第一節 電阻元件及其應用
一、電阻基本知識
元器件族系Component Family
電子元件 Electronic component
被動元件 Passive component
主動元件 Active component
電磁元件 Electromagnetic component
機電元件 Electromechanical component
光電元件 Electro-optic component
印製電路板 Printed board
線 材 Wire and cable
被動元件 Passive Component
嚴格來說電路元件分為無源元件和有源元件，但習慣上稱被動原件和主動元件
無源器件：如果電子元器件工作時，其內部沒有任何形式的電源。
從電路性質上看，無源器件有兩個基本特點：
（1） 自身或消耗電能，或把電能轉變為不同形式的其他能量。
（2） 只需輸入信號，不需要外加電源就能正常工作。
有源器件：如果電子元器件工作時，其內有電源存在。
從電路性質上看， 有源器件有兩個基本特點：
（1） 自身也消耗電能。
（2） 除了輸入信號外，還需要外加電源才能正常工作。
被動元件：相對於主動元件來說的，是指不影響信號基本特佂，而僅令訊號通過而未加以改動的電路元件。
主動元件：電路元件中能夠執行資料運算、處理的元件。
被動元件子族系Passive Component Sub-family
◆電阻器（resistor）
◆電容器（capacitor）
◆電感器（inductor）：包括線圈（coil）、電抗器（reactor） 、扼流圈（choke）等
◆變壓器（transformer）：指原始、狹義的變壓器，即傳統的交流變壓器。不包括電源轉接器、電源供應器都統稱變壓器的通俗廣義用法。
◆憶阻器（memristor），又名記憶電阻
◆石英晶體、壓電晶體或壓電片、及其作成的濾波器
◆二極體（diode）一般不歸入被動元件，但在某些定義下，二極體也可視為被動元件。
被動元件-電阻-基礎知識
電阻器 Resistor：在電路中具有電阻性能的實體元件稱之為電阻器，電阻器主要用途是穩定和調節電路中的電流和電壓，其次用於限流、分流、降壓、分壓、負載與電容配合作濾波器及阻匹配等。數字電路中功能有上拉電阻和下拉電阻。
電阻值的符號為R
基本單位為歐姆或簡稱歐，以希臘字母Ω/Ohm（Omega）表示
單位換算：10E-3（mΩ /毫歐）=1（Ω /歐） =10E+3（k Ω / 千歐）=10E+6（M Ω /兆歐）
二、電阻種類和特點
按用途不同分為：
通用電阻：功率0.1-10w，阻值10Ω-10MΩ,電壓＜1KV
精密電阻:精度0.1％-2 ％，箔式電阻0.005％
高頻電阻：電感電容小，用於無線電電路
功率電阻：功率小於300w，阻值較小
敏感電阻：熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻
根據材料構造可分為 Definition by material construction
薄膜電阻器 Thin film resistor
合金電阻器 alloy resistor
合成電阻器 Composition resistor
薄膜電阻器：薄膜是在真空中採用蒸發和濺射等工藝將電阻性材料澱積在絕緣基體工藝（真空鍍膜技術）製成。
碳膜電阻器 Carbon film resistor
金屬膜電阻器 Metal film resistor
金屬氧化膜電阻器 Metal oxide film resistor
特點：高頻性能好，電流噪聲低，非線性較小，溫度係數小，性能穩定，缺點是功率較小。用在要求高穩定、長壽命、高精度的場合，適用於高頻電路應用。
合金型電阻器：用塊狀的電阻合金拉製成電阻合金線或碾壓成電阻合金箔所製成的電阻器，包括用合金線製成的線繞電阻器和用合金箔製成的電阻器。它們均具有塊狀金屬的優良性能。
繞線電阻又分為被釉線繞電阻、被漆線繞電阻、瓷殼線繞電阻（水泥電阻）。線繞電阻因其額定功率較大，又稱功率型電阻器。
合成電阻器 ：電阻體是導電顆粒和有機（或無機）黏合劑的混合物，可以製成薄膜和實心兩種形式，如合成碳膜、合成實心和金屬玻璃釉電阻器等。
特點：價格低廉，體積小，過載能量強，但阻值穩定性差，熱噪聲和電流噪聲均比較大，電壓係數和溫度係數也大，主要用於初始容差不高於±5％，長期穩定性要求不高於±15％的電路中。
外形封裝：直插電阻和片式電阻 片式固定電阻器：俗稱貼片電阻(SMD Resistor)，是金屬玻璃鈾電阻器中的一種。是將金屬粉和玻璃鈾粉混合，採用絲網印刷法印在基板上製成的電阻器。耐潮溼，高溫，溫度係數小。 最常用的允差為J級(精度為5%)。超精密貼片電阻ar系列,溫度係數只有±5ppm-±50ppm，超精密性±0.01%，常應用於精密量測儀器,電子通訊等. 高精密貼片電阻器抗蝕薄膜pr系列,具有特殊抗酸抗溼的鎳鉻皮膜，非常小的公差精度±0.1%，最低溫度係數為5ppm/°c，常應用於自動化設備、醫療設備、通訊設備、自動控制設備及高科技多媒體電子設備等。
貼片電阻的工作溫度範圍為-55 -+125℃，最大工作電壓與尺寸有關：0402及0603為50V，0805為150V，其它尺寸為200V。目前應用最廣的貼片電阻的尺寸代碼是0805及1206．並且逐步有趨勢向0603發展。
碳膜電阻：用碳氫化合物在高溫真空下熱分解，使其在陶瓷骨架上沉積一層碳膜形成碳膜電阻。通過控制厚度和刻槽來控制阻值，表面一般塗有緣色保護漆,最後在外層塗上環氧樹脂密封保護而成。
有良好的穩定性，有一不大的負溫度係數，受電壓和頻率影響小，脈衝負載穩定、阻值誤差大於金屬膜電阻，但價錢便宜。 負溫度係數，碳膜的為土黃色或是其他的顏色
金屬膜電阻：在真空中加熱合金，合金蒸發，使瓷棒表面形成一層導電金屬膜。刻槽和改變金屬膜厚度可以控制阻值。這種電阻和碳膜電阻相比，耐熱性能、噪聲指標、溫度係數和電壓係數都比碳膜電阻好，體積小（同樣額定功率下約為碳膜電阻器的一半），精度可達±0.5% -±0.05%，可用於高額。但成本較高，正溫度係數。多為淡藍色。 金屬氧化膜電阻器：用高溫真空鍍膜技術將金屬氧化物緊密附在瓷棒表面形成碳膜，然後加適當接頭切割，並在其表面塗上環氧樹脂密封保護而成的。
其性能與金屬膜電阻器類似，但電阻值範圍窄1Ω-200kΩ。它能夠在高溫下仍保持其穩定性，其典型的特點是金屬氧化膜與陶瓷基體結合的更牢。耐酸鹼能力強，抗鹽霧，因而適用於在惡劣的環境下工作。它還兼備低噪聲，過載能力強，高頻特性好的優點。溫度係數較金屬膜大。
壓敏電阻器Varistor：是由variable resistors 兩字合併而來，所以也稱其為可變電阻器。它是一種因外加電壓的改 變而呈現非線性電阻變化的電阻器，具有雙向﹑對稱的V/I 特性。
金屬氧化物壓敏電阻器簡稱為MOV﹐是一種以氧化鋅為主體，添加多種金屬氧 化物，經典型的電子陶瓷工藝製成的多 晶半導體陶瓷元件。
多層片式壓敏電阻器（MLV）是一種浪湧 電壓抑制器。它是採用先進的疊層片式 化技術製造的半導體陶瓷元件。
壓敏電阻器特性
電壓與電流不遵守歐姆定律，而成特殊的非線性關係。當兩端所加電壓低於標稱額定電壓值時，壓敏電阻器的阻值接近無窮大，內部幾乎無電流流過；當兩端所加電壓略高於標稱額定電壓值時，壓敏電阻器迅速擊穿導通，並由高阻狀態變為低阻狀態，工作電流急劇增大；當兩端所加電壓低於標稱額定電壓值時，壓敏電阻器又恢復為高阻狀態；當兩端所加電壓超過最大限制電壓值時，壓敏電阻器將完全擊穿損壞，無法再自行恢復。
壓敏電阻器應用：廣泛應用在電子產品中，起過電壓保護、防雷、抑制浪湧電流、吸收尖峰脈衝、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導體元器件等作用。
主要參數：
壓敏電壓：規定溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值
漏電流：25℃下，施加最大連續直流電壓時，流過的電流值
通流容量：施加規定的脈衝電流（8／20μs）波形時的峰值電流
結電容：交流電路的保護中時，其結電容較大會增加漏電流
響應時間：為ns級，比空氣放電管快，比TVS管稍慢
8／20μs脈衝
光敏電阻器：是利用半導體光敏效應製成的一種元件。將對光敏感的材料塗在玻璃上，引出電極製成的，其阻值隨著光線的強弱而發生變化的電阻器.根據材料不同，可製成對某一光源敏感的光敏電阻，常見種類有可見光光敏電阻、紅外光光敏電阻、紫外光光敏電阻。選用時先確定電路的光譜特性。如：可見光敏電阻，主要材料是硫化鎘，應用於光電控制。紅外光敏電阻，主要材料是硫化鉛，應用於飛彈、衛星監測。
電阻值隨入射光線的強弱而變化，光線越強，電阻越小。無光照射時，呈現高阻抗，阻值可達1.5MΩ以上；有光照射時，材料激發出自由電子和空穴，其電阻值減小，隨著光強度的增加，阻值可小至1kΩ以下。
熱敏電阻器Thermistor：對溫度極為敏感的電阻器.分為正溫度係數（PTC）和負溫度係數（NTC）電阻器。選用時不僅要注意其額定功率、最大工作電壓、標稱阻值,更要注意最高工作溫度和電阻溫度係數等參數,並注意阻值變化方向。
NTC：可製成測溫、溫度補償和控溫組件，又可製成功率型組件，抑制電路的浪湧電流。
PTC：過熱過流保護、恆溫加熱、溫度補償及延時等作用
PTC熱敏電阻器應用：
電路正常工作時，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯在電路中不會阻礙電流通過；當電路出現過電流時，熱敏電阻由於發熱功率增加導致溫度上升，當溫度超過開關溫度時，電阻瞬間會變得很大，把電路中的電流限制到很低的水平。此時電路中的電壓幾乎都加在熱敏電阻兩端，因而可以起到保護其它元件的作用。當電路排除故障後，熱敏電阻的阻值迅速恢復到原來水平，熱敏電阻無需更換而可以繼續使用。同時起到過溫保護和過流保護兩種作用，和鎳氫電池的過流及過溫保護.
NTC熱敏電阻器應用
為了避免電子電路中在開機的瞬間產生的浪湧電流，在電源電路中串接一個功率型NTC熱敏電阻器，能有效地抑制開機時的浪湧電流，並且在完成抑制浪湧電流作用以後，由於通過其電流的持續作用，功率型NTC熱敏電阻器的電阻值將下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不計，不會對正常的工作電流造成影響，所以，在電源迴路中使用功率型NTC熱敏電阻器，是抑制開機時的浪湧，以保證電子設備免遭破壞的最為簡便而有效的措施
零歐姆電阻：並非零歐，大約幾十毫歐。
零歐姆作用
1.做為跳線使用。這樣既美觀，安裝也方便。
2.在數字和模擬等混合電路中，往往要求兩個地分開，並且單點連接。我們可以用一個0歐的電阻來連接這兩個地，而不是直接連在一起。這樣做的好處就是，地線被分成了兩個網絡，在大面積鋪銅等處理時，就會方便得多。這樣的場合，有時也會用電感或者磁珠等來連接。
3.做保險絲用。由於PCB上走線的熔斷電流較大，如果發生短路過流等故障時，很難熔斷，可能會帶來更大的事故。由於0歐電阻電流承受能力比較弱（其實0歐電阻也是有一定的電阻的，只是很小而已），過流時就先將0歐電阻熔斷了，從而將電路斷開，防止了更大事故的發生。有時也會用一些阻值為零點幾或者幾歐的小電阻來做保險絲。
4.在匹配電路參數不確定的時候,以0歐姆代替,實際調試的時候,確定參數,再以具體數值的元件代替.
5.想測某部分電路的耗電流的時候,可以去掉0ohm電阻,接上電流表,這樣方便測耗電流.
6.在布線時,如果實在布不過去了,也可以加一個0歐的電阻
7.在高頻信號下,充當電感或電容.(與外部電路特性有關)電感用,主要是解決EMC問題.如地與地,電源和IC 腳間
8.單點接地(指保護接地、工作接地、直流接地在設備上相互分開,各自成為獨立系統.)
分流器
是一種量值很小的標準電阻。當被測電流流過分流器時，通過測量分流器兩端電壓端電壓鈕上的電壓降就可得出被測電流的大小，分流器廣泛用於擴大儀表測量電流範圍，有固定式定值分流器和精密合金電阻器(康銅、錳銅)
電位器
電位器是一種機電元件，他靠電刷在電阻體上的滑動，取得與電刷位移成一定關係的輸出電壓。
X式（直線式）：常用於示波器的聚焦電位器和萬用表的調零電位器，其線性精度為+2％、+l％、+03％、+005％。
D式（對數式）：常用於電視機的黑白對比度調節電位器，其特點是，先粗調後細調。
Z式（指數式）：常用於收音機的音量調節電位器，其特點是，先細調後粗調。 所有X、D、Z字母符號一般印在電位器上，使用時應注意
三、電阻規格與參數
1.電阻值：不僅要了解生產廠家給出的電阻器的標準電阻值，還應了解工作溫度，過電壓及使用環境均能使阻值漂移。對於不同結構、不同工藝水平的電阻器，電阻值的精度及漂移值都會不同。
2.額定功率：在正常的大氣壓力90-106.6KPa及環境溫度為－55℃～＋70℃的條件下，電阻器長期工作所允許耗散的最大功率。
線繞電阻器額定功率系列為（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500
非線繞電阻器額定功率系列為（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100
電路設計所需電阻器的最小額定功率是另一個重要因素。直流下功率P=I2R ，其中I為流經電阻上的電流值。選用電阻的額定功率應大於這個值。
脈衝條件下和間歇負荷下能承受的實際功率應大於額定功率，但需注意：
(1)跨接在電阻器上的最高電壓不應超過允許值；
(2)不允許連續過負荷；
(3)平均功率不得超額定值；
(4)電位器的額定功率是考慮整個電位器在電路的加載的情況，對部分加載的情況下額定功率值應相應下降。
3、允許誤差：標稱阻值與實際阻值的差值跟標稱阻值之比的百分數稱阻值偏差，它表示電阻器的精度。
允許誤差與精度等級對應關係如下：±0.5%-0.05、±1%-0.1(或00)、±2%-0.2(或0)、±5%-Ⅰ級、±10%-Ⅱ級、±20%-Ⅲ級
4、高頻特性：在高頻時，阻值會隨頻率而變化。線繞電阻器的高頻性能最差，合成電阻器次之，薄膜電阻器具有最好的高頻性能，大多數薄膜電阻器的有效直流電阻的阻值在頻率高達100MHz時尚能保持基本不變，頻率進一步升高時阻值越大，頻率影響也越大。
5、溫度係數：溫度每變化1℃所引起的電阻值的相對變化。溫度係數越小，電阻的穩定性越好。阻值隨溫度升高而增大的為正溫度係數，反之為負溫度係數。
6、老化係數：電阻器在額定功率長期負荷下，阻值相對變化的百分數，它是表示電阻器壽命長短的參數。
7、電壓係數：在規定的電壓範圍內，電壓每變化1伏，電阻器的相對變化量。
8、額定電壓：由阻值和額定功率換算出的電壓。
9、最高工作電壓：由電阻器、電位器最大電流密度、電阻體擊穿及其結構等因素所規定的工作電壓限度。對阻值較大的電阻器，當工作電壓過高時，雖功率不超過規定值。但內部會發生電弧火花放電，導致電阻變質損壞。一般1/8w碳膜電阻器或金屬膜電阻器最高工作電壓分別不能超過150V或200V。在低氣壓工作時，最高工作電壓較低。
10、噪聲：產生於電阻器中的一種不規則的電壓起伏，包括熱噪聲和電流噪聲兩部分，熱噪聲是由於導體內部不規則的電子自由運動，使導體任意兩點的電壓不規則變化。
四、電阻器阻值標示方法
1、直標法：用數字和單位符號在電阻器表面標出阻值，其允許誤差直接用百分數表示，若電阻上未注偏差，則均為±20%。
2、文字符號法：用阿拉伯數字和文字符號兩者有規律的組合來表示標稱阻值，其允許偏差也用文字符號表示。符號前面的數字表示整數阻值，後面的數字依次表示第一位小數阻值和第二位小數阻值。最後文字符號表示允許的誤差允許偏差 D ±0.5% ，F ±1%， G ±2% ，J ±5% ，K ±10%， M ±20%
例如：2R2K表示阻值是2.2Ω允許偏差是±10% 。
3、數碼法：在電阻器上用三位數碼表示標稱值的標誌方法。數碼從左到右，第一、二位為有效值，第三位為指數，即零的個數，單位為歐。偏差通常採用文字符號表示。
101——表示100Ω的電阻； 102——表示1KΩ的電阻； 103——表示10KΩ的電阻； 104——表示100KΩ的電阻； 105——表示1MΩ的電阻
4、色標法：用不同顏色的帶或點在電阻器表面標出標稱阻值和允許偏差。國外電阻大部分採用色標法。
黑-0、棕-1、紅-2、橙-3、黃-4、綠-5、藍-6、紫-7、灰-8、白-9、金-±5%、銀-±10%、無色-±20%
當電阻為四環時，最後一環必為金色或銀色，前兩位為有效數字， 第三位為乘方數，第四位為偏差。 當電阻為五環時，最後一環與前面四環距離較大。前三位為有效數字， 第四位為乘方數， 第五位為偏差。
五、電阻的應用
一個實際的電阻器，在低頻時主要表現為電阻特性，但在高頻使用時不僅表現有電阻特性的一面，而且還表現有電抗特性的一面，即同一個電阻元件在通以直流和交流電時測得的電阻值是不相同的。在高頻交流下，須考慮電阻元件的引線電感L0和分布電容C0的影響。
等效電路， R為理想電阻
式中ω＝2πf， Re和Xe分別為等效電阻分量和電抗分量，且
式可知Re除與f有關外，還與L0、C0有關。這表明當L0、C0不可忽略時，在交流下測此電阻元件的電阻值，得到的將是Re而非R值。
分布電容和引線電感越小，表明電阻的高頻特性越好。電阻器的高頻特性與製作電阻的材料、電阻的封裝形狀和大小有密切的關係。一般來說，金屬膜電阻比線繞電阻的高頻特性好；貼片（SMD）電阻比普通電阻的高頻特性要好；小尺寸電阻比大尺寸電阻的高頻特性要好。頻率越高，電阻器的高頻特性就越明顯。在實際使用時，要儘量減少電阻器高頻特性的影響，使之表現為純電阻。
電阻器的安裝
電阻器安裝時必須作下述熱設計考慮：
a.大型功率電阻器應安裝在金屬底座上，以便散熱；
b.不許在沒有散熱器情況下，將功率型電阻器直接裝在接線端或印製板上；
c.功率電阻器儘可能安裝在水平位置；
d.在需要補充絕緣時，需考慮因之帶來的散熱問題。
e.引線長度應短些，使其和印製電路板的接點能起散熱作用。但又不能太短，且最好稍彎曲，以允許熱脹冷縮，如用安裝架，則要考慮其熱脹冷縮的應力；
f.當電阻器成行或成排安裝時，要考慮通風的限制和相互散熱的影響，並將其適當組合；
電阻器選擇
高頻電路應選用分布電感和分布電容小的非線繞電阻器，例如碳膜電阻器、金屬電阻器和金屬氧化膜電阻器等。
高增益小信號放大電路應選用低噪聲電阻器，例如金屬膜電阻器、碳膜電阻器和線繞電阻器，而不能使用噪聲較大的合成碳膜電阻器和有機實心電阻器。
線繞電阻器的功率較大，電流噪聲小，耐高溫，但體積較大。
普通線繞電阻器常用於低頻電路或中作限流電阻器、分壓電阻器、洩放電阻器或大功率管的偏壓電阻器。
精度較高的線繞電阻器多用於固定衰減器、電阻箱、計算機及各種精密電子儀器中。
導線
導線：可以視為特殊的電阻，其等效電路為純電阻和寄生電感的串聯。
導線中通過的安全電流是根據線芯所允許的最高溫度、冷卻條件、敷設條件來確定的。一般銅導線的安全載流量為5-8mm2，鋁導線的安全載流量為3-5mm2.
中國國家標準GB/T 4706.1-2005規定的電線負載電流值（部分）
1平方毫米銅芯線允許長期負載電流為:6A—8A
1.5平方毫米銅芯線允許長期負載電流為:8A—15A
2.5平方毫米銅芯線允許長期負載電流為:16A—25A
4平方毫米銅芯線允許長期負載電流為:25A—32A
6平方毫米銅芯線允許長期負載電流為:32A—40A