電子元器件及其應(yīng)用課件：電阻器

電阻器1.1電阻器1.2電位器1.3敏感電阻器1.4電阻的檢測1.5電阻的正確選用

電阻的英文名是Resistance，通常用R來表示，它反映了導(dǎo)體的一種基本性質(zhì)，電阻的阻值與導(dǎo)體的尺寸、材料、溫度有關(guān)。根據(jù)歐姆定律，有I?=?U/R，于是可得R?=?U/I。電阻的基本單位是歐姆，用希臘字母“Ω”表示。電阻的主要職能就是阻礙電流流過。實(shí)際上，“電阻”一詞指的是材料與一種物理性質(zhì)，而通常在電子產(chǎn)品中使用的“電阻”是指電阻器這種元件。表示電阻阻值的常用單位還有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)等，其圖形符號如圖1-1所示。

圖1-1電阻器的圖形符號

1.1電阻器

1.普通電阻器的種類由于新材料、新工藝的不斷發(fā)展，電阻器的品種不斷增多。電阻器通常分為三類：固定電阻器、可調(diào)電阻器(電位器)及特殊電阻器。

(1)固定電阻器，如膜式電阻器、線繞電阻器、實(shí)芯電阻器。膜式電阻器中的碳膜電阻器是常用的電阻器。

(2)可調(diào)電阻器，如單聯(lián)電位器、帶開關(guān)電位器、鎖緊電位器、抽頭電位器、多聯(lián)電位器等。

(3)特殊電阻器，如敏感電阻器、貼片電阻器、保險電阻器、集成電阻器、電力電阻器，其中敏感電阻器在后面會講到。

2.普通電阻器的命名方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2470—1995《電子設(shè)備用固定電阻器、固定電容器型號命名方法》的規(guī)定，電阻器的型號由4部分組成(見表1-1)：第一部分用字母表示電阻器的主稱；第二部分用字母表示電阻器的主要材料；第三部分用數(shù)字或字母表示產(chǎn)品的主要特征；第四部分用數(shù)字表示序號，以區(qū)別電阻器的外形尺寸和性能指標(biāo)。

電阻器型號命名示例如下。

3.普通電阻器的識別

電阻器阻值和允許誤差常用的標(biāo)志方法有下列3種。

1)直接標(biāo)志法

直接標(biāo)志法是將電阻器的阻值和誤差等級直接用數(shù)字印在電阻器上。

2)文字符號法

文字符號法是將需要標(biāo)志的主要參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)用文字、數(shù)字和符號有規(guī)律地標(biāo)注在產(chǎn)品表面上，如歐姆用Ω表示，千歐用k表示，兆歐(106

Ω)用M表示，吉?dú)W(109

Ω)用G表示，太歐(1012

Ω)用T表示。

3)色環(huán)標(biāo)志法

色環(huán)標(biāo)志法的含義是對體積很小的電阻和一些合成電阻器，常用色環(huán)來標(biāo)注其阻值和誤差，如圖1-2所示。

圖1-2電阻器的色環(huán)標(biāo)志法

采用色環(huán)標(biāo)志的電阻(位)器，顏色醒目，標(biāo)志清晰，不易褪色，從不同的角度都能看清阻值和允許偏差。目前，國際上廣泛采用色環(huán)標(biāo)志法。色環(huán)與數(shù)字的對應(yīng)關(guān)系可以編成口訣：

4.普通電阻器的參數(shù)

1)標(biāo)稱阻值和允許誤差

(1)線繞電阻器和固定非線繞電阻器的標(biāo)稱阻值應(yīng)符合表列數(shù)值之一(或表列數(shù)值再乘以10N，其中N為正數(shù))。

(2)線繞電位器的標(biāo)稱阻值采用E12、E6兩個系列，允許誤差分為?±10%、±5%、±2%、±1%四種，后兩種僅限必要時采用。

(3)非線繞電位器的標(biāo)稱阻值采用E12、E6兩個系列，允許誤差分為?±20%、±10%、±5%、三種，±5%僅限必要時采用。

2)額定功率

電阻器的額定功率是指電阻器在大氣壓力為(99.99±4)×103?Pa(750±30?mmHg)和在規(guī)定的溫度條件下，長期連續(xù)負(fù)荷所容許消耗的最大功率。它并不是電阻器在電路中工作時一定要消耗的功率，而是電阻器在電路工作中所允許消耗的最大功率。

3)最高工作電壓

最高工作電壓是指電阻器長期工作不發(fā)生過熱或電擊穿損壞時的電壓。

4)噪聲電動勢

電阻器的噪聲電動勢在一般電路中可以不考慮，但在弱信號系統(tǒng)中不可忽視。

5.普通電阻器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1)碳膜電阻

碳膜電阻是由氣態(tài)碳?xì)浠衔镌诟邷睾驼婵罩蟹纸?，碳沉積在瓷棒或者瓷管上，形成一層結(jié)晶碳膜而制成的。

2)金屬膜電阻

金屬膜電阻是通過在真空中加熱合金，合金蒸發(fā)，使瓷棒表面形成一層導(dǎo)電金屬膜而制成的。

3)碳質(zhì)電阻

碳質(zhì)電阻是把碳黑、樹脂、黏土等混合物壓制后經(jīng)過熱處理制成的。

4)線繞電阻

線繞電阻是用康銅或者鎳鉻合金電阻絲，在陶瓷骨架上繞制而成的。

1.2電位器

1.電位器的主要特性參數(shù)表征電位器性能的參數(shù)很多，如額定功率、標(biāo)稱阻值、阻值變化規(guī)律、動噪聲、零位電阻、接觸電阻、濕度系數(shù)、絕緣電阻、耐磨壽命、最大工作電壓、精度等級等。下面介紹幾個常用參數(shù)。

1)額定功率

電位器的額定功率是指在一定的大氣壓及規(guī)定濕度下，電位器能連續(xù)正常工作時所消耗的最大允許功率。

2)標(biāo)稱阻值

標(biāo)在電位器上的阻值叫作標(biāo)稱阻值，其值等于電位器兩固定引腳之間的阻值。

3)精度等級

實(shí)測阻值與標(biāo)稱阻值之間存在一定誤差，根據(jù)不同精度等級可允許有±20%、±10%、±5%、±2%、±1%的誤差。精密電位器的精度誤差可達(dá)0.1%。

4)阻值變化規(guī)律

阻值變化規(guī)律是指電位器的阻值隨滑動片觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度(或滑動行程)而變化的關(guān)系，這種變化關(guān)系可以是任何函數(shù)形式，常用的有直線式、對數(shù)式和反轉(zhuǎn)對數(shù)式(指數(shù)式)。

2.幾種常用電位器

1)有機(jī)實(shí)芯電位器

有機(jī)實(shí)芯電位器是由內(nèi)導(dǎo)電材料與有機(jī)填料、熱固性樹脂配制成電阻粉，經(jīng)過熱壓，在基座上形成實(shí)芯電阻體而制成的。該電位器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、體積小、壽命長、可靠性高，可焊接在電路板上作微調(diào)使用；其缺點(diǎn)是耐壓低、噪聲大。

2)線繞電位器

線繞電位器是用合金電阻絲在絕緣骨架上繞制成電阻體而制成的，其中心抽頭的簧片可在電阻絲上滑動。

3)合成膜電位器

合成膜電位器是通過在絕緣基體上涂敷一層合成碳膜，經(jīng)加溫聚合后形成碳膜片，再與其他零件組合而成的。

1.3敏?感?電?阻?器

1.光敏電阻光敏電阻又稱光敏電阻器或光導(dǎo)管，其常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值會迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下做漂移運(yùn)動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻的圖形符號如圖1-3所示。圖1-3光敏電阻圖形符號

1)光敏電阻的分類

(1)按光敏電阻器的制作材料分類。

(2)按光譜特性分類。

可見光光敏電阻器主要用于各種光電自動控制系統(tǒng)，電子照相機(jī)和光報警器等電子產(chǎn)品中；紫外光光敏電阻器主要用于紫外線探測儀器；紅外光光敏電阻器主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動控制系統(tǒng)中。

2)光敏電阻器的主要參數(shù)

光敏電阻器的主要參數(shù)有亮電阻(RL)、暗電阻(RD)、最高工作電壓(VM)、亮電流(IL)、暗電流(ID)、時間常數(shù)、溫度系數(shù)、靈敏度等。

(1)亮電阻：亮電阻是指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。

(2)暗電阻：暗電阻是指光敏電阻器在無光照射(黑暗環(huán)境)時的電阻值。

(3)最高工作電壓：最高工作電壓是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。

(4)亮電流：亮電流是指在有光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照時所通過的電流。

(5)暗電流：暗電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。

(6)時間常數(shù)：時間常數(shù)是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63%時所需的時間。

(7)溫度系數(shù)：溫度系數(shù)是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃時，其電阻值的相對變化。

(8)靈敏度：靈敏度是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。

3)光敏電阻的暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流、光電流及其關(guān)系

光敏電阻在室溫條件下，全暗(無光照射)后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻；此時在給定電壓下流過的電流就是暗電流。

光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻；此時流過的電流就是亮電流。

亮電流與暗電流之差就是光電流。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。

4)工作原理

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子-空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照越強(qiáng)，光生電子-空穴對就越多，電阻值就越低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照的增強(qiáng)而增大。入射光消失，電子-空穴對逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。光敏電阻的主要參量有暗電阻、亮電阻、光譜范圍、峰值波長和時間常量等。其基本特性有伏安特性、光照特性、光譜特性等。伏安特性是指在一定光照度下，加在光敏電阻兩端的電壓和光電流之間的關(guān)系。光照特性是指在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流與光照度的關(guān)系。

2.熱敏電阻

熱敏電阻是敏感元件中的一類，按照溫度系數(shù)的不同可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(簡稱PTC)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(簡稱NTC)。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感，在不同的溫度下可表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度越高時電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。熱敏電阻的圖形符號如圖1-4所示。

圖1-4熱敏電阻圖形符號

1)熱敏電阻分類

(1)?PTC。

鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，是一種鐵電材料，純鈦酸鋇是一種絕緣材料。在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素，進(jìn)行適當(dāng)熱處理后，在居里溫度附近，其電阻率會陡增幾個數(shù)量級，產(chǎn)生PTC效應(yīng)，此效應(yīng)與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關(guān)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷是一種多晶材料，晶粒之間存在著晶粒間界面。當(dāng)達(dá)到某一特定溫度或電壓時，該半導(dǎo)瓷的晶體粒界(晶粒間界)就會發(fā)生變化，從而使電阻急劇變化。

鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)起因于粒界。對于導(dǎo)電電子來說，晶粒間界面相當(dāng)于一個勢壘。當(dāng)溫度低時，由于鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)致電子極容易越過勢壘，則電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里溫度(即臨界溫度)附近時，內(nèi)電場受到破壞，它不能幫助導(dǎo)電電子越過勢壘，這相當(dāng)于勢壘升高，會使電阻值突然增大，產(chǎn)生PTC效應(yīng)。鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢壘模型，它們分別從不同方面對PTC效應(yīng)作出了合理解釋。

實(shí)驗表明，在工作溫度范圍內(nèi)，PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實(shí)驗公式表示：

式中，RT是熱敏電阻溫度在T時的電阻值；是熱敏電阻在常溫T0下的標(biāo)稱阻值；Bp為熱敏電阻的材料常數(shù)。這里的T和T0是指K度即開爾文溫度。

(2)?NTC。

NTC(NegativeTemperatureCoefficient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝制成的半導(dǎo)體陶瓷，利用這種材料可制成具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。

NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為

式中，RT是熱敏電阻溫度在T時的電阻值；是熱敏電阻在常溫T0下的標(biāo)稱阻值；Bn為熱敏電阻的材料常數(shù)。這里的T和T0是指K度即開爾文溫度。

(3)?CTR。

臨界溫度熱敏電阻(CriticalTemperatureResistor，CTR)具有負(fù)電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)。其構(gòu)成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體，是半玻璃狀的半導(dǎo)體，也稱CTR為玻璃態(tài)熱敏電阻。其驟變溫度隨鍺、鎢、鉬等氧化物的添加而變，這是由于不同雜質(zhì)的摻入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。

2)熱敏電阻檢測

對熱敏電阻進(jìn)行檢測時，通常用萬用表歐姆擋(視標(biāo)稱電阻值確定擋位，一般為R×1擋)，具體可分兩步操作：首先進(jìn)行常溫檢測(室內(nèi)溫度接近25℃)，用鱷魚夾代替表筆分別夾住PTC熱敏電阻的兩引腳測出其實(shí)際阻值，并與標(biāo)稱阻值相對比，二者相差在?±2?Ω內(nèi)即為正常。實(shí)際阻值若與標(biāo)稱阻值相差過大，則說明其性能不良或已損壞。

接下來在常溫測試正常的基礎(chǔ)上，即可進(jìn)行第二步測試——加溫檢測，將一熱源(例如電烙鐵)靠近熱敏電阻對其加熱，觀察萬用表示數(shù)，此時如果看到萬用表示數(shù)隨溫度的升高而改變，則表明電阻值在逐漸改變(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器NTC阻值會變小，正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC阻值會變大)，當(dāng)阻值改變到一定數(shù)值時顯示數(shù)據(jù)會逐漸穩(wěn)定，說明熱敏電阻正常；若阻值無變化，說明其性能變劣，不能繼續(xù)使用。

測試時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)?Rt是生產(chǎn)廠家在環(huán)境溫度為25℃時所測得的，所以用萬用表測量Rt時，亦應(yīng)在環(huán)境溫度接近25℃時進(jìn)行，以保證測試的可信度。

(2)測量功率不得超過規(guī)定值，以免電流熱效應(yīng)引起測量誤差。

(3)注意正確操作。測試時，不要用手捏住熱敏電阻體，以防止人體溫度對測試產(chǎn)生影響。

(4)注意不要使熱源與PTC熱敏電阻靠得過近或直接接觸熱敏電阻，以防止將其燙壞。

1.4電?阻?的?檢?測

1.外觀檢查對于電阻器，通過目測可以看出引線是否松動、折斷或電阻體是否被燒壞等外觀故障；對于電位器，應(yīng)檢查引出端子是否松動，接觸是否良好，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸時應(yīng)感覺平滑，不應(yīng)有過松或過緊等情況。

2.阻值測量

用萬用表對電阻器進(jìn)行阻值測量的步驟如下：

(1)將波段開關(guān)置于歐姆擋適當(dāng)量程。

(2)將表筆短接后調(diào)零。

(3)測量(電阻沒正負(fù)極之分，表筆隨便連接電阻)。

1.5電阻的正確選用

1.電阻器的選用

1)類型選擇對于一般的電子線路，