一、基础知识
电阻器是电路元件中应用最广泛的一种,在电子设备中约占元件总数的30%以上,其质量的好坏对电路工作的稳定性有极大影响。它的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压,其次还作为分流器分压器和负载使用。
1、分类
在电子电路中常用的电阻器有固定式电阻器和电位器,按制作材料和工艺不同,固定式电阻器可分为:膜式电阻(碳膜RT、金属膜RJ、合成膜RH和氧化膜RY)、实芯电阻(有机RS和无机RN)、金属线绕电阻(RX)、特殊电阻(MG型光敏电阻、MF型热敏电阻)四种。
表1 几种常用电阻的结构和特点
电阻种类 |
电 阻 结 构 和 特 点 |
实物图片 |
碳膜电阻 |
气态碳氢化合物在高温和真空中分解,碳沉积在瓷棒或者瓷管上,形成一层结晶碳膜。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度,可以得到不同的阻值。碳膜电阻成本较低,性能一般。 |
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金属膜电阻 |
在真空中加热合金,合金蒸发,使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。这种电阻和碳膜电阻相比,体积小、噪声低、稳定性好,但成本较高。 |
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碳质电阻 |
把碳黑、树脂、粘土等混合物压制后经过热处理制成。在电阻上用色环表示它的阻值。这种电阻成本低,阻值范围宽,但性能差,很小采用。 |
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线绕电阻 |
用康铜或者镍铬合金电阻丝,在陶瓷骨架上绕制成。这种电阻分固定和可变两种。它的特点是工作稳定,耐热性能好,误差范围小,适用于大功率的场合,额定功率一般在 1瓦以上。 |
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碳膜电位器 |
它的电阻体是在马蹄形的纸胶板上涂上一层碳膜制成。它的阻值变化和中间触头位置的关系有直线式、对数式和指数式三种。碳膜电位器有大型、小型、微型几种,和开关一起组成带开关电位器。 |
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线绕电位器 |
用电阻丝在环状骨架上绕制成。它的特点是阻值范围小,功率较大。 |
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2、主要性能指标
额定功率:在规定的环境温度和湿度下,假定周围空气不流通,在长期连续负载而不损坏或基本不改变性能的情况下,电阻器上允许消耗的{zd0}功率。为保证安全使用,一般选其额定功率比它在电路中消耗的功率高1-2倍。额定功率分19个等级,常用的有0.05W、0.125W、0.25 W、0.5 W、1 W、2 W、3 W、5 W、7 W、10 W,在电路图中非线绕电阻器额定功率的符号表示如下图:
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标称阻值:产品上标示的阻值,其单位为欧,千欧、兆欧,标称阻值都应符合下表所列数值乘以10N欧,其中N为整数。
表2 标称阻值系列
允许误差:电阻器和电位器实际阻值对于标称阻值的{zd0}允许偏差范围,它表示产品的精度,允许误差的等级如下表所示。
表3 允许误差等级
标称阻值与误差允许范围的标识方法
表4 色环颜色所代表的数字或意义
示例
(1)在电阻体的一端标以彩色环,电阻的色标是由左向右排列的,图1的电阻为27000Ω±0.5%。
(2)精密度电阻器的色环标志用五个色环表示。{dy}至第3色环表示电阻的有效数字,第4色环表示倍乘数,第5色环表示容许偏差,图2的电阻为17.5Ω±1%
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表示27000Ω±5%
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表示17.5Ω±1%
在电路图中电阻器和电位器的单位标注规则
阻值在兆欧以上,标注单位M。比如1兆欧,标注1M;2.7兆欧,标注2.7M。
阻值在1千欧到100千欧之间,标注单位k。比如5.1千欧,标注5.1k;68千欧,标注68k。
阻值在100千欧到1兆欧之间,可以标注单位k,也可以标注单位M。比如360千欧,可以标注360k,也可以标注0.36M。
阻值在1千欧以下,可以标注单位Ω,也可以不标注。比如5.1欧,可以标注5.1Ω或者5.1;680欧,可以标注680Ω或者680。
{zg}工作电压:它是指电阻器长期工作不发生过热或电击穿损坏时的电压。如果电压超过规定值,电阻器内部产生火花,引起噪声,甚至损坏。下表是碳膜电阻的{zg}工作电压。
表5 碳膜电阻的{zg}工作电压
稳定性:稳定性是衡量电阻器在外界条件(温度、湿度、电压、时间、负荷性质等)作用下电阻变化的程度
(1)温度系数a,表示温度每变化1度时,电阻器阻值的相对变化量。
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式中:R1、R2分别为温度t1和t2时的电阻值
(2)电压系数av表示电压每变化1伏时,电阻器阻值的相对变化量。
即: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=29 alt="" src="http://www.youngking.net/upload/2/2_pic12.gif" width=128>
式中:R1、R2分别是电压为U1和U2时的电阻值
噪声电动势:电阻器的噪声电动势在一般电路中可以不考虑,但在弱信号系统中不可忽视。
线绕电阻器的噪声只习作定于热噪声(分子扰动引起)仅与阻值、温度和外界电压的频带有关。薄膜电阻除了热噪声外,还有电流噪声,这种噪声近似地与外加电压成正比。
高频特性:电阻器使用在高频条件下,要考虑其固定有电感和固有电容的影响。这时,电阻器变为一个直流电阻(R0)与分布电感串联,然后再与分布电容并联的等效电路,非线绕电阻器的LR=0.01-0.05微亨,CR=0.1-5皮法,线绕电阻器的LR达几十微亨,CR达几十皮法,即使是无感绕法的线绕电阻器,LR仍有零点几微亨。
3、命名方法
根据部颁标准(SJ-73)规定,电阻器、电位器的命名由下列四部分组成:{dy}部分(主称);第二部分:(材料);第三部分(分类特征);第四部分(序号)。它们的型号及意义见下表。
表6 电阻器的型号命名法
示例:RJ71-0.125-5.1kI型的命名含义:R电阻器-J金属膜-7精密-1序号-0.125额定功率-5.1k标称阻值-I误差5%。
4、阻值标示方法
(1)直标法:用数字和单位符号在电阻器表面标出阻值,其允许误差直接用百分数表示,若电阻上未注偏差,则均为±20%。
(2)文字符号法:用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值,其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值,后面的数字依次表示{dy}位小数阻值和第二位小数阻值。
表示允许误差的文字符号
文字符号 D F G J K M
允许偏差 ±0.5% ±1% ±2% ±5% ±10% ±20%
(3)数码法:在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。数码从左到右,{dy}、二位为有效值,第三位为指数,即零的个数,单位为欧。偏差通常采用文字符号表示。
(4)色标法:用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。国外电阻大部分采用色标法。
黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-±5%、银-±10%、无色-±20%
当电阻为四环时,{zh1}一环必为金色或银色,前两位为有效数字, 第三位为乘方数,第四位为偏差。 当电阻为五环时,最後一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字, 第四位为乘方数, 第五位为偏差。(图如上)
5、选用常识
根据电子设备的技术指标和电路的具体要求选用电阻的型号和误差等级;额定功率应大于实际消耗功率的1.5-2倍;电阻装接前要测量核对,尤其是要求较高时,还要人工老化处理,提高稳定性;根据电路工作频率选择不同类型的电阻。
二、常用电阻器
1、电位器
电位器是一种机电元件,他靠电刷在电阻体上的滑动,取得与电刷位移成一定关系的输出电压。
(1)合成碳膜电位器
电阻体是用经过研磨的碳黑,石墨,石英等材料涂敷于基体表面而成,该工艺简单, 是目前应用最广泛的电位器。特点是分辩力高耐磨性好,寿命较长。缺点是电流噪声,非线性大, 耐潮性以及阻值稳定性差。
(2)有机实心电位器
有机实心电位器是一种新型电位器,它是用加热塑压的方法,将有机电阻粉压在绝缘体的凹槽内。有机实心电位器与碳膜电位器相比具有耐热性好、功率大、可靠性高、耐磨性好的优点。但温度系数大、动噪声大、耐潮性能差、制造工艺复杂、阻值精度较差。在小型化、高可靠、高耐磨性的电子设备以及交、直流电路中用作调节电压、电流。
(3)金属玻璃铀电位器
用丝网印刷法按照一定图形,将金属玻璃铀电阻浆料涂覆在陶瓷基体上,经高温烧结而成。特点是:阻值范围宽,耐热性好,过载能力强,耐潮,耐磨等都很好, 是很有前途的电位器品种,缺点是接触电阻和电流噪声大。
(4)绕线电位器
绕线电位器是将康铜丝或镍铬合金丝作为电阻体,并把它绕在绝缘骨架上制成。绕线电位器特点是接触电阻小,精度高,温度系数小,其缺点是分辨力差,阻值偏低,高频特性差。主要用作分压器、变阻器、仪器中调零和工作点等。
(5)金属膜电位器
金属膜电位器的电阻体可由合金膜、金属氧化膜、金属箔等分别组成。特点是分辩力高、耐高温、温度系数小、动噪声小、平滑性好。
(6)导电塑料电位器
用特殊工艺将DAP(邻苯二甲酸二稀丙脂)电阻浆料覆在绝缘机体上,加热聚合成电阻膜,或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体的凹槽内形成的实心体作为电阻体。特点是:平滑性好、分辩力优异耐磨性好、寿命长、动噪声小、可靠性极高、耐化学腐蚀。用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统等。
(7)带开关的电位器
有旋转式开关电位器、推拉式开关电位器、推推开关式电位器
(8)预调式电位器
预调式电位器在电路中,一旦调试好,用蜡封住调节位置,在一般情况下不再调节。
(9)直滑式电位器
采用直滑方式改变电阻值。
(10) 双连电位器
有异轴双连电位器和同轴双连电位器
(11)无触点电位器
无触点电位器xx了机械接触,寿命长、可靠性高,分光电式电位器、磁敏式电位器等。
2、实芯碳质电阻器
用碳质颗粒壮导电物质、填料和粘合剂混合制成一个实体的电阻器。
特点:价格低廉,但其阻值误差、噪声电压都大,稳定性差,目前较少用。
3、绕线电阻器
用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。
绕线电阻具有较低的温度系数,阻值精度高, 稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点是高频性能差,时间常数大。
4、薄膜电阻器
用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。主要如下:
(1)碳膜电阻器
将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低,是目前应用最广泛的电阻器。
(2)金属膜电阻器。
用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。
金属膜电阻比碳膜电阻的精度高,稳定性好,噪声, 温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。
(3)金属氧化膜电阻器
在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即是氧化物,所以高温下稳定,耐热冲击,负载能力强。
(4)合成膜电阻
将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得,因此也叫漆膜电阻。
由于其导电层呈现颗粒状结构,所以其噪声大,精度低,主要用他制造高压, 高阻, 小型电阻器。
5、金属玻璃铀电阻器
将金属粉和玻璃铀粉混合,采用丝网印刷法印在基板上。
耐潮湿, 高温, 温度系数小,主要应用于厚膜电路。
6、贴片电阻SMT
片状电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式,他的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成,电极采用银钯合金浆料。体积小,精度高,稳定性好,由于其为片状元件,所以高频性能好。
7、敏感电阻
敏感电阻是指器件特性对温度,电压,湿度,光照,气体, 磁场,压力等作用敏感的电阻器。
敏感电阻的符号是在普通电阻的符号中加一斜线,并在旁标注敏感电阻的类型,如:t. v等。
(1)压敏电阻
主要有碳化硅和氧化锌压敏电阻,氧化锌具有更多的优良特性。
(2)湿敏电阻
由感湿层,电极, 绝缘体组成,湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻,碳湿敏电阻,氧化物湿敏电阻。氯化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小,缺点为测试范围小,特性重复性不好,受温度影响大。碳湿敏电阻缺点为低温灵敏度低,阻值受温度影响大,由老化特性, 较少使用。
氧化物湿敏电阻性能较优越,可长期使用,温度影响小,阻值与湿度变化呈线性关系。有氧化锡,镍铁酸盐,等材料。
(3)光敏电阻
光敏电阻是电导率随着光量力的变化而变化的电子元件,当某种物质受到光照时,载流子的浓度增加从而增加了电导率,这就是光电导效应。
(4)气敏电阻
利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成,主要成分是金属氧化物,主要品种有:金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等。
(5)力敏电阻
力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻,国外称为压电电阻器。所谓压力电阻效应即半导体材料的电阻率随机械应力的变化而变化的效应。可制成各种力矩计,半导体话筒,压力传感器等。主要品种有硅力敏电阻器,硒碲合金力敏电阻器,相对而言, 合金电阻器具有更高灵敏度。
三、检测方法与经验
1、固定电阻器的检测
将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。为了提高测量精度,应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆挡刻度的非线性关系,它的中间一段分度较为精细,因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置,即全刻度起始的20%~80%弧度范围内,以使测量更准确。根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有±5%、±10%或±20%的误差。如不相符,超出误差范围,则说明该电阻值变值了。B