外形與符號
固定電阻器是一種阻值固定不變的電阻器。 固定電阻器的實物外形和電路符號如圖2-1所示,在圖2-1(b)中,上方為國家標準的電阻器符號,下方為國外常用的電阻器符號(在一些國外技術資料常見)。
功能
固定電阻器的主要功能有降壓、限流、分流和分壓。 固定電阻器的功能說明如圖2-2所示。
固定電阻器的基本功能說明
•降壓限流
在圖2-2(a)中,電阻器 R 1 與燈泡串聯,如果用導線直接代替 R 1 ,加到燈泡兩端的電壓有6V,流過燈泡的電流很大,燈泡將會很亮,串聯電阻 R 1 後,由於 R 1 上有2V電壓,燈泡兩端的電壓就被降低到4V,同時由於 R 1 對電流有阻礙作用,流過燈泡的電流也就減小。電阻器 R 1 在這裡就起著降壓、限流功能。
•分流
在圖2-2(b)中,電阻器 R 2 與燈泡並聯在一起,流過 R 1 的電流 I 除了一部分流過燈泡外,還有一路經 R 2 流回到電源,這樣流過燈泡的電流減小,燈泡變暗。 R 2 的這種功能稱為分流。
•分壓
在圖2-2(c)中,電阻器 R 1 、 R 2 和 R 3 串聯在一起,從電源正極出發,每經過一個電阻器,電壓會降低一次,電壓降低多少取決於電阻器阻值的大小,阻值越大,電壓降低越多。
標稱阻值
為了表示阻值的大小,電阻器在出廠時會在表面標註阻值。 標註在電阻器上的阻值稱為標稱阻值。電阻器的實際阻值與標稱阻值往往有一定的差距,這個差距稱為誤差。電阻器標稱阻值和誤差的標註方法主要有直標法和色環法。
(1)直標法
直標法是指用文字符號(數字和字母)在電阻器上直接標註出阻值和誤差的方法。 直標法的阻值單位有歐姆(Ω)、千歐姆(kΩ)和兆歐姆(MΩ)。
誤差大小表示一般有兩種方式:一是用羅馬數字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示誤差為±5%、±10%、±20%,如果不標註誤差,則誤差為±20%;二是用字母來表示,各字母對應的誤差見表2-1,如J、K分別表示誤差為±5%、±10%。
表2-1 字母與阻值誤差對照表
直標法常見的表示形式見表2-2。
表2-2 直標法常見的表示形式
(2)色環法
色環法是指在電阻器上標註不同顏色圓環來表示阻值和誤差的方法。 圖2-3中的兩個電阻器就採用了色環法來標註阻值和誤差,其中一隻電阻器上有四條色環,稱為四環電阻器,另一隻電阻器上有五條色環,稱為五環電阻器,五環電阻器的阻值精度較四環電阻器更高。
色環含義 要正確識讀色環電阻器的阻值和誤差,必須先了解各種色環代表的意義。四環色環電阻器各色環顏色代表的意義及數值見表2-3。
表2-3 四環色環電阻器各色環顏色代表的意義及數值
四環電阻器的識讀 四環電阻器阻值與誤差的識讀如圖2-4所示。
四環電阻器的阻值與誤差識別
四環電阻器的識讀具體過程如下。
第一步:判別色環排列順序。
四環電阻器的色環順序判別規律如下。
四環電阻的第四條色環為誤差環,一般為金色或銀色,因此如果靠近電阻器一個引腳的色環顏色為金、銀色,該色環必為第四環,從該環向另一引腳方向排列的三條色環順序依次為三、二、一。
對於色環標註標準的電阻器,一般第四環與第三環間隔較遠。
第二步:識讀色環。
按照第一、二環為有效數環,第三環為倍乘數環,第四環為誤差數環,再對照表2-3各色環代表的數字識讀出色環電阻器的阻值和誤差。
五環電阻器的識讀 五環電阻器阻值與誤差的識讀方法與四環電阻器基本相同,不同在於 五環電阻器的第一、二、三環為有效數環,第四環為倍乘數環,第五環為誤差數環。另外,五環電阻器的誤差數環顏色除了有金、銀色外,還可能是棕、紅、綠、藍和紫色。 五環電阻器的識讀如圖2-5所示。
標稱阻值系列
電阻器是由廠家生產出來的,但廠家是不能隨意生產任何阻值的電阻器。 為了生產、選購和使用的方便,國家規定了電阻器阻值的系列標稱值,該標稱值分E-24、E-12和E-6三個系列, 具體見表2-4。
國家標準規定,生產某系列的電阻器,其標稱阻值應等於該系列中標稱值的10 n ( n 為正整數)倍。 如E-24系列的誤差等級為I,允許誤差範圍為±5%,若要生產E-24系列(誤差為±5%)的電阻器,廠家可以生產標稱阻值為1.3Ω、13Ω、130Ω、1.3kΩ、13kΩ、130kΩ、1.3MΩ……的電阻器,而不能生產標稱阻值是1.4Ω、14Ω、140Ω……的電阻器。
表2-4 電阻器的標稱阻值系列
額定功率
額定功率是指在一定的條件下元件長期使用允許承受的最大功率。電阻器額定功率越大,允許流過的電流越大。 固定電阻器的額定功率也要按國家標準進行標註,其標稱系列有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W和10W等。小電流電路一般採用功率為1/8W~1/2W的電阻器,而大電流電路中常採用1W以上的電阻器。
電阻器額定功率識別方法如下。
對於標註了功率的電阻器,可根據標註的功率值來識別功率大小。 圖2-6中的電阻器標註的額定功率值為10W,阻值為330 Ω,誤差為±5%。
對於沒有標註功率的電阻器,可根據長度和直徑來判別其功率大小。長度和直徑值越大,功率越大, 圖2-7中的一大一小兩個色環電阻器,大電阻的功率更大。碳膜、金屬膜電阻器的長度、直徑與功率對應關係可參見表2-5,例如一個長度為8mm、直徑為2.6mm的金屬膜電阻器,其功率為0.25W。
表2-5 碳膜、金屬膜電阻器的長度、直徑與功率對照表
在電路圖中,為了表示電阻器的功率大小,一般會在電阻器符號上標註一些標誌。 電阻器上標註的標誌與對應功率值如圖2-8所示,1W以下用線條表示,1W以上的直接用數字表示功率大小(舊標準用羅馬數字表示)。
選用
電子元器件的選用是學習電子技術一個重要的內容,在選用元器件時,不同技術層次的人考慮問題不同,從事電子產品研發的人員需要考慮元器件很多參數,這樣才能保證生產出來的電子產品性能好,並且不易出現問題,而對大多數從事維修、製作和簡單設計的電子愛好者來說,只要考慮元器件的一些重要參數就可以解決實際問題。本書中介紹的各種元器件的選用方法主要是針對廣大初、中級層次的電子技術人員。
(1)選用舉例
在選用電阻器時,主要考慮電阻器的阻值、誤差、額定功率和極限電壓。 在圖2-9中,要求通過電阻器 R 的電流 I =0.01A,請選擇合適的電阻器來滿足電路實際要求。
電阻器的選用說明
電阻器的選用過程如下。
確定阻值。用歐姆定律可求出電阻器的阻值 R = U / I =220V/0.01A=22000Ω= 22kΩ。
確定誤差。對於電路來說,誤差越小越好,這裡選擇電阻器誤差為±5%,若難於找到誤差為±5%,也可選擇誤差為±10%。
確定功率。根據功率計算公式可求出電阻器的功率大小為 P = I 2 R =(0.01A) 2 × 22000Ω=2.2W,為了讓電阻器能長時間使用,選擇的電阻器功率應在實際功率的兩倍以上,這裡選擇電阻器功率為5W。
確定被選電阻器的極限電壓是否滿足電路需要。當電阻器用在高電壓小電流的電路時,可能功率滿足要求,但電阻器的極限電壓小於電路加到它兩端的電壓,電阻器會被擊穿。
電阻器的極限電壓可用
U=√PR
來求,這裡的電阻器極限電壓U=√5X22000≈331V,該值大於兩端所加的220V電壓,故可正常使用。當電阻器的極限電壓不夠時,為了保證電阻器在電路中不被擊穿,可根據情況選擇阻值更大或功率更大的電阻器。
綜上所述,為了讓圖2-9電路中電阻器 R 能正常工作並滿足要求,應選擇阻值為22kΩ、誤差為±5%、額定功率為5W的電阻器。
(2)電阻器選用技巧
在實際工作中,經常會遇到所選擇的電阻器無法與要求一致,這時可按下面方法解決。
對於要求不高的電路,在選擇電阻器時,其阻值和功率應與要求值儘量接近,並且額定功率只能大於要求值,若小於要求值,電阻器容易被燒壞。
若無法找到某個阻值的電阻器,可採用多個電阻器並聯或串聯的方式來解決。 電阻器串聯時阻值增大,並聯時阻值減小。
若某個電阻器功率不夠,可採用多個大阻值的小功率電阻器並聯,或採用多個小阻值小功率的電阻器串聯,不管是採用並聯還是串聯,每個電阻器承受的功率都會變小。 至於每個電阻器應選擇多大功率,可用 P = U 2 / R 或 P = I 2 R 來計算,再考慮兩倍左右的餘量。
在圖2-9中,如果無法找到22kΩ、5W的電阻器,可用兩個44kΩ的電阻器並聯來充當22kΩ的電阻器,由於這兩個電阻器阻值相同,並聯在電路中消耗功率也相同,單個電阻器在電路中承受功率 P = U 2 / R =220 2 /44000=1.1W,考慮兩倍的餘量,功率可選擇2.5W,也就是說將兩個44kΩ、2.5W的電阻器並聯,可替代一個22kΩ、5W的電阻器。
如果採用兩個11kΩ電阻器串聯來替代圖2-9中的電阻器,兩個阻值相同的電阻器串聯在電路中,它們消耗功率相同,單個電阻器在電路中承受的功率 P =( U /2) 2 / R =110 2 /11000=1.1W,考慮兩倍的餘量,功率選擇2.5W,也就是說將兩個11kΩ、2.5W的電阻器串聯,同樣可替代一個22kΩ、5W的電阻器。
檢測
固定電阻器常見故障有開路、短路和變值。 檢測固定電阻器使用萬用表的歐姆擋。
在檢測時,先識讀出電阻器上的標稱阻值,然後選用合適的擋位並進行歐姆校零,然後開始檢測電阻器。測量時為了減小測量誤差,應儘量讓萬用表指針指在歐姆刻度線中央,若錶針在刻度線上過於偏左或偏右時,應切換更大或更小的擋位重新測量。
下面以測量一隻標稱阻值為2kΩ的色環電阻器為例來說明電阻器的檢測方法,測量如圖2-10所示。
固定電阻器的檢測
固定電阻器的檢測如下。
第一步:將萬用表的擋位開關撥至×100Ω擋。
第二步:進行歐姆校零。將紅、黑表筆短路,觀察錶針是否指在「Ω」刻度線的「0」刻度處,若未指在該處,應調節歐姆校零旋鈕,讓錶針準確指在「0」刻度處。
第三步:將紅、黑表筆分別接電阻器的兩個引腳,再觀察錶針指在「Ω」刻度線的位置,圖中錶針指在刻度「20」,那麼被測電阻器的阻值為20×100=2kΩ。
若萬用表測量出來的阻值與電阻器的標稱阻值相同,說明該電阻器正常(若測量出來的阻值與電阻器的標稱阻值有些偏差,但在誤差允許範圍內,電阻器也算正常)。
若測量出來的阻值無窮大,說明電阻器開路。
若測量出來的阻值為0,說明電阻器短路。
若測量出來的阻值大於或小於電阻器的標稱阻值,並超出誤差允許範圍,說明電阻器變值。
種類
電阻器種類很多,根據構成形式不同,通常可以分為碳質電阻器、薄膜電阻器、線繞電阻器和敏感電阻器四大類,每大類中又可分幾小類。電阻器種類及特點見表2-6。
表2-6 電阻器種類及特點
電阻器的型號命名方法
國產電阻器的型號由四部分組成 (不適合敏感電阻器的命名)。
第一部分用字母表示元件的主稱, R表示電阻,W(或RP)表示電位器。
第二部分用字母表示電阻體的製作材料。 T—碳膜、H—合成碳膜、S—有機實芯、N—無機實芯、J—金屬膜、Y—氧化膜、C—沉積膜、I—玻璃釉膜、X—線繞。
第三部分用數字或字母表示元件的類型。 1—普通、2—普通、3—超高頻、4—高阻、5—高溫、6—精密、7—精密、8—高壓、9—特殊、G—高功率、T—可調。
第四部分用數字表示序號。 用不同序號來區分同類產品中的不同參數,如元件的外形尺寸和性能指標等。
國產電阻器的型號命名方法具體見表2-7。
表2-7 國產電阻器的型號命名方法
舉例: