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1.3 电阻元件

电阻元件(Resistor,又称电阻)是从实际电阻器中抽象出来的模型,反映元件材料的电阻特性。实际生活中常见的白炽灯泡、电热丝等均可模型为电阻器。在电路中工作时要消耗电能,并将电能不可逆地转换成热能、光能等。

电阻元件的电路图形符号是一个矩形框,文字符号是大写的斜体字母 R ,如图1.3.1(a)所示。

电阻按照它的电压-电流关系分为线性电阻(Linear Resistor)和非线性电阻(Nonlinear Resistor)。线性电阻元件在电压与电流参考方向关联时,电压与电流之间满足欧姆定律(Ohm's Law),见式(1.3.1)。本章所用的都是线性电阻元件。

电阻的国际单位是欧姆(Ω),大小是电阻伏安特性曲线的斜率,常用的还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。若线性电阻元件在电压与电流参考方向非关联时,则欧姆定律为 u = -Ri

电阻的倒数称为电导(Conductance),用大写斜体字母 G 表示,欧姆定律见式(1.3.2),单位为西门子(S)。

元件的电压与电流之间的关系称为伏安关系(Volt Ampere Relation,VAR),记忆元件是输入信号撤离后,元件依然保持输入信号的信息,而电阻某一瞬时电压仅与该时刻的电流有关,所以电阻是无记忆元件。根据欧姆定律,线性电阻元件的伏安特性是过原点的一条直线,如图1.3.1(b)所示。

线性电阻元件有两个特殊情况——开路和短路。当电阻元件上的电流恒等于零时,即 R →∞,称为开路,如图 1.3.1(c)所示;当电阻元件上的电压恒等于零时,即 R →0,称为短路,如图1.3.1(d)所示。

图1.3.1 电阻元件及其伏安特性

电阻按阻值类型可分为固定式和可调式两种,大多数阻值是固定的。目前采用丝网印刷法印在基板上制成的片式电阻应用越来越广泛,其耐潮湿和高温,温度系数小,可大大节约电路空间,使设计更精细化。

线性电阻元件的功率 P 在电压和电流的关联参考方向下,见式(1.3.3)。

R G 是正实数,则功率 P 为正值,说明电阻元件消耗能量,吸收功率。

【例1.3.1】 已知图1.3.2中 U =-6V, I =2A,求电阻 R

图1.3.2 例1.3.1电路

解: 由于电阻的电压、电流参考方向非关联,因此

上式中第1个负号表示电压与电流参考方向非关联。(-6)表示在电压参考方向下,电压的代数值为负数,即电压实际方向与参考方向相反。

电阻器在电路中常用作电压调整(通过串联分压实现)、电流调整(通过并联分流或串联限流实现)和负载电阻(替代负载,等效负载对电能的消耗)。实际应用中,选用电阻器,需要考虑如下主要参数:标称阻值(电阻器上标出的名义阻值)、容许偏差(实际阻值与标称阻值的偏差)、额定功率(电阻可以耗散的最大功率)等。

(1)标称阻值与容许偏差。

为了便于生产和使用,国家统一规定了一系列阻值作为电阻器(电位器)阻值的标准值,这一系列阻值叫作电阻的标称阻值。实际阻值与标称阻值存在偏差,这个偏差与标称阻值的百分比称为容许偏差,简称容差。容许偏差越小,电阻的精度就越高,价格就越贵。随着电子设备小型化发展趋势,贴片电阻被广泛应用。标称阻值是按系列来确定的,各系列是由电阻的容差来划分的(容差越小,阻值划分得越多),其中最常用的是 E-24(电阻值的容差为±5%),其阻值容差有4级:F级,±l%;G级,±2%;J级,±5%;K级,±10%。

(2)额定功率。

额定功率是指一个电阻可以耗散的最大功率。通常额定功率有1/20W、1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W等。 qmS+cmIqVGoj4xg0yktOmgjS5DSv+MCz+8SmVm4Zd20IsiiCPVhKpe/b9WIFgzoo

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