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1.1 电阻(位)器

电阻(位)器是在电子电路中用得最多的元器件之一,电阻器又叫电阻。在电路中主要起分压、分流、负载(能量转换)等作用,也用于稳定、调节、控制电压或电流的大小。

电阻(位)器的文字符号用大写字母“R”表示。电阻的单位是欧姆(Ω),常用的单位还有千欧姆(kΩ)、兆欧姆(MΩ)。它们之间的换算关系是

1MΩ=103kΩ=106Ω

1.1.1 电阻(位)器的类型及其主要参数

电阻(位)器从结构上可分为固定电阻(位)器和可变电阻(位)器两大类,常见电阻(位)器的外形和电路图形符号如图1.1所示。

图1.1 常见电阻(位)器的外形和电路图形符号

电阻器种类很多,通常可分为固定电阻器、可变电阻器、敏感电阻器、熔断电阻器和集成电阻器。

熔断电阻器又称保险电阻器,是一种具有电阻器和熔断器双重作用的具备复合功能的特殊元器件,分为可恢复式熔断电阻器和一次性熔断电阻器。熔断电阻器在电路正常工作时起电阻作用,当电路发生故障则迅速熔断。

敏感电阻器是指对光、电压、磁场、温度、空气湿度、气体浓度等反应敏感的电阻器,如热敏电阻器、压敏电阻器、光敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器及力敏电阻器等。

电位器就是在可调电阻上再加一个开关,做成同轴联动形式,如收音机中的音量旋钮和电源开关等。

根据国家标准GB2470—1995的规定,电阻器及电位器的型号由4部分组成,如表1.1所示。

表1.1 电阻器和电位器的型号命名法

例如,RJ71-0.125-5.1kI型电阻器。

可见,RJ71表示精密金属模电阻器,其额定功率为0.125W,标称电阻值为5.1kΩ,允许偏差为±5%。

1. 额定功率

在规定的温度和环境下,电阻器在电路中长时间连续正常工作时所允许消耗的最大功率,叫电阻器的额定功率。如果电阻器在超过额定功率的情况下工作,温度会明显升高,电性能也会不稳定,严重的会烧毁。

对于不同类型的电阻器有不同的额定功率等级,表1.2列出了电阻(位)器的额定功率等级。不同额定功率的电阻器,在电路图中的标注有多种,有的是直接在电路图中标出该电阻器的功率数值(如 хW或 ххW),有的则在图中用电路图符号来表示,如图1.2所示。

表1.2 电阻(位)器的额定功率等级

图1.2 电阻器额定功率的符号表示

2. 标称阻值和允许偏差

电阻器上所标注的阻值称为标称值。电阻器的实际阻值R和标称值RR之差除以标称值所得到的百分数,为电阻器的允许误差δ

误差越小的电阻(位)器,其标称值规格越多。常用固定电阻(位)器的标称值系列如表1.3所示,允许误差等级如表1.4所示。

表1.3 常用电阻(位)器的标称值系列

表1.4 常用电阻(位)器的允许误差等级

电阻(位)器上的标称值是按国家规定的阻值系列标注的,因此在选用时必须按阻值系列去选用,使用时将表中的数值乘以10nΩ(n为整数),就成为这一阻值系列。如E24系列中的1.8就代表有1.8Ω、18Ω、180Ω、1.8kΩ、180kΩ等系列电阻值。

3. 电阻器的标识

阻值和允许误差在电阻上常用的标识方法有4种。

(1)直接标识法。将电阻器的阻值和误差等级直接用数字和文字符号标识在电阻器上。对小于1000Ω的阻值只标出数值,不标单位。精度等级只标Ⅰ级或Ⅱ级,Ⅲ级不标注。电阻器直接标识法如图1.3所示。它的标称值是1.5MΩ,允许误差为±10%,RT-5表示是碳膜电阻,额定功率为5W。

图1.3 电阻器直接标识法

(2)文字符号法。将需要标识的主要参数与技术指标用文字和数字符号有规律地标识在电阻器上。欧姆用Ω表示、千欧用k表示、兆欧(106Ω)用M表示、吉欧(109Ω)用G表示、太欧(1012Ω)用T表示。电阻值的整数部分写在阻值单位的前面,电阻值的小数部分写在阻值单位的后面,特定的字母表示电阻的允许偏差,可参照表1.4。

[例1.1] 用文字符号法表示0.12Ω、1.2Ω、1.2kΩ、1.2MΩ、1.2 × 109Ω电阻的阻值大小。

解:0.12Ω的文字符号表示为R12;

1.2Ω的文字符号表示为1R2或1Ω2;

1.2kΩ的文字符号表示为1K2;

1.2MΩ的文字符号表示为1M2;

1.2×109Ω的文字符号表示为1G2。

[例1.2] 解释下列用文字符号法标注的电阻的含义:7R5J、3k3K、R12。

解:7R5J表示该电阻标称值为7.5Ω,允许偏差为±5%;

3k3K表示该电阻标称值为3.3kΩ,允许偏差为±10%;

R12表示该电阻标称值为0.12Ω,允许偏差为±20%。

(3)数码标注法。用3位阿拉伯数字标注在电阻器上来表示电阻器的标称值的方法称为数码标注法。前两位代表电阻值的有效数,第三位数n表示倍乘10n(即有效值后0的个数),这里n取0~8,9是个特例,意思是10-1,单位默认为Ω,电阻器的允许误差表示与文字符号法相同。

[例1.3] 解释下列用数码标注法标注的电阻的含义:102J、756K、220、229。

解:102J表示该电阻标称值为10×102=1kΩ,J表示该电阻的允许偏差为±5%;

756K表示该电阻标称值为75×106=75MΩ,K表示该电阻的允许偏差为±10%;

220表示该电阻标称值为22×100=22Ω,该电阻的允许偏差为±20%;

229表示该电阻标称值为22×10-1=2.2Ω,该电阻的允许偏差为±20%。

(4)色环标识法。对体积很小的电阻和一些合成电阻器,其阻值和误差常用色环来标识,如图1.4所示。色环标注法有4环和5环两种。4环电阻器有4道色环,第一道环和第二道环分别表示电阻器的第一位和第二位有效数字,第三道环表示10的乘方数(10nn为颜色所表示的数字),第四道环表示允许误差(若无第四道色环,则误差为± 20%)。色环电阻的单位一律为Ω。

图1.4 电阻器的色环标识法

现在普遍使用的是精密电阻,精密电阻一般用5道色环标识,它的前3道色环表示3位有效数字,第四道色环表示10nn为颜色所代表的数字),第五道色环表示阻值的允许误差。四色环电阻器和五色环电阻器的色标含义如表1.5和表1.6所示。

表1.5 四色环电阻器的色标表示法

表1.6 五色环电阻器的色标表示法

采用色环标识的电阻器,颜色醒目,标识清晰,不易褪色,从不同角度都能看清阻值和允许偏差。目前在国际上都广泛采用色标法。

注意:读色环的顺序规定为,更靠近电阻引线的色环为第一环,离电阻引线远一些的色环为最后的环(即偏差环);偏差环与其他环的间距要大(通常为前几环间距的1.5倍)。若两端色环离电阻两端引线等间距时,可借助于电阻的标称值系列(表1.3)及色环符号规定(表1.5和表1.6)中有效数字与偏差的特点来判断。

[例1.4] 如图1.5所示,读出图1.5所示两色环电阻标识的阻值。

图1.5 色标法的电阻器

解:在图1.5(a)中,该色环电阻的有效色环是黄色(4)、紫色(7),倍乘环是黄色(104),误差环是金色(±5%)。即该色环电阻为470000Ω±5%=470kΩ±5%。

在图1.5(b)中,该色环电阻的有效色环是棕色(1)、紫色(7)、灰色(8),倍乘环是黄色(102),误差环是棕色(±1%)。即该色环电阻为17800Ω±1%=17.8kΩ±1%。

4. 电位器的类型

电位器按材料可分为线绕电位器(WX)、有机实心电位器(WS)、碳膜电位器(WT)、金属膜电位器(WJ)、玻璃釉电位器(WI)等;按结构可分为单圈电位器、多圈电位器、单联电位器、双联电位器、多联电位器、抽头式电位器、贴片式电位器、锁紧式电位器和非锁紧式电位器等;按开关的调节形式又有旋转式电位器、推拉式电位器、直滑式电位器等;按驱动方式不同可分为手动调节电位器和电动调节电位器等。

(1)碳膜电位器。碳膜电位器主要由马蹄形电阻片和滑动臂构成,其结构简单,阻值随滑动触点位置的改变而改变。碳膜电位器的阻值范围较宽(100Ω~4.7MΩ),工作噪声小、稳定性好、品种多,因此广泛用于无线电设备和家用电器中。

(2)线绕电位器。线绕电位器是由合金电阻丝绕在环状骨架上制成的。其优点是能承受大功率且精度高,电阻的耐热性和耐磨性较好;其缺点是分布电容和分布电感较大,影响高频电路的稳定性,故在高频电路中不宜使用。

(3)直滑式电位器。其外形为长方体,电阻体为板条形,通过滑动触头改变阻值。直滑式电位器多用于收录机和电视机中,其功率较小,阻值范围为470Ω~2.2MΩ。

(4)方形电位器。这是一种新型电位器,耐磨性好,装有插入式焊片和插入式支架,能直接插入印制电路板,不用另设支架。常用于电视机的亮度、对比度和色饱和度的调节,阻值范围在470Ω~2.2MΩ,这种电位器属于旋转式电位器。

5. 电位器的主要参数

电位器的主要参数除与电阻器相同之外还有如下参数。

(1)阻值的变化规律。这是指电位器的阻值随转轴旋转角度的变化关系,可分为线性电位器和非线性电位器。常用的有直线式、对数式、指数式,分别用X,D,Z字母来表示。字母符号一般印在电位器上,使用时应特别注意。

直线式电位器适用于做分压器,常用于示波器的聚焦和万用表的调零等方面;对数式电位器常用于音调控制和电视机的黑白对比度调节,其特点是先粗调后细调;指数式电位器常用于收音机、录音机、电视机等的音量控制,其特点是先细调后粗调。

(2)额定功率。电位器的两个固定端上允许耗散的最大功率为电位器的额定功率。使用中应注意,额定功率不等于中心抽头与固定端的功率。电位器的额定功率有0.1W、0.25W、0.5W、1W、1.6W、2W、3W、5W、10W、16W、25W等。

(3)标称阻值。标称阻值指标在电位器上的阻值,其系列与电阻的系列类似,它等于电阻体两个固定端之间的电阻值。

(4)允许误差等级。根据不同精度等级,实际阻值与标称阻值可允许± 20%、± 10%、± 5%、±2%、±1%的误差。精密电位器的精度可达±0.1%。

注意:由于电阻体阻值分布的不均匀性和滑动触点接触电阻的存在,电位器的滑动臂在电阻上移动时会产生噪声,这种噪声对电子设备的工作将产生不良影响。

1.1.2 电阻(位)器的检测

1. 普通电阻器的检测

当电阻器的参数标识因某种原因脱落或欲知道其精确阻值时,就需要用仪器对电阻器的阻值进行测量。对于常用的碳膜电阻器、金属膜电阻器及线绕电阻器的阻值,可用普通数字式万用表和指针式万用表的电阻挡直接测量。在具体测量时应注意以下两点:

(1)合理选择量程。如果使用指针式万用表。先将万用表功能选择置于“Ω”挡,由于指针式万用表的电阻挡刻度线是一条非均匀的刻度线,因此必须选择合适的量程,使被测电阻的指示值尽可能位于刻度线的0刻度到全程2/3的这一段位置上,这样可提高测量的精度。对于上百千欧的电阻(位)器,则应选用R×10k挡来进行测量。

(2)注意调零。所谓“调零”就是将万用表的两支表笔短接,调节“调零”旋钮使表针指向表盘上的“0Ω”位置上。

2. 热敏电阻器的检测

常温检测:在接近25℃室内温度下,用万用表两表笔接触热敏电阻器的两个引脚,测出的阻值与标称值相对比,二者相差在规定的误差范围内即为正常,若测出的阻值与标称值相差较大,则说明其性能不良或已损坏。

注意:室温高于25℃时,正温度系数(PTC)热敏电阻器阻值偏大,负温度系数(NTC)热敏电阻器阻值偏小。

加温检测:使热敏电阻器升温或降温(如电烙铁靠近热敏电阻器对其烘烤加热、体温加热、酒精降温等),同时用万用表监测其电阻值,如果P TC热敏电阻器随温度的升高阻值增大、NTC热敏电阻器随温度的升高阻值减小,说明热敏电阻器正常;若阻值无变化或变化很小,说明热敏电阻器已损坏或功能失效,不能继续使用。

常温测量时,注意不要用手捏住热敏电阻体,以防止人体温度对检测产生影响;加温测量时,注意热源不要与热敏电阻器靠得过近或直接接触热敏电阻器,以免损坏元件。

3. 压敏电阻器的检测

用万用表测量压敏电阻器两个引脚间的绝缘电阻,应为无穷大,否则说明漏电。若所测电阻很小,说明压敏电阻器已损坏,不能使用。

4. 光敏电阻器的检测

(1)亮、暗电阻测量。在挡住光敏电阻器透光窗口和将光线射进光敏电阻器的透光窗口的情况下,分别用万用表测量光敏电阻器的阻值,其暗电阻值越大、亮电阻值越小(或亮、暗电阻相差越大),说明光敏电阻器性能越好;若暗电阻很小、亮电阻很大,说明光敏电阻器已损坏,不能使用。

(2)动态电阻测量。改变射入光敏电阻器。透光窗口的光线强度或改变透光窗口的大小,万用表指针应随光线强弱的变化而左右摆动;如果万用表指针始终停在某一位置不动,则光敏电阻器的光敏材料已经损坏。

5. 电位器的检测

(1)检测要求。电位器的总阻值要符合标识数值,电位器的中心滑动端与电阻体之间要接触良好,其动态噪声和静态噪声应尽量小,其开关应动作准确可靠。

(2)检测方法。先测量电位器的总阻值,即两端片之间的阻值为标称值,然后再测量它的中心端与电阻体的接触情况。将一支表笔接电位器的中心焊接片,另一支表笔接其余两端片中的任意一个,慢慢将其转柄从一个极端位置旋转至另一个极端位置,其阻值则应从零(或标称值)连续变化到标称值(或零)。