谈谈电阻

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如同水在管道里流动时会遇到阻力一样,电荷在物体中运动也会受到一定的阻力,这种阻力叫做电阻。不同的物质对电荷运动的阻力也不一样。例如,银、铜、铁等金属对电荷运动的阻力较小,或者说它的导电性质良好。这类物体我们叫它导体。可以用它做成金属线来传送电流。橡皮、塑料、瓷等材料,阻力很大,电流很不容易通过,我们叫它绝缘体。可用它们做成电线的外皮、瓷夹板等,以防止电流泄漏,保证安全。导电能力介于导体和绝缘体之间的物体,叫做半导体。大家熟悉的半导体管,就是用锗、硅等半导体材料做成的。

电阻不但与物体本身的性质有关,还与物体的几何形状、大小有关。拿一段电线来说,电线越粗,或者说截面积越大,电流越容易流过,它的电阻就小;电线越长,电流经过的路程也长,它的电阻就大。

利用物体的这种性能做成的元件叫做电阻器,通常也简称为电阻。电阻用R表示,它在电路中的图形符号如图1所示。

图1
图1 🔍原图 (394×396)

电阻在电路中的作用

电阻最基本的特性是:某一电阻R两端的电压U和通过该电阻的电流I成正比。这就是说,对于同一个电阻,两端加的电压越大,流过该电阻的电流就越大;或者反过来说,流过电阻的电流越大,该电阻两端产生的电压就越大,电压U和电流I的比值就表明了电阻R的大小。用公式表示就是

R=\(\frac{U}{I}\),或I=U;R,U=IR 。

电流、电压和电阻间的这种关系通常叫做欧姆定律。

电阻的基本单位是欧姆(简称欧),用符号Ω表示。如果在电阻的两端加1伏电压,能使电阻中流过1安的电流,那么,这个电阻的阻值就是1欧。通常还使用更大的单位千欧(KΩ)和兆欧(MΩ)。它们之间的换算关系如下:

1KΩ=1000Ω

1MΩ=1000KΩ=1000,000Ω。

电阻两端的电压和电阻中的电流成正比的这一特性在各种电路中得到了广泛的应用。

例如图2的调晶体管偏流的电路(从电池E正极→e→b→R\(_{b}\)→电池负极)。由于晶体管发射极e到基极b间的正向电阻很小,和Rb相比可以忽略,电池电压E可以近似地认为是加在R\(_{b}\)两端,从而Ib≈\(\frac{E}{R}\)\(_{b}\)。加大Rb就可以使I\(_{b}\)减小,而减小Rb就可以使I\(_{b}\)增大,团此调节Rb就可以得到我们所需的偏流。

图2
图2 🔍原图 (284×712)

再如图3的分压器电路。在串联的两个电阻R\(_{1}\)、R2两端加一个电压U,就得到一定的电流I=\(\frac{U}{R}\)\(_{1}\)+R2。而R\(_{2}\)两端的电压

U\(_{1}\)=I·R2=\(\frac{R}{_{2}}\)R1+R\(_{2}\)U=1;R1R\(_{2}\)+1U。

所以改变R\(_{1}\)和R2的比值,就可以得到我们所需的输出电压U\(_{1}\)。例如,当R1=0时,U\(_{1}\)=U;R1=R\(_{2}\)时,U1=\(\frac{1}{2}\)U:R\(_{1}\)=2R2时,U\(_{1}\)=1;3U等。收音机中调节音量的旋钮,就是通过调节R1、R\(_{2}\)的比值来改变U1的大小,从而改变声音的大小的。

最后讲一个晶体管放大电路的例子(图4)。因为这时我们只考虑电路中交流信号的成分所以为了简单起见,图中略去了电池和偏流电阻。当有一信号电压e\(_{b}\)加在b、e之间的发射结上时,就产生基极信号电流ib,经过晶体管的放大,就在集电极电路产生放大了的信号电流i\(_{c}\),这个ic流过负载电阻R\(_{c}\),就在它的两端产生出放大了的信号电压。如果没有这个电阻,就不可能得到我们所需的这个电压。

电阻还可以与其它无件搭配,组成耦合、去耦,滤波、反馈、补偿等等电路。所以,我们有必要对电阻的主要参数、种类、构造和使用常识有一个大致的了解。

电阻的参数

标称电阻和误差 使用电阻,首先要考虑的是它的阻值是事少。为了满足各种不同的需要,生产了大大小小各种不同阻值的电阻。但是,决不可能也没有必要做到你要什么阻值的电阻就有什么样的成品电阻。

为了便于大量生产,同时也让使用者在一定的允许误差范围内选用电阻,国家规定出一系列阻值做为产品的标准,这一系列阻值就叫做电阻的标称阻值。另外,电阻的实际阻值也不可能做到与它的标称阻值完全一样,两者间总存在有一些偏差。最大允许偏差除以该电阻的标称值所得的百分数就叫做电阻的误差。对于误差,国家也规定出一个系列。普通电阻的误差可分为±5%、±10%、±20%三种,在标志上分别以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。例如:一只电阻上印有47KⅡ的字样,我们就知道它是标称阻值为47千欧、最大误差不超过±10%的电阻。误差为±2%、±1%、±0.5%……的电阻称为精密电阻。

普通电阻的标称阻值系列参见表1。表1说明,例如,对于误差为±5%的电阻,只生产标称值为1.0、1.1、1.2、1.3……9.1的电阻,或以这些数值乘以10、100、1000……的电阻。举例说,对于表中的1.3这个标称值,可以是1.3Ω, 也可以是13Ω、130Ω、 1300Ω、13K、130K等。如果你需要一个29Ω的电阻,就可以选用3OΩ的成品电阻, 这时的误差为30-2930=3.33%,仍在规定误差5%以内。

表1 普通电阻的标称阻值系列

误差±5% 误差±10% 误差±20%

1.0 1.0 1.0

1.1

1.2 1.2

1.3

1.5 1.5 1.5

1.6

1.8 1.8

2.0

2.2 2.2 2.2

2.4

2.7 2.7

3.0

3.3 3.3 3.3

3.6

3.9 3.9

4.3

4.7 4.7 4.7

5.1

5.6 5.6

6.2

6.8 6.8 6.8

7.5

8.2 8.2

9.1

额定功率 电阻在使用中要消耗一定的功率,这部分功率变成热量使电阻的温度升高,为保证电阻正常使用而不致烧坏,它所承受的功率不能超过规定的限度,这个最大限度就称为电阻的额定功率。一般可分为:\(\frac{1}{8}\)、1;4、

12、1、2、5、10瓦……。电阻的额定功率在电路中的表示方法如图1所示。

电阻的种类和构造

电阻的种类很多,按照结构可分为线绕电阻和非线绕电阻两类,下面介绍一下常用的几种电阻。

线绕电阻 是用镍铬丝或锰铜丝、康铜丝绕在瓷管上制成的。这种电阻工作稳定可靠、误差较小、耐温较高,可以制成额定功率很大(100瓦以上)的电阻。线绕电阻又可分成固定式与可调式两种,前者的阻值是固定的,后者阻值可以在一定范围内调整。线绕电阻的额定功率标称阻值及误差都在电阻上标明,它的外形、构造见图5。

图3
图3 🔍原图 (374×681)

碳膜电阻 是非线绕电阻的一种。这种电阻是把瓷棒放在被碳炉中,在高温、真空状态下沉积上一层碳膜制成的。碳膜电阻的表面上一般涂有绿色的保护漆。这类电阻体积较小,稳定性较高,阻值范围较宽,是目前用得最广的一种电阻。它的外形和构造见图6。

图4
图4 🔍原图 (524×641)

碳膜电阻和下面要介绍的金属膜电阻,它们的额定功率并不在电阻上标出。只要看看电阻的长度和直径,参看表2,就可以知道它的额定功率了。

表2 碳膜和金属膜电阻外形尺寸与额定功率的关系

额定功率 RT碳膜电阻 RJ金属膜电阻

(瓦) 长 度 直 径 长 度 直 径

(毫米)(毫米) (毫米)(毫米)

\(\frac{1}{8}\)11 3.9 6~8 2~2.5
\(\frac{1}{4}\)18.5 5.5 7~8.3 2.5~2.9
\(\frac{1}{2}\)28.0 5.5 10.8 4.2

1 30.5 7.2 13.2 6.6

2 48.5 9.5 18.5 8.6

金属膜电阻 这种电阻是在高压真空下,往瓷管上蒸发一层很薄的金属膜制成的。它也是一种非线绕电阻。这类电阻的外形和结构与碳膜电阻相似,见图7。为了使于和碳膜电阻相区别,它的表面通常涂上红色或棕红色的保护漆。这种电阻的性能比碳膜电阻更为优越,如阻值范围很宽、体积很小(在同样额定功率下体积仅为碳膜电阻的\(\frac{1}{2}\)左右)、精密度可以做得很高(误差可达到±0.05%)、在稳定性、耐高温性能方面也比碳膜电阻好。因此这类电阻通常用在质量要求较高的无线电设备中。

此外,还有许多种电阻,如精密线绕电阻、实芯电阻、合成膜电阻、金属氧化膜电阻等,由于在使用上不如前面几种电阻普遍,这里就不一一介绍了。

使用电阻的常识

1.应根据无线电设备的使用条件和电路中的具体要求来选用电阻的品种及误差,不要片面采用高精度产品。在阻值方面要优先采用标称阻值系列里有的规格。所选电阻的额定功率应比它实际承受的功率大1.5~2倍为好,以保证电阻的长期可靠性。

2.小型电阻的引线不要剪得过短,一般应不小于5mm,避免在焊接时热量传入电阻内部,引起阻值的变化。

3.额定功率10瓦以上的线绕电阻在使用时应固定在特制的支架上,同时要留有一定的散热空间,防止电阻温升过高或烤坏其它元件。可调式线绕电阻要安装在便于调整的地方,需要调整阻值时,要首先松掉卡环上的螺丝再进行调整,防止拉断电阻丝。

4.电阻损坏后应查清损坏的原因,排除故障,然后换用同规格的电阻。如因电阻额定功率太小而烧毁,则应换用额定功率较大的产品。

5.电阻在使用前最好用仪表测量一下阻值,核对无误后再用。

6.非线绕电阻在使用前经过一次老练可以提高它的稳定性。老练方法是在电阻两端加以直流电压V,使电阻承受的功率为额定功率的1.5倍,即\(\frac{V}{^{2}}\)R=1.5P额定,V=\(\sqrt{1}\).5RP额定。老练时间要长达5分钟。老练后的电阻要在常温下恢复30分钟,再测量阻值。

7.在装配中,放置电阻时,应使它的标志易于观察,以便核对。

(北京无线电元件厂工人 杨文忠 王永安)