第5章 电子元器件

5.1 电阻器

电阻器是电子电路中最常用的元器件之一，电阻器简称电阻。电阻器种类很多，通常可以分为三类，即固定电阻器、电位器和敏感电阻器。

5.1.1 固定电阻器

1.外形与图形符号

固定电阻器是一种阻值固定不变的电阻器。常见固定电阻器的实物外形如图5-1a所示，固定电阻器的图形符号如图5-1b所示。在图5-1b中，上方为我国国家标准的电阻器符号，下方为国外常用的电阻器符号（在一些国外技术资料常见）。

图5-1 固定电阻器

2.功能

固定电阻器的主要功能有降压、限流、分流和分压。固定电阻器功能说明如图5-2所示。

图5-2 固定电阻器的功能说明

（1）降压、限流

在图5-2a所示电路中，电阻器R₁与灯泡串联，如果用导线直接代替R₁，加到灯泡两端的电压有6V，流过灯泡的电流很大，灯泡将会很亮，串联电阻R₁后，由于R₁上有2V电压，灯泡两端的电压就被降低到4V，同时由于R₁对电流有阻碍作用，流过灯泡的电流也就减小。电阻器R₁在这里就起着降压、限流功能。

（2）分流

在图5-2b所示电路中，电阻器R₂与灯泡并联在一起，流过R₁的电流I除了一部分流过灯泡外，还有一路经R₂流回到电源，这样流过灯泡的电流减小，灯泡变暗。R₂的这种功能称为分流。

（3）分压

在图5-2c所示电路中，电阻器R₁、R₂和R₃串联在一起，从电源正极出发，每经过一个电阻器，电压会降低一次，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R₁、R₂和R₃将6V电压分成5V和2V的电压。

3.阻值的识读

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。电阻器标称阻值和误差的标注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（Ω）、千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。

误差大小表示一般有两种方式：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，各字母对应的误差见表5-1，如J、K分别表示误差为±5%、±10%。

表5-1 字母与阻值误差对照表

直标法常见形式主要有以下几种：

1）用“数值+单位+误差”表示。图5-3a中所示的四个电阻器都采用这种方式，它们分别标注12kΩ±10%、12kΩⅡ、12kΩ10%、12kΩK，虽然误差标注形式不同，但都表示电阻器的阻值为12kΩ，误差为±10%。

2）用单位代表小数点表示。图5-3b中所示的四个电阻器采用这种表示方式，1k2表示1.2kΩ，3M3表示3.3MΩ，3R3（或3Ω3）表示3.3Ω，R33（或Ω33）表示0.33Ω。

3）用“数值+单位”表示。这种标注法没有标出误差，表示误差为±20%。图5-3c中所示的两个电阻器均采用这种方式，它们分别标注12kΩ、12k，表示的阻值都为12kΩ，误差为±20%。

4）用数字直接表示。一般1kΩ以下的电阻器采用这种形式，图5-3d中所示的两个电阻器采用这种表示方式，12表示12Ω，120表示120Ω。

（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5-4中所示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，五环电阻器的阻值精度较四环电阻器更高。

图5-3 直标法表示阻值的常见形式

图5-4 色环电阻器

1）色环含义。要正确识读色环电阻器的阻值和误差，应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5-2。

表5-2 色环电阻器各色环代表的意义

（续）

2）四环电阻器的识读。四环电阻器阻值与误差的识读如图5-5所示。四环电阻器的识读具体过程如下：

图5-5 四环电阻器阻值和误差的识读

①判别色环排列顺序。四环电阻器色环顺序判别规律如下：

a.四环电阻器的第四条色环为误差环，一般为金色或银色，因此如果靠近电阻器一个引脚的色环颜色为金、银色，该色环必为第四环，从该环向另一引脚方向排列的三条色环顺序依次为三、二、一。

b.对于色环标注标准的电阻器，一般第四环与第三环间隔较远。

②识读色环。按照第一、二环为有效数环，第三环为倍乘数环，第四环为误差数环，再对照表5-2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一、二、三环为有效数环，第四环为倍乘数环，第五环为误差数环。另外，五环电阻器的误差数环颜色除了有金、银色外，还可能是棕、红、绿、蓝和紫色。五环电阻器的识读如图5-6所示。

图5-6 五环电阻器阻值和误差的识读

4.额定功率

额定功率是指在一定的条件下电阻器长期使用允许承受的最大功率。电阻器额定功率越大，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。小电流电路一般采用功率为1/8～1/2W的电阻器，而大电流电路常采用1W以上的电阻器。

电阻器额定功率的识别方法主要有以下几点：

1）对于标注了功率的电阻器，可根据标注的功率值来识别功率大小。图5-7a中所示的电阻器标注的额定功率值为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。长度和直径值越大，功率越大。图5-7b中体积一大一小两个色环电阻器，体积大的电阻的功率更大。

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5-8所示，1W以下用线条表示，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5-7 根据标注和体积识别功率

图5-8 电路图中电阻器的功率标注方法

5.常见故障及检测

固定电阻器常见故障有开路、短路和变值。检测固定电阻器使用万用表的欧姆档。

在检测时，先识读出电阻器上的标称阻值，然后选用合适的档位并进行欧姆调零。测量时为了减小测量误差，应尽量让万用表指针指在欧姆刻度线中央，若指针在刻度线上过于偏左或偏右时，应切换更大或更小的档位重新测量。

固定电阻器的检测如图5-9所示（以测量一只标称阻值为2kΩ的色环电阻器为例），具体步骤如下：

第一步：将万用表的档位开关拨至R×100Ω档。

第二步：进行欧姆调零。将红、黑表笔短路，观察指针是否指在“Ω”刻度线的“0”刻度处，若未指在该处，应调节欧姆调零旋钮，让指针准确指在“0”刻度处。

第三步：将红、黑表笔分别接电阻器的两个引脚，再观察指针指在“Ω”刻度线的位置，图中指针指在刻度“20”，那么被测电阻器的阻值为20×100=2000Ω=2kΩ。

图5-9 固定电阻器的检测

若万用表测量出来的阻值与电阻器的标称阻值相同，说明该电阻器正常（若测量出来的阻值与电阻器的标称阻值有些偏差，但在误差允许范围内，电阻器也算正常）；若测量出来的阻值∞，说明电阻器开路；若测量出来的阻值为0，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，说明电阻器变值。

5.1.2 电位器

1.外形与图形符号

电位器是一种阻值可以通过调节而变化的电阻器，又称可变电阻器。常见电位器的实物外形及其图形符号如图5-10所示。

图5-10 电位器

2.结构与原理

电位器种类很多，但结构基本相同，电位器的结构示意图如图5-11所示。

图5-11 电位器的结构示意图

从图5-11中可看出，电位器有A、C、B三个引出极，在A、B极之间连接着一段电阻体，该电阻体的阻值用R_AB表示。对于一个电位器，R_AB值是固定不变的，该值为电位器的标称阻值。C极连接一个导体滑动片，该滑动片与电阻体接触，A极与C极之间电阻体的阻值用R_AC表示，B极与C极之间电阻体的阻值用R_BC表示，R_AC+R_BC=R_AB。

当转轴逆时针旋转时，滑动片往B极滑动，R_BC减小，R_AC增大；当转轴顺时针旋转时，滑动片往A极滑动，R_BC增大，R_AC减小，当滑动片移到A极时，R_AC=0，而R_BC=R_AB。

3.检测

电位器检测使用万用表的欧姆档。在检测时，先测量电位器两个固定端之间的阻值，正常测量值应与标称阻值一致，然后再测量一个固定端与滑动端之间的阻值，同时旋转转轴，正常测量值应在0至标称阻值范围内变化。

电位器检测分两步，只有每步测量均正常才能说明电位器正常。电位器的检测如图5-12所示。电位器的检测过程如下：

第一步：测量电位器两个固定端之间的阻值。将万用表拨至R×1kΩ档（该电位器标称阻值为20kΩ），红、黑表笔分别接电位器两个固定端，如图5-12a所示，然后在刻度盘上读出阻值大小。

若电位器正常，测得的阻值应与电位器的标称阻值相同或相近（在误差允许范围内）；若测得的阻值为∞，说明电位器两个固定端之间开路；若测得的阻值为0，说明电位器两个固定端之间短路；若测得的阻值大于或小于标称阻值，说明电位器两个固定端之间的阻体变值。

第二步：测量电位器一个固定端与滑动端之间的阻值。万用表仍置于R×1kΩ档，红、黑表笔分别接电位器任意一个固定端和滑动端，如图5-12b所示，然后旋转、电位器转轴，同时观察刻度盘指针。

若电位器正常，指针会发生摆动，指示的阻值应在0～20kΩ范围内连续变化；若测得的阻值始终为∞，说明电位器固定端与滑动端之间开路；若测得的阻值为0，说明电位器固定端与滑动端之间短路；若测得的阻值变化不连续、有跳变，说明电位器滑动端与阻体之间接触不良。

图5-12 电位器的检测

5.1.3 敏感电阻器

敏感电阻器是指阻值随某些条件改变而变化的电阻器。敏感电阻器种类很多，常见的有热敏电阻器、光敏电阻器、压敏电阻器、湿敏电阻器、气敏电阻器、力敏电阻器和磁敏电阻器等。

1.热敏电阻器

（1）外形与图形符号

热敏电阻器是一种对温度敏感的电阻器，当温度变化时其阻值也会随之变化。热敏电阻器实物外形和图形符号如图5-13所示。

图5-13 热敏电阻器

（2）种类

热敏电阻器种类很多，通常可分为负温度系数热敏电阻器（NTC）和正温度系数热敏电阻器（PTC）两大类。

1）负温度系数热敏电阻器。负温度系数热敏电阻器简称NTC，其阻值随温度升高而减小。NTC是由氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料制作而成的。根据使用温度条件不同，负温度系数热敏电阻器可分为低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种。

NTC的温度每升高1℃，阻值会减小1%～6%，阻值减小程度视不同型号而定。NTC广泛用于温度补偿和温度自动控制电路，如电冰箱、空调器、温室等温控系统常采用NTC作为测温元件。

2）正温度系数热敏电阻器。正温度系数热敏电阻器简称PTC，其阻值随温度升高而增大。PTC是在钛酸钡中掺入适量的稀土元素制作而成。

PTC可分为缓慢型和开关型。缓慢型PTC的温度每升高1℃，其阻值会增大0.5%～8%。开关型PTC有一个转折温度（又称居里点温度，钛酸钡材料PTC的居里点温度一般为120℃左右），当温度低于居里点温度时，阻值较小，并且温度变化时阻值基本不变（相当于一个闭合的开关），一旦温度超过居里点温度，其阻值会急剧增大（相当于开关断开）。缓慢型PTC常用在温度补偿电路中，开关型PTC由于具有开关性质，常用在开机瞬间接通而后又马上断开的电路中，如彩色电视机的消磁电路和电冰箱的压缩机起动电路就用到开关型PTC。

（3）检测

热敏电阻器检测分两步，只有两步测量均正常才能说明热敏电阻器正常，在这两步测量时还可以判断出电阻器的类型（NTC或PTC）。

热敏电阻器的检测过程如图5-14所示。热敏电阻器的检测步骤如下：

第一步：测量常温下（25℃左右）的标称阻值。根据标称阻值选择合适的欧姆档，图中的热敏电阻器的标称阻值为25Ω，故选择R×1Ω档，将红、黑表笔分别接热敏电阻器两个电极，然后在刻度盘上查看测得阻值的大小；若阻值与标称阻值一致或接近，说明热敏电阻器正常；若阻值为0，说明热敏电阻器短路；若阻值为无穷大，说明热敏电阻器开路；若阻值与标称阻值偏差过大，说明热敏电阻器性能变差或损坏。

第二步：改变温度测量阻值。用火焰靠近热敏电阻器（不要让火焰接触电阻器，以免烧坏电阻器），如图5-14b所示。让火焰的热量对热敏电阻器进行加热，然后将红、黑表笔分别接触热敏电阻器两个电极，再在刻度盘上查看测得阻值的大小。

若阻值与标称阻值比较有变化，说明热敏电阻器正常；若阻值向大于标称阻值方向变化，说明热敏电阻器为PTC；若阻值向小于标称阻值方向变化，说明热敏电阻器为NTC；若阻值不变化，说明热敏电阻器损坏。

图5-14 热敏电阻器的检测

2.光敏电阻器

光敏电阻器是一种对光线敏感的电阻器，当照射的光线强弱变化时，阻值也会随之变化，通常光线越强阻值越小。光敏电阻器外形与图形符号如图5-15所示。

图5-15 光敏电阻器

根据光的敏感性不同，光敏电阻器可分为可见光光敏电阻器（硫化镉材料）、红外光光敏电阻器（砷化镓材料）和紫外光光敏电阻器（硫化锌材料）。其中硫化镉材料制成的可见光光敏电阻器应用最广泛。

3.压敏电阻器

压敏电阻器是一种对电压敏感的特殊电阻器，当两端电压低于标称电压时，其阻值接近无穷大，当两端电压超过标称电压值时，阻值急剧变小，如果两端电压回落至标称电压值以下时，其阻值又恢复到接近无穷大。压敏电阻器外形与图形符号如图5-16所示。

图5-16 压敏电阻器

4.湿敏电阻器

湿敏电阻器是一种对湿度敏感的电阻器，当湿度变化时其阻值也会随之变化。湿敏电阻器外形与图形符号如图5-17所示。湿敏电阻器分为正温度系数湿敏电阻器（阻值随湿度增大而增大）和负温度系数湿敏电阻器（阻值随湿度增大而减小）。

图5-17 湿敏电阻器