第一节 电阻元件及其应用.doc

第一节 电阻元件及其应用 一、电阻基本知识 元器件族系Component Family 电子元件 Electronic component 被动元件 Passive component 主动元件 Active component 电磁元件 Electromagnetic component 机电元件 Electromechanical component 光电元件 Electro-optic component 印制电路板 Printed board 线 材 Wire and cable 被动元件 Passive Component 严格来说电路元件分为无源元件和有源元件，但习惯上称被动原件和主动元件 无源器件：如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源。 从电路性质上看，无源器件有两个基本特点： （1） 自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。 （2） 只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。 有源器件：如果电子元器件工作时，其内有电源存在。 从电路性质上看， 有源器件有两个基本特点： （1） 自身也消耗电能。 （2） 除了输入信号外，还需要外加电源才能正常工作。 被动元件：相对于主动元件来说的，是指不影响信号基本特佂，而仅令讯号通过而未加以改动的电路元件。 主动元件：电路元件中能够执行资料运算、处理的元件。 被动元件子族系Passive Component Sub-family 电阻器（resistor） 电容器（capacitor） 电感器（inductor）：包括线圈（coil）、电抗器（reactor） 、扼流圈（choke）等 变压器（transformer）：指原始、狭义的变压器，即传统的交流变压器。不包括电源转接器、电源供应器都统称变压器的通俗广义用法。 忆阻器（memristor），又名记忆电阻 石英晶体、压晶体管或压电片、及其作成的滤波器 二极管（diode）一般不归入被动元件，但在某些定义下，二极管也可视为被动元件。 被动元件-电阻-基础知识 电阻器 Resistor：在电路中具有电阻性能的实体元件称之为电阻器，电阻器主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，其次用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。数字电路中功能有上拉电阻和下拉电阻。 电阻值的符号为R 基本单位为欧姆或简称欧，以希腊字母/Ohm（Omega）表示 单位换算：10E-3（m /毫欧）=1（ /欧） =10E+3（k / 千欧）=10E+6（M /兆欧） 二、电阻种类和特点 按用途不同分为： 通用电阻：功率0.1-10w，阻值10-10M,电压1KV 精密电阻:精度0.1-2 ，箔式电阻0.005 高频电阻：电感电容小，用于无线电电路 功率电阻：功率小于300w，阻值较小 敏感电阻：热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻 根据材料构造可分为 Definition by material construction 薄膜电阻器 Thin film resistor 合金电阻器 alloy resistor 合成电阻器 Composition resistor 薄膜电阻器：薄膜是在真空中采用蒸发和溅射等工艺将电阻性材料淀积在绝缘基体工艺（真空镀膜技术）制成。 碳膜电阻器 Carbon film resistor 金属膜电阻器 Metal film resistor 金属氧化膜电阻器 Metal oxide film resistor 特点：高频性能好，电流噪声低，非线性较小，温度系数小，性能稳定，缺点是功率较小。用在要求高稳定、长寿命、高精度的场合，适用于高频电路应用。 合金型电阻器：用块状的电阻合金拉制成电阻合金线或碾压成电阻合金箔所制成的电阻器，包括用合金线制成的线绕电阻器和用合金箔制成的电阻器。它们均具有块状金属的优良性能。 绕线电阻又分为被釉线绕电阻、被漆线绕电阻、瓷壳线绕电阻（水泥电阻）。线绕电阻因其额定功率较大，又称功率型电阻器。 合成电阻器 ：电阻体是导电颗粒和有机（或无机）黏合剂的混合物，可以制成薄膜和实心两种形式，如合成碳膜、合成实心和金属玻璃釉电阻器等。 特点：价格低廉，体积小，过载能量强，但阻值稳定性差，热噪声和电流噪声均比较大，电压系数和温度系数也大，主要用于初始容差不高于5，长期稳定性要求不高于15的电路中。 外形封装：直插电阻和片式电阻 片式固定电阻器：俗称贴片电阻(SMD Resistor)，是金属玻璃铀电阻器中的一种。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。耐潮湿，高温，温度系数小。 最常用的允差为J级(精度为5%)。超精密贴片电阻ar系列,温度系数只有5ppm-50ppm，超精密性0.01%，常应用于精密量测仪器,电子通讯等. 高精密贴片电阻器抗蚀薄膜pr系列,具有特殊抗酸抗湿的镍铬皮膜，非常小的公差精度0.1%，最低温度系数为5ppm/c，常应用于自动化设备、医疗设备、通讯设备、自动控制设备及高科技多媒体电子设备等。 贴片电阻的工作温度范围为-55 -+125，最大工作电压与尺寸有关：0402及0603为50V，0805为150V，其它尺寸为200V。目前应用最广的贴片电阻的尺寸代码是0805及1206并且逐步有趋势向0603发展。 碳膜电阻：用碳氢化合物在高温真空下热分解，使其在陶瓷骨架上沉积一层碳膜形成碳膜电阻。通过控制厚度和刻槽来控制阻值，表面一般涂有缘色保护漆,最后在外层涂上环氧树脂密封保护而成。有良好的稳定性，有一不大的负温度系数，受电压和频率影响小，脉冲负载稳定、阻值误差大于金属膜电阻，但价钱便宜。 负温度系数，碳膜的为土黄色或是其他的颜色 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，耐热性能、噪声指标、温度系数和电压系数都比碳膜电阻好，体积小（同样额定功率下约为碳膜电阻器的一半），精度可达0.5% -0.05%，可用于高额。但成本较高，正温度系数。多为淡蓝色。 金属氧化膜电阻器：用高温真空镀膜技术将金属氧化物紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。 其性能与金属膜电阻器类似，但电阻值范围窄1-200k。它能够在高温下仍保持其稳定性，其典型的特点是金属氧化膜与陶瓷基体结合的更牢。耐酸碱能力强，抗盐雾，因而适用于在恶劣的环境下工作。它还兼备低噪声，过载能力强，高频特性好的优点。温度系数较金属膜大。 压敏电阻器Varistor：是由variable resistors 两字合并而来，所以也称其为可变电阻器。它是一种因外加电压的改 变而呈现非线性电阻变化的电阻器，具有双向对称的V/I 特性。 金属氧化物压敏电阻器简称为MOV是一种以氧化锌为主体，添加多种金属氧 化物，经典型的电子陶瓷工艺制成的多 晶半导体陶瓷元件。 多层片式压敏电阻器（MLV）是一种浪涌 电压抑制器。它是采用先进的叠层片式 化技术制造的半导体陶瓷元件。 压敏电阻器特性 电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标称额定电压值时，压敏电阻器迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流急剧增大；当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大限制电压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。 压敏电阻器应用：广泛应用在电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。 主要参数： 压敏电压：规定温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值 漏电流：25下，施加最大连续直流电压时，流过的电流值 通流容量：施加规定的脉冲电流（820s）波形时的峰值电流 结电容：交流电路的保护中时，其结电容较大会增加漏电流 响应时间：为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢820s脉冲 光敏电阻器：是利用半导体光敏效应制成的一种元件。将对光敏感的材料涂在玻璃上，引出电极制成的，其阻值随着光线的强弱而发生变化的电阻器.根据材料不同，可制成对某一光源敏感的光敏电阻，常见种类有可见光光敏电阻、红外光光敏电阻、紫外光光敏电阻。选用时先确定电路的光谱特性。如：可见光敏电阻，主要材料是硫化镉，应用于光电控制。红外光敏电阻，主要材料是硫化铅，应用于导弹、卫星监测。 电阻值随入射光线的强弱而变化，光线越强，电阻越小。无光照射时，呈现高阻抗，阻值可达1.5M以上；有光照射时，材料激发出自由电子和空穴，其电阻值减小，随着光强度的增加，阻值可小至1k以下。 热敏电阻器Thermistor：对温度极为敏感的电阻器.分为正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）电阻器。选用时不仅要注意其额定功率、最大工作电压、标称阻值,更要注意最高工作温度和电阻温度系数等参数,并注意阻值变化方向。 NTC：可制成测温、温度补偿和控温组件，又可制成功率型组件，抑制电路的浪涌电流。 PTC：过热过流保护、恒温加热、温度补偿及延时等作用 PTC热敏电阻器应用： 电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；当电路出现过电流时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度时，电阻瞬间会变得很大，把电路中的电流限制到很低的水平。此时电路中的电压几乎都加在热敏电阻两端，因而可以起到保护其它元件的作用。当电路排除故障后，热敏电阻的阻值迅速恢复到原来水平，热敏电阻无需更换而可以继续使用。同时起到过温保护和过流保护两种作用，和镍氢电池的过流及过温保护. NTC热敏电阻器应用 为了避免电子电路中在开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻器，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以后，由于通过其电流的持续作用，功率型NTC热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响，所以，在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻器，是抑制开机时的浪涌，以保证电子设备免遭破坏的最为简便而有效的措施 零欧姆电阻：并非零欧，大约几十毫欧。 零欧姆作用 1.做为跳线使用。这样既美观，安装也方便。 2.在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。这样的场合，有时也会用电感或者磁珠等来连接。 3.做保险丝用。由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱（其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已），过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。 4.在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替. 5.想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流. 6.在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻 7.在高频信号下,充当电感或电容.(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题.如地与地,电源和IC 脚间 8.单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统.) 分流器 是一种量值很小的标准电阻。当被测电流流过分流器时，通过测量分流器两端电压端电压钮上的电压降就可得出被测电流的大小，分流器广泛用于扩大仪表测量电流范围，有固定式定值分流器和精密合金电阻器(康铜、锰铜) 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。 X式（直线式）：常用于示波器的聚焦电位器和万用表的调零电位器，其线性精度为+2、+l、+03、+005。 D式（对数式）：常用于电视机的黑白对比度调节电位器，其特点是，先粗调后细调。 Z式（指数式）：常用于收音机的音量调节电位器，其特点是，先细调后粗调。 所有X、D、Z字母符号一般印在电位器上，使用时应注意 三、电阻规格与参数 1.电阻值：不仅要了解生产厂家给出的电阻器的标准电阻值，还应了解工作温度，过电压及使用环境均能使阻值漂移。对于不同结构、不同工艺水平的电阻器，电阻值的精度及漂移值都会不同。 2.额定功率：在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为5570的条件下，电阻器长期工作所允许耗散的最大功率。 线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500 非线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100 电路设计所需电阻器的最小额定功率是另一个重要因素。直流下功率P=I2R ，其中I为流经电阻上的电流值。选用电阻的额定功率应大于这个值。 脉冲条件下和间歇负荷下能承受的实际功率应大于额定功率，但需注意： (1)跨接在电阻器上的最高电压不应超过允许值； (2)不允许连续过负荷； (3)平均功率不得超额定值； (4)电位器的额定功率是考虑整个电位器在电路的加载的情况，对部分加载的情况下额定功率值应相应下降。 3、允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电阻器的精度。 允许误差与精度等级对应关系如下：0.5%-0.05、1%-0.1(或00)、2%-0.2(或0)、5%-级、10%-级、20%-级 4、高频特性：在高频时，阻值会随频率而变化。线绕电阻器的高频性能最差，合成电阻器次之，薄膜电阻器具有最好的高频性能，大多数薄膜电阻器的有效直流电阻的阻值在频率高达100MHz时尚能保持基本不变，频率进一步升高时阻值越大，频率影响也越大。 5、温度系数：温度每变化1所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的为正温度系数，反之为负温度系数。 6、老化系数：电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数。 7、电压系数：在规定的电压范围内，电压每变化1伏，电阻器的相对变化量。 8、额定电压：由阻值和额定功率换算出的电压。 9、最高工作电压：由电阻器、电位器最大电流密度、电阻体击穿及其结构等因素所规定的工作电压限度。对阻值较大的电阻器，当工作电压过高时，虽功率不超过规定值。但内部会发生电弧火花放电，导致电阻变质损坏。一般1/8w碳膜电阻器或金属膜电阻器最高工作电压分别不能超过150V或200V。在低气压工作时，最高工作电压较低。 10、噪声：产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声两部分，热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。 四、电阻器阻值标示方法 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第一位小数阻值和第二位小数阻值。最后文字符号表示允许的误差允许偏差 D 0.5% ，F 1%， G 2% ，J 5% ，K 10%， M 20% 例如：2R2K表示阻值是2.2允许偏差是10% 。 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，第一、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。 101表示100的电阻； 102表示1K的电阻； 103表示10K的电阻； 104表示100K的电阻； 105表示1M的电阻 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，最后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。 五、电阻的应用 一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面，而且还表现有电抗特性的一面，即同一个电阻元件在通以直流和交流电时测得的电阻值是不相同的。在高频交流下，须考虑电阻元件的引线电感L0和分布电容C0的影响。等效电路， R为理想电阻 式中2f， Re和Xe分别为等效电阻分量和电抗分量，且 式可知Re除与f有关外，还与L0、C0有关。这表明当L0、C0不可忽略时，在交流下测此电阻元件的电阻值，得到的将是Re而非R值。 分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形状和大小有密切的关系。一般来说，金属膜电阻比线绕电阻的高频特性好；贴片（SMD）电阻比普通电阻的高频特性要好；小尺寸电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。频率越