第四章 基本元件电阻器、电容、电感

1、第四章 基本元件 电阻 电容 电感课前小趣:看下面图片，区分电感和电阻图4-1 图4-2问题：上面图片中是一个电感跟一个电阻，区分？答案是 图4-1是电阻，图4-2是电感，表面上其实两种电器元件很相似 ，但是电感有一个特点就是它的底颜色是绿色的 ，而且实在区分不开，我们可以借助万用表，把开关打在欧姆档，测电阻，读书是零的为电感 有读数的是电阻。 当然电感也不止这一种，还有很多，只是这一种很容易于电阻混。所以我们把它拿出来单独研究它。细心的人会看到上面有很多的色环，想知道这些色环的作用吗？通过下面的学习我们就知道了，而且 我们还可以仅仅通过这些色环就知道他们的电阻和电感是多少？好奇吗?那就带着你

2、的好奇心，往下学。4.1.1电阻1、定义：导体对电流的阻碍作用就叫导体的电阻。电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1°C时电阻值发生变化的百分数。 电阻是所有电子电路中使用最多的元件。图4-3 电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说

3、它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说交流与直流信号都可以通过电阻。2.单位K（千欧）， M（兆欧），他们的换算关系是：1T=1000G 1G=1000M 1M=1000K 1K=1000 （也就是一千进率）3、电阻是一个线性元件。说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比即它是符合欧姆定律：I=U/R4、电阻数值了解电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。由于手机电路的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：101表示100的电阻； 102表示1K的

4、电阻； 103表示10K的电阻； 104表示100K的电阻； 105表示1M的电阻电阻在电路中中起限流作用 无论是串联电路还是并联电路电阻之色环标识：棕 1 红2 橙 3 黄 4 绿5 蓝6 紫 7 灰 8 白9 黑0 金-1 银-2图4-55电阻的阻值标法 通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。由于手机电路中的电阻一般比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：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； 106表示10M的电阻； 107表示100M的电阻。如果一个电阻上标为22*103，则这个电阻为22K。

5、数码法用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n(n=08)。当n=9时为特例，表示10(-1)。塑料电阻器的103表示10*103=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1k。电容上数码标示479为47*10(-1)=4.7pF。而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为pF，电感一般不用数码标示。电阻器的电气性能指标通常有标称阻值,误差与额定功率等。它与其它元件一起构成一些功能电路，如RC电路等。电阻是一个线性元件。说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成

6、正比即它是符合欧姆定律：I=U/R常见的碳膜电阻或金属膜电阻器在温度恒定，且电压和电流值限制在额定条件之内时，可用线性电阻器来模拟。如果电压或电流值超过规定值，电阻器将因过热而不遵从欧姆定律，甚至还会被烧毁。电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等：它又包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。通常来说，使用万用表可以很容易判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。但在实际电器维修中，很少出现电阻损坏。着重注意的是电阻是否虚焊，脱焊。作用:

7、主要职能就是阻碍电流流过 ,应用于限流、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。4.1.2普通电阻的选用常识a.正确选有电阻器的阻值和误差:阻值选用:原则是所用电阻器的标称阻值与所需电阻器阻值差值越小越好.误差选用:时间常数RC电路所需电阻器的误差尽量小.一般可选5%以内.对退耦电路,反馈电路滤波电路负载电路对误差要求不太高.可选10%-20%的电阻器。b.注意电阻器的极限参数:额定电压:当实际电压超过额定电压时,即便满足功率要求,电阻器也会被击穿损坏.额定功率:所选电阻器的额定功率应大于实际承受功率的两倍以上才能保证电阻器在电路中长期工作的可靠

8、性.c.要首选通用型电阻器:通用型电阻器种类较多、规格齐全、生产批量大,且阻值范围、外观形状、体积大小都有挑选的余地,便于采购、维修.d.根据电路特点选用:高频电路:分布参数越小越好,应选用金属膜电阻、金属氧化膜电阻等高频电阻.低频电路:绕线电阻、碳膜电阻都适用.功率放大电路、偏置电路、取样电路:电路对稳定性要求比较高,应选温度系数小的电阻器.退耦电路、滤波电路: 对阻值变化没有严格要求,任何类电阻器都适用. e.根据电路板大小选用电阻:敏感电阻器常识:a. 热敏电阻:图4-6是一种对温度极为敏感的电阻器.分为正温度系数和负温度系数电阻器。.选用时不仅要注意其额定功率、最大工作电压、标称阻值,

9、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. b.光敏电阻:硫化镉等材质，阻值随着光线的强弱而发生变化的电阻器. 分为可见光光敏电阻、红外光光敏图4-7光敏电阻电阻、紫外光光敏电阻.选用时先确定电路的光谱特性.b. 压敏电阻图4-8压敏电阻是对电压变化很敏感的非线性电阻器.当电阻器上的电压在标称值内时,电阻器上的阻值呈无穷大状态,当电压略高于标称电压时,其阻值很快下降,使电阻器处于导通状态,当电压减小到标称电压以下时,其阻值又开始增加。压敏电阻可分为无极性(对称型)和有极性(非对称型)压敏电阻.选用时,压敏电阻器的标称电压值应是加在压敏电阻器两端电压的2-2.5倍.另需

10、注意压敏电阻的温度系数.c. 湿敏电阻：图4-9是对湿度变化非常敏感的电阻器,能在各种湿度环境中使用.它是将湿度转换成电信号的换能器件.选用时应根据不同类型号的不同特点以及湿敏电阻器的精度、湿度系数、响应速度,湿度量程等进行选用。注:电阻在低频的时候表现出来的主要特性是电阻特性,但在高频时,不仅表现出电阻特性,还表现出电抗特性的一面这在无线电方面(射频电路中尤其重要)。4.1.3电阻的测量方法伏安法：又称伏特计、安培计法，是一种较为普遍的测量电阻的方法，通过利用欧姆定律：R=U/I来测出电阻值。因为是用电压除以电流，所以叫伏安法。器材：电压表、电流表、一个待测电阻两种接法：外接法和内接法。所谓

11、外接内接，即为电流表接在电压表的外面或里面。伏安法测电阻虽然精度不很高，但所用的测量仪器比较简单，而且使用也方便。是最基本的测电阻的方法，测电阻的方法还有替代法、惠斯通电桥法等多种。视野拓展图4-8电阻在生活中的无处不在，例如普通的线路板，或者当我们连接一个电路时，电压太大，我们担心会烧坏用电器，这时我们就需要电阻的帮忙，当然任何事物都有对立面，电阻在远距离输电时就会白白的耗费一些电能，我们也都知道，家用电器用一会电线就会发热，这就是因为电流的热效应，电流流过电阻时，会产生热量，这部分热量三道自然界中就是浪费了，所以对于输电工厂来说，最好是有一种导线电阻特小，电阻小的导线是有的，金银电阻特小，

12、但是这种导线任何人都知道，成本相当高。科学家们在这方面下了很多功夫，他们在想有没有一种电线在一定条件下，一点电阻也没有呢？1911年科学家发现在4.2K附近，水银的电阻消失了，这就是通常所说的超导现象。这时水银进入了一种新的状态，电阻变为零，这种特殊的导电性质的物质状态，科学家称为超导态。从此揭开了研究超导的第一页。超导现象这一伟大发现，促使人们挖掘物质世界中超导电性所隐藏的最神秘的宝藏。 具有超导电性的物质叫超导体，超导体电阻突然变为零的温度叫超导临界温度。至今已发现有28种元素、几千种合金和化合物是超导体。超导体进入超导状态时，不仅其内的电阻为零，而且体内的磁场也为零，表现出完全的抗磁性。

13、一段努力后，我们发现了超导体，这种导体如果普及，将会相当大的减少电能损失。图4-94.2.1电容器小实验：将单刀双掷开关扳到位置一，红色发光二极管亮（若不亮可能是二极管接反或电容接反，调整后即可）。二极管亮度变化是先亮后暗最后熄灭，说明充电电流开始较大，后逐渐减小，最后等于零，充电结束。待红色发光二极管熄灭后，再将开关扳到位置2，观察绿色发光二极管的亮度变化（即放电过程），据此可判断充电、放电过程中电流大小的变化情况。图4-10这是一个二极管电容应用电路，根据电路图连个实物图看看吧!一电容导语在直流电路中，电容器是相当于断路的。 电器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。这得从电

14、容的结构上说起。最简单的电容是由两端的极板和中间的绝缘电介质1构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是中间由于是绝缘的物质，所以是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。图4-11陶制电容器但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时

15、候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。在中学阶段，有句话，就叫通交流，阻直流，说的就是电容的这个性质。4. 2.2电容的作用:1）旁路旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。 就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。图4-122）去藕图4-13去藕，又称解藕。 从电路来说， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的

16、负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候， 电流比较大， 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。去藕电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1F、0.01F 等

17、；而去耦合电容的容量一般较大，可能是10F 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。3）滤波图4-14从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1F 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过。具体用在滤波中,大电容（1000F）滤低频，小电容（

18、20pF）滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程。4）储能图4-15储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40450VDC、电容值在220150 000F 之间的铝电解电容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于

19、功率级超过10KW 的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。4.2.3电容器的基本功能充电和放电充电和放电是电容器的基本功能。1.充电充电实验：按照下面的电路图连接实物图，看有何现象？图4-16这是一个电容器的充电过程演示。 合上开关，电池通过电阻及电表向电容器充电，电路中有暂时的充电电流，电表指针偏转较大，当电容器充满电后，按下电建，可以将电容器上的电荷放完，在可重复以上的充电操作。解释：使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等

20、量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。2.放电放电实验：图4-17合上开关，数秒钟后，在断开开关，此时电容器已经充满电，电表偏转很大，开关断开后，电容器上的电荷通过电表向电阻放电，电表显示放电的过程，随着电容器上电荷越来越少，放点电流也很快下降，电荷很放完，电表指针回到零位。解释：使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。图4-16电容器 在一般的电子电路中，常用电容器来实现旁路、耦

21、合、滤波、振荡、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的1情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。电容的符号是C。C=S/d=S/4kd(真空)=Q/U在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F

22、,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(F)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)1000000微法(F)1微法(F)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。相关公式一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法，即：C=Q/U 但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即：C=S/4kd 。其中，是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离， k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=S/d.（为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离。）电容器的电势能

23、计算公式：E=CU2/2=QU/2多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+Cn多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+1/Cn三电容器串联 C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)4.2.4 电容与静电场电容是指容纳电场的能力。任何静电场都是由许多个电容组成，有静电场就有电容，电容是用静电场描述的。一般认为：孤立导体与无穷远处构成电容，导体接地等效于接到无穷远处，并与大地连接成整体电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它

24、们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（F） 1微法（F）= 1000纳法（nF）= 1

25、000000皮法（pF）在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压

26、（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000F，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使