1.3　电阻器及其应用

1.3.1　电阻和电阻器

（1）什么是电阻

汽车在公路上行驶时，由于车流量大，造成行车拥堵给行车带来阻碍。同理，自由电子在导体中作定向移动形成电流时也要受到阻碍，人们把导体对电流的阻碍作用称为电阻。

任何物质都有电阻，当有电流流过时，克服电阻的阻碍作用需要消耗一定的能量。

电阻在电路图中的图形符号是“—▭—”，文字符号为“R”，单位是欧姆，简称欧，用符号“Ω”表示。电阻的常用单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ），它们的换算关系为

1kΩ=103Ω

1MΩ=103kΩ=106Ω

1Ω的物理意义为：设加在某导体两端的电压为1V，产生的电流为1A，则该导体的电阻则为1Ω。

（2）电阻器的种类

电阻是电路中应用最多的元件之一。不同物质对电流的阻碍作用是不同的，所以可用不同物质制作成多种电阻器（简称电阻），以满足不同场合的需要。常用的电阻见表1-2。

除了一些常用的电阻器以外，还有一些新型的电阻器，如热敏电阻、光敏电阻、可熔电阻、贴片电阻等。

①热敏电阻：热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化。热敏电阻应用广泛，如在电磁炉、电饭煲、温度计与温度传感器等中都有应用。

②光敏电阻：光敏电阻的阻值会随光线强弱变化而变化，主要用于电子线路的自动控制，如光控门。

③可熔电阻：有固定的阻值，具有熔断器的功能，在电子线路中起到保护作用，可用于熔断器等。

④贴片电阻：是将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器。贴片电阻件具有体积小、重量轻、安装密度高、抗振性强、抗干扰能力强、高频特性好等优点，目前广泛应用于各类电子产品中，如图1-12所示。

（3）电阻器的主要参数

电阻器的主要参数有标称阻值、允许偏差、额定功率和材料等，见表1-3。

1.3.2　色环电阻的识别

（1）色环的含义

目前，大多数普通电阻器都采用色环来标注电阻自身的阻值，即在电阻封装上（即电阻表面）印刷一定颜色的色环来表示电阻器标称阻值的大小和误差，被称为色环电阻。可保证电阻无论按什么方向安装均方便、清楚地看见色环。不同的色环代表不同的数值，见表1-4。只要知道了色环的颜色，就能识读出该电阻的阻值。

（2）四色环电阻的识别

四色环电阻就是指用四条色环表示阻值的电阻。从左向右数，第一、第二环表示两位有效数字，第三环表示倍乘数（即数字后面添加“0”的个数），第四色环表示阻值允许的偏差（精度）。四个色环代表的具体意义如图1-13所示。

例如，一个电阻的第一环为红色（代表2）、第二环为紫色（代表7）、第三环为棕色（代表1）、第四环为金色（代表±5％），那么这个电阻的阻值为270Ω，阻值的误差范围为±5％。

四色环电阻的第四环用来表示精度（误差），一般为金色、银色和无色，而不会是其他颜色（这一点在五色环中不适用）；这样，我们就可以知道那一环该是第一环了。此外，在四条色环中，有三条相互之间的距离比较近，而第四环距离稍微大一点。

（3）五色环电阻的识别

五色环电阻的精度较高，最高精度为±1％。用五色色环表示阻值的电阻，第一环表示阻值的最大一位数字；第二环表示阻值的第二位数字；第三环表示阻值的第三位数字；第四环表示阻值的倍乘数；第五环表示误差范围。五个色环代表的具体意义如图1-14所示。

识读五色环电阻的诀窍是：表示精度（误差）的第五环与其他四个色环相距较远。例如：第一环为红（代表2）、第二环为红（代表2）、第三环为黑（代表0）、第四环为黑（代表0）、第五环为棕色（代表±1％），则其阻值为220Ω，误差范围为±1％。

1.3.3　电阻定律

（1）电阻定律的内容

在温度不变时，金属导体电阻的大小由导体的长度、横截面积和材料的性质等因素决定。这种关系称为电阻定律，其表达式为

式中　ρ——导体的电阻率，它由电阻材料的性质决定，是反映材料导电性能的物理量，单位Ω·m（欧·米）；

L——导体的长度，单位为m（米）；

S——导体的横截面积，单位为m2（平方米）；

R——导体的电阻，单位为欧（Ω）。

（2）温度对电阻的影响

实验表明，电阻的电阻值会随着本体温度的变化而变化，即电阻值的大小与温度有关。衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数，用α表示。

如果R2>R1，则α>0，将R称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增大；如果R2<R1，则α<0，将R称为负温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而减小。显然α的绝对值越大，表明电阻受温度的影响也越大。

当温度升高时，材料的电阻增大，把这种材料称为正温度系数电阻，如金属银、铜、铝、钨等材料，电子灭蚊器中的电阻，彩色电视机中的消磁电阻等就是正温度系数电阻。

当温度增加时电阻值反而减小，则把这种材料称为负温度系数电阻，如炭、半导体等，这种器件广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。

把电阻值会随温度变化而变化的电阻叫做热敏电阻。常见热敏电阻有正温度系数电阻和负温度系数电阻，如图1-15所示。

在一般情况下，若电阻值随温度变化不是太大，其温度影响可以不考虑。

1.3.4　电阻的连接与应用

在电路中，用一个电阻往往不能满足电路要求，需要几个电阻连接起来共同完成工作任务。即通过电阻的并联和串联来调整控制电路中电流的走向、大小；实现电路的降压、限流、分压与分流。电阻的连接形式是多种多样的，最基本的方式是串联和并联。

（1）电阻串联电路

在电路中，把两个或两个以上的电阻依次连成一串，为电流提供唯一的一条路径，没有其他分支的电路连接方式，叫做电阻串联电路。如图1-16所示，电阻R1和R2串联。

（2）电阻串联的应用

在实际工作中，电阻并联有以下应用。

①用几个电阻串联获得较大的电阻。

②利用几个电阻串联构成分压器，使同一电源能提供几种不同数值的电压。

③当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联电阻的方法满足负载接入电源。

④利用串联电阻的方法来限制和调节电路中电流的大小。

⑤用串联电阻的方法来扩大电压表量程。

电阻串联时，由于流过各电阻的电流相等，因此各电阻两端的电压按其他电阻比进行分配。这就是电阻串联用于电路分压的原理。

（3）电阻串联分压

在电阻串联电路中，各电阻两端的电压与各电阻大小成正比，在大电阻值的两端，可以得到高的电压。反之则得到的电压就小。即

电阻串联的实例很多。如挂在圣诞树上的灯泡，就是把灯泡一个接一个地串联连接起来的，如图1-17所示。

电阻串联的重要作用是分压。当电源电压高于用电器所需电压时，可通过电阻分压提供给用电器最合适的电压，如扩大电压表的量程。

如图1-18所示，若已知两个串联电阻的总电压U及电阻R1、R2，则可写出下式：

上式称为串联电阻的分压公式，掌握这一公式，会非常方便地计算串联电路中各电阻的电压。

（4）电阻并联电路

在电路中，把两个或两个以上的电阻并排连接在电路中的两个节点之间，为电流提供多条路径的电路连接方式，叫做电阻并联电路。如图1-19所示，电阻R1和R2并联。

（5）电阻并联的应用

在实际工作中，电阻并联有以下应用。

①凡是额定电压相同的负载均可采用并联的工作方式，这样各个负载都是一个独立控制的回路，任何一个负载的正常启动或关断都不影响其他负载，如家庭照明电路中灯泡的连接方式就是并联，即使取下一个灯泡，其他灯泡仍然能够正常使用。

②利用几个电阻并联，可获得较小的电阻。

③用并联电阻的方法来扩大电流表的量程。

（6）电阻并联分流

根据并联电路电压相等的性质，在并联电路中电流的分配与电阻成反比，即阻值越大的电阻所分配到的电流越小；反之所分配电流越大。即

电阻并联的重要作用是分流。当电路中的电流超过某个元件所允许的电流时，可给它并联一个适当的电阻使其分去一部分电流，使通过的电流减小到元件所允许的数值。

如果两个电阻R1、R2并联，并联电路的总电流为I，则两个电阻中的电流I1、I2分别为

上式通常被称为并联电路的分流公式，掌握这一公式，会非常方便地计算并联电路中各电阻的电流。

（7）电阻混联电路

在实际电路中，电路里包含的电阻既有电阻串联，又有电阻并联，电阻的这种连接方式叫电阻混联，如图1-20（a）所示，图1-20（b）为该电路化简后的等效电路。

分析电阻混联电路的关键是把比较复杂的电路化简为最简单的等效电路。下面通过如图1-21所示的例子，介绍用“橡皮筋”法画等效电路图。

①画草图。如图1-21（a）所示，设电路两端点为A、B，将连接导线想象为导电的“橡皮筋”，可自由拉伸，绘出草图，如图1-21（b）所示。

②画等效图。整理草图，画出等效电路图，如图1-21（c）所示。