1.1 限制电流——电阻器
电阻器最主要的特点和功能是限制电流,是一种最基本、最常用的电子元件。电阻器通常简称为电阻,包括固定电阻器、可变电阻器和敏感电阻器三大类,如图1-1所示。
图1-1 电阻器的类型
1.1.1 形形色色的电阻器
电阻器有许多种类,它们在制造材料和组成结构方面不尽相同。常见的电阻器主要有碳膜电阻器、金属膜电阻器、有机实心电阻器、线绕电阻器、水泥电阻器、固定抽头电阻器、可变电阻器和滑线式变阻器等,如图1-2所示。
图1-2 电阻器
碳膜电阻器具有稳定性较高、高频特性好、负温度系数小、脉冲负荷稳定及成本低廉等特点,应用很普遍。金属膜电阻器具有稳定性高、温度系数小、耐热性能好、噪声很小、工作频率范围宽及体积小等特点,得到广泛的应用。
电阻器的型号表示电阻器的类型。电阻器的型号命名由4部分组成,如图1-3所示。第一部分用字母“R”表示电阻器的名称,第二部分用字母表示构成电阻器的材料,第三部分用数字或字母表示电阻器的分类,第四部分用数字表示序号。电阻器型号的含义见表1-1。
图1-3 电阻器的型号
从电阻器的型号中可以识别其类型。例如,某电阻器的型号为RT11,表示这是普通碳膜电阻器;某电阻器的型号为RJ75,表示这是精密金属膜电阻器;某电阻器的型号为RX20,表示这是普通线绕电阻器。
表1-1 电阻器型号的含义
1.1.2 电阻器的符号——R
电阻器的文字符号为“R”,图形符号如图1-4所示。
图1-4 电阻器的符号
1.1.3 电阻值——电阻器的主要参数之一
电阻值和额定功率是电阻器的主要参数。
电阻值是反映电阻器阻碍电流能力大小的参数,也称为标称阻值,简称阻值。电阻值的基本计量单位是“欧姆”,简称“欧(Ω)”,常用单位还有“千欧(kΩ)”和“兆欧(MΩ)”,它们之间的换算关系是:1MΩ=1000 kΩ,1kΩ=1000Ω。
1.1.4 数字与色环——电阻值的表示方法
电阻器上都会有表示电阻值大小的标记。电阻器上阻值的标示方法有数字直标法和色环表示法两种。
(1)直标法,即将电阻值直接印刷在电阻器上,如在5.1Ω的电阻器上印有“5.1”或“5R1”字样,在6.8kΩ的电阻器上印有“6.8k”或“6k8”字样,如图1-5所示。
图1-5 电阻值的直标法
(2)色环法,即在电阻器上印刷4道色环或5道色环来表示电阻值等参数,电阻值的单位为“Ω”。
对于4环电阻器,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1-6所示。
图1-6 4环电阻器
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1-7所示。
图1-7 5环电阻器
色环采用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银12种颜色。它们的含义见表1-2。
表1-2 电阻器上色环颜色的含义
通过电阻器上的色环,我们就可以知道该电阻器的阻值。例如,某电阻器的4道色环依次为“黄、紫、橙、银”,则其阻值为47kΩ,误差为± 10%;某电阻器的5道色环依次为“红、黄、黑、橙、金”,则其阻值为240kΩ,误差为± 5%。
在大多数情况下,选用4环电阻器或5环电阻器均可。在选频回路、偏置电路等电路中,应尽量选用误差小的电阻器,如精密电阻器等。
1.1.5 额定功率——电阻器的主要参数之二
额定功率是反映电阻器承受功耗能力大小的参数。额定功率的计量单位是“瓦特”,简称“瓦(W)”。常用电阻器的额定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W等,其符号如图1-8所示,大于5W的直接用数字注明。
图1-8 电阻器的功率符号
体积较小的电阻器上往往没有额定功率的标示,这时可从电阻器的体积大小来判断其额定功率。电阻器的体积与额定功率的关系见表1-3。
表1-3 电阻器的体积与额定功率的关系
使用中应选用额定功率等于或大于电路要求的电阻器。电路图中不标示的表示该电阻器工作中消耗功率很小,可不必考虑。例如,大部分业余电子制作中对电阻器的功率都没有要求,这时可选用1/8W或1/4W电阻器。部分常用电阻器的主要参数见表1-4、表1-5。
表1-4 部分常用碳膜电阻器的主要参数
表1-5 部分常用金属膜电阻器的主要参数
1.1.6 限流——电阻器的主要作用
电阻器的特点是具有限制电流的功能,不管是直流电还是交流电,任何电流通过电阻器都要受到一定的阻碍和限制,并且该电流必然在电阻器上产生电压降,如图1-9所示。
图1-9 电流产生电压降
限流是电阻器的主要作用。电阻器在电路中对通过的电流进行限制,在电压不变的情况下,电阻器的电阻值与通过的电流值成反比。电阻值越大,则通过的电流越小。
在如图1-10所示发光二极管电路中, R为限流电阻。我们知道,发光二极管正常发光需要大小合适的工作电流,电流过小不亮,电流过大则会烧毁发光二极管,所以电路中必须有限流电阻。从欧姆定律I=U/R可知,当电压U一定时,流过电阻器的电流I与其阻值R成反比。选择合适阻值的限流电阻R,就可以将发光二极管VD的工作电流限制在适当大小(图1-10中为10mA),保证发光二极管正常发光而不被烧毁。
图1-10 电阻器限流
调整晶体管的工作点是电阻器用于限流的又一个例子。图1-11为晶体管放大电路,晶体管集电极电流Ic(工作点)由其基极电流Ib 决定。由于电路工作电压确定,改变晶体管基极电阻Rb 的阻值,即可改变基极电流Ib,也就是改变集电极电流Ic,即改变晶体管的工作点。所以我们可以通过调节基极电阻Rb的阻值,来调整和确定电路中晶体管的工作点。
图1-11 基极电阻限制集电极电流
1.1.7 降压——电阻器的又一作用
电流通过电阻器时必然会产生电压降,电阻值越大则电阻器上的电压降也越大。电压降U的大小与电阻值R和电流I的乘积成正比,即U=IR。利用电阻器的降压作用,我们可以调节或获取电压。
(1)利用电阻器R的降压作用,可以使较高的电源电压适应元器件工作电压的要求。在如图1-12所示继电器电路中,R就是一个降压电阻。该电路的电源电压为12V,而继电器的额定工作电压为6V、工作电流为60mA。为了让继电器能够正常工作,继电器供电回路中串接一个100Ω 的降压电阻R。接通电源后,60mA的工作电流通过100Ω的降压电阻R时,在R上产生60mA × 100Ω=6V的电压降,使得继电器获得符合要求的电压而正常工作。
图1-12 电阻器降压
(2)利用电阻器R的降压作用,可以将电流信号转变为电压信号。在如图1-13所示的晶体管放大电路中,集电极电阻Rc就是放大器的负载电阻。输入信号Ui 被晶体管VT放大后,使晶体管集电极电流Ic 相应变化,由于集电极电阻Rc 的降压作用,将放大后的电流信号转变为电压信号,于是从晶体管VT集电极即可得到放大后的输出电压Uo(与Ui 反相)。
图1-13 集电极电阻的作用
(3)基于电阻的降压作用,电阻器还可以用作分压器。如图1-14所示,电阻器R1 和R2 构成一个分压器,由于两个电阻串联,通过这两个电阻的电流 I 相等,而电阻上的压降U=IR,R1 上压降为1/3U, R2 上压降为2/3U,实现了分压(负载电阻必须远大于R1、R2),分压比为R1/R2。
图1-14 电阻器分压