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3.1 固定电阻器

3.1.1 实物外形与电路符号

固定电阻器是指生产出来后阻值就固定不变的电阻器。 固定电阻器的实物外形和电路符号如图3-1所示。

图3-1 固定电阻器

3.1.2 电阻的功能

电阻器的功能主要有降压、限流,分流和分压。 电阻器的降压、限流,分流和分压说明如图3-2所示。

图3-2 电阻器的功能说明

(1)降压、限流功能。在图3-2(a)所示电路中,电阻器R与灯泡串联,如果用导线直接代替R,加到灯泡两端的电压有6V,则流过灯泡的电流很大,灯泡将会很亮,串联电阻R后,由于R上有2V电压,故灯泡两端的电压就被降低到4V;同时由于R对电流有阻碍作用,故流过灯泡的电流也就减小。电阻器R在这里起着降压、限流作用。

(2)分流功能。在图3-2(b)所示电路中,电阻器R 2 与灯泡并联,流过R 1 的电流 I 除一路流过灯泡外,还有一路经R 2 流到电源负极,这样流过灯泡的电流减小,灯泡变暗。R 2 的这种功能称为分流。

(3)分压功能。在图3-2(c)所示电路中,电阻器R 1 、R 2 和R 3 串联,从电源正极出发,每经过一个电阻器,电压都会降低一次,电压降低多少取决于电阻器阻值的大小,阻值越大,电压降低越多,图中的R 1 、R 2 和R 3 将6V电压分成5V和2V的电压。

3.1.3 阻值与误差的表示

为了表示阻值的大小,电阻器在出厂时会在表面标注阻值。 标注在电阻器上的阻值称为标称阻值。电阻器的实际阻值与标称阻值往往有一定的差距,这个差距称为误差。电阻器标注阻值和误差的方法主要有直标法和色环法。

1. 直标法

直标法是指用文字符号(数字和字母)在电阻器上直接标注出阻值和误差的方法。 直标法的阻值单位有欧姆(Ω)、千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。

(1)误差表示方法

直标法表示误差一般采用两种方式:一是用罗马数字I、II、III分别表示误差为±5%、±10%、±20%,如果不标注误差,则误差为±20%;二是用字母来表示,不同字母对应的误差见表3-1,如J、K分别表示误差为±5%、±10%。

表3-1 不同字母对应的误差

(2)直标法常见的表示形式

直标法表示阻值的常见形式如图3-3所示。

图3-3 直标法表示阻值的常见形式

2. 色环法

色环法是指在电阻器上标注不同颜色圆环来表示阻值和误差的方法。 图3-4中的两个电阻器就采用了色环法来标注阻值和误差,其中一只电阻器上有四条色环,称为四环电阻器;另一只电阻器上有五条色环,称为五环电阻器,五环电阻器表示的阻值精度较四环电阻器更高。

图3-4 色环电阻器

(1)色环的含义

要正确识读色环电阻器的阻值和误差,必须先了解各种色环代表的意义。色环电阻器各色环代表的意义见表3-2。

表3-2 四环电阻器各色环颜色代表的意义

(2)四环电阻器的识读

四环电阻器的识读如图3-5所示。

图3-5 四环电阻器的识读

四环电阻器的识读:

第一步:判别色环排列顺序。色环顺序判别规律如下:

① 四环电阻的第4环为误差环,一般呈金色或银色,因此如果靠近电阻器一个引脚的色环颜色为金或银色,则该色环必为第4环,从该环向另一引脚方向排列的三条色环依次为第3、2、1环。

② 对于色环标注标准的电阻器,一般第4环与第3环间隔较远。

第二步:识读色环。按照第1、2环为有效数值环,第3环为倍乘数环,第4环为误差环,根据各色环代表的数字识读出色环电阻器的阻值和误差。

(3)五环电阻器的识读

五环电阻器阻值与误差的识读方法与四环电阻器基本相同,不同在于 五环电阻器的第1~3环为有效数值环,第4环为倍乘数环,第5环为误差环。 另外, 五环电阻器的误差环颜色除有金、银色外,还可能是棕、红、绿、蓝和紫色。 五环电阻器的识读如图3-6所示。

图3-6 五环电阻器的识读

3.1.4 标称阻值的系列

电阻器厂家不能随意生产任意阻值的电阻器。 为了生产、选购和使用的方便,国家规定了电阻器的系列标称阻值,分为E-24、E-12和E-6三个系列, 具体见表3-3。

表3-3 电阻器的标称阻值系列

国家标准规定,生产某系列的电阻器,其标称阻值应等于该系列中标称值的10 n n 为正整数)倍。 例如,E-24系列的误差等级为Ⅰ,允许的误差范围为±5%,若要生产E-24系列的电阻器,厂家可以生产标称阻值为1.3Ω、13Ω、130Ω、1.3kΩ、13kΩ、130kΩ、1.3MΩ、…的电阻器,而不能生产标称阻值为1.4Ω、14Ω、140Ω、…的电阻器。

3.1.5 额定功率

额定功率是指,在一定的条件下元器件长期使用时允许承受的最大功率。电阻器的额定功率越大,允许流过的电流越大。 固定电阻器的额定功率也要按国家标准进行标注,其标称系列有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W和10W等。小电流电路中一般采用功率为1/8W~1/2W的电阻器,而大电流电路中常采用1W以上的电阻器。

电阻器额定功率的识别方法如下:

(1)对于标注了功率的电阻器,可根据标注的功率值来识别其功率大小。 图3-7中的电阻器标注的额定功率为10W,阻值为330Ω,误差为±5%。

(2)对于没有标注功率的电阻器,可根据长度和直径来判别其功率大小。长度和直径越大,功率越大。 图3-8中的一大一小两个色环电阻器,大电阻的功率更大。

图3-7 根据标注识别功率

图3-8 根据体积大小判别功率

(3)在电路图中,为了表示电阻器的功率大小,一般会在电阻器符号上标注一些标志。 电阻器上标注的标志与对应功率值如图3-9所示,1W以下的用线条表示,1W以上的直接用数字表示功率大小(旧标准用罗马数字表示)。

图3-9 在电路图中电阻器的功率表示法

3.1.6 选用

电子元器件的选用是学习电子技术的重要内容之一。在选用元器件时,不同技术层次的人考虑的问题不同,从事电子产品研发的人员需要考虑元器件的很多参数,以保证生产出来的电子产品性能好,并不易出现问题;而对大多数从事维修、制作或简单设计的电子爱好者来说,只要考虑元器件的一些重要参数就可以解决实际问题。本书介绍的各种元器件的选用方法主要针对广大初、中级电子技术人员。

1. 选用举例

在选用电阻器时,主要考虑电阻器的阻值、误差、额定功率和极限电压。 在图3-10中,要求通过电阻器R的电流 I =0.01A,请选择合适的电阻器来满足电路实际要求。电阻器的选用过程如下:

① 确定阻值。用欧姆定律可求出电阻器的阻值 R = U / I =220V/0.01A=22000Ω=22kΩ。

② 确定误差。对于电路来说,误差越小越好,这里选择电阻器误差为±5%,若难以找到,也可选择误差为±10%的电阻器。

③ 确定功率。根据功率计算公式可求出电阻器的功率为 P = I 2 R =(0.01A) 2 × 22000Ω=2.2W。为了保证电阻器能长时间使用,选择的电阻器功率应为实际功率的两倍以上,这里选择电阻器功率为5W。

④ 确定电阻器的极限电压是否能满足电路需要。当电阻器用在高电压、小电流的电路中时,可能功率满足要求,但电阻器的极限电压小于电路加到它两端的电压,此时电阻器会被击穿。

电阻器的极限电压可用 来求。这里的电阻器极限电压 ,该值大于两端所加的220V电压,故可正常使用。当电阻器的极限电压不够时,为了保证电阻器在电路中不被击穿,可根据情况选择阻值更大或功率更大的电阻器。

综上所述,为了让图3-10中的电阻器R能正常工作并满足要求,应选择阻值为22kΩ、误差为±5%、额定功率为5W的电阻器。

图3-10 电阻器选用例图

2. 选用技巧

在实际工作中,经常会遇到所选择的电阻器无法与要求一致,这时可按下面的方法解决:

对于要求不高的电路,在选择电阻器时,其阻值和功率应与要求值尽量接近,且额定功率只能大于要求值,若小于要求值,则电阻器容易被烧坏。

若无法找到某个阻值的电阻器,可采用多个电阻器并联或串联的方式来解决。 电阻器串联时总阻值增大,并联时总阻值减小。

若某个电阻器功率不够,可采用多个大阻值、小功率的电阻器并联,或多个小阻值的小功率电阻器串联,不管是采用并联还是串联,每个电阻器承受的功率都会变小。 至于各个电阻器分别应选择多大功率,可用 P = U 2 / R P = I 2 R 来计算,再考虑两倍左右的余量。

在图3-10中,如果无法找到22kΩ、5W的电阻器,可用两个44 kΩ的电阻器并联来充当22kΩ的电阻器,这两个电阻器阻值相同,并联在电路中时消耗的功率也相同,均为 P = U 2 / R =(220V) 2 /44000Ω=1.1W,再考虑两倍的余量,功率可选择2.5W。也就是说,将两个44kΩ、2.5W的电阻器并联,可替代一个22kΩ、5W的电阻器。

如果采用两个11kΩ电阻器串联来替代图3-10中的电阻器,则两个阻值相同的电阻器串联在电路中,它们消耗的功率相同,均为 P =( U /2) 2 / R =(110V) 2 /11000Ω=1.1W,再考虑两倍的余量,功率选择2.5W。也就是说,将两个11 kΩ、2.5W的电阻器串联,同样可替代一个22kΩ、5W的电阻器。

3.1.7 用指针万用表检测电阻器

固定电阻器的常见故障有开路、短路和变值。 检测固定电阻器需使用万用表的欧姆挡。在检测时,先识读出电阻器上的标称阻值,再选用合适的挡位并进行“欧姆校零”,然后开始测量电阻器。测量时为了减小测量误差,应尽量让万用表表针指在欧姆刻度线中央,表针在刻度线上过于偏左或偏右时,应切换更大或更小的挡位重新测量。固定电阻器的检测如图3-11所示。

图3-11 固定电阻器的检测

① 将万用表的挡位开关拨至×100Ω挡。

② 进行“欧姆校零”。将红、黑表笔短接,观察表针是否指在“Ω”刻度线的“0”刻度处,若未指在该处,则应调节欧姆校零旋钮,让表针指在“0”刻度处。

③ 将红、黑表笔分别接电阻器的两个引脚,观察表针指在“Ω”刻度线的位置,图中表针指在刻度“20”,那么被测电阻器的阻值为20×100Ω=2kΩ。

若万用表测量出来的阻值与电阻器的标称阻值(2kΩ)相同,则说明该电阻器正常(若测量出来的阻值虽与电阻器的标称阻值有些偏差,但在误差允许范围内,则电阻器也算正常)。

若测量出来的阻值无穷大,则说明电阻器开路。

若测量出来的阻值为0,则说明电阻器短路。

若测量出来的阻值大于或小于电阻器的标称阻值,并超出误差允许范围,则说明电阻器变值。

3.1.8 用数字万用表检测电阻器

用数字万用表检测固定电阻器如图3-12所示,被测电阻器的色环标注值为1.5kΩ,测量时挡位开关选择2kΩ挡。

图3-12 用数字万用表检测固定电阻器

① 挡位开关选择2kΩ挡。

② 红、黑表笔分别接被测电阻器的两个引脚。

③ 显示屏显示的电阻值为1.487kΩ。

现测得的阻值与电阻器色环标注的阻值(1.5kΩ)接近,且在误差范围内,故被测电阻器正常。 xfErYZDckk2CgGEXzWcwzLl09A2vvbtpfUL2No1Qn7iufZ9zUICl2NdyxpFyGmTt

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