻
电位器上标注的阻值称为标称阻值,即电位器两固定端之间的阻值;零位电阻指电位器的最小阻值,即滑动端与任一固定端之间的最小阻值。
(2)额定功率
电位器的额定功率是指在规定的额定温度下和大气压为87~107kPa时,接入长期连续负荷所允许消耗的最大功率。
(3)阻值变化特性
阻值变化特性是指阻值随滑动端滑动的行程或转轴转动的角度之间变化的关系。这种关系理论上可以是任意函数形式,常用的有3种,即线性式、对数式和指数式。
在使用中,线性式电位器适用于分压、偏流的调整;对数式电位器适用于音调和图像对比度调整;指数式电位器适用于音量调整。
(1)合成碳膜电位器
合成碳膜电位器的电阻体是用碳膜、石墨、石英粉和有机粉合剂等制作而成。制作工艺简单,是目前应用最广泛的电位器。合成碳膜电位器的优点是阻值范围宽、分辨率高、寿命长、价格低等;缺点是功率不太大、耐高温性差、耐湿性差和阻值低的电位器不容易制作。
(2)金属膜电位器
金属膜电位器是由金属合成膜、金属氧化膜和氧化钽等几种材料经真空技术制作而成。金属膜电位器的优点是:耐热性好、分布电感和分布电容小、噪声电动势很小;缺点是耐磨性不好、阻值范围小。
(3)线绕电位器
线绕电位器是将康铜丝或镍合金丝作为电阻体,并把它绕在绝缘骨架上制成的。线绕电位器的优点是接触电阻小、精度高、温度系数小;缺点是分辨率低、阻值偏小、高频特性差。主要适用于分压器、变压器、仪器中调零和调整工作点等。
(4)数字电位器
数字电位器取消了滑动性,是一个半导体集成电路。数字电位器的优点是调节精度高、没有噪声、有极长的工作寿命、无机械磨损、数据可读/写,具有易于软件控制、体积小和易于装配。
根据电位器的标称阻值大小选择合适的欧姆档量程,测量两个固定端之间的电阻值与标称阻值是否相符,如果与标称阻值相差过大则说明电位器已损坏;
测量滑动端与每一个固定端之间阻值变化情况,在滑动端旋转过程中所测量到的阻值没有跳动或跌落现象,表明电位器电阻体良好,滑动端接触可靠;当滑动端能转动到两个极限位置时,一个极限位置是0电阻,另一位置是前面测量到的标称阻值,说明电位器的质量良好。