第5节 电阻器
- 1. 什么是电阻器？
- 2. 电阻器原理图符号和值
- 3. 可变电阻器
- 4. 电阻器的额定功率
- 5. 电阻器有什么用？
- 6. 示意图上的“负载”
- 7. 分析电阻电路
- 8. 电阻材料
- 9. 关键绩效指标 (KPI)
- 10. 总结
- 11. 总目录
- 12. 参考
- 13. 附注
由于所有电路中的电压、电流和电阻器之间的关系都遵循欧姆定律，所以我们可以简单地通过控制其他两个变量来控制电路中的任何变量。电路中最容易控制的变量就是电阻器，这可以通过改变其导电器件的材料、尺寸和形状来实现（还记得灯的细金属丝是如何产生比粗线更大的电阻器的吗？）。
# 1. 什么是电阻器？
电阻器目的是为了创建精准的"电阻力"以接入电路。它们通常由金属线或碳制成，并经过精心设计，可在各种环境条件下保持稳定的电阻值。
与灯不同，它们不产生光，但它们会在工作电路中消耗电能时产生热量。但是，通常电阻器的目的不是产生可用热量，而只是提供精准的"电阻力"。
# 2. 电阻器原理图符号和值
电阻器最常见的原理图符号是锯齿形线：
以欧姆为单位的电阻通常以相邻的数字编号，如果电路中存在多个电阻，它们将用唯一的标识符编号，例如 R1、 R2、 R3等，电阻符号可以水平或垂直显示：
真正的电阻器看起来一点也不像之字形符号。相反，它们看起来像带有两根导线的小管或圆柱体，用于连接电路。以下是不同种类和尺寸的电阻器的示例：
为了更符合其物理外观，电阻器的替代原理图符号看起来像一个小的矩形框（和上面的电阻符号一样，不同的标准下，不一样，一张图纸保持一致即可)：
电阻器也可以是能调节阻值大小的而不是固定的。用于描述一个使用可调节电阻器的实际物理设备，或者是表示一些具有不稳定电阻器的器件：
每当您看到一个用对角箭头穿过它的器件符号时，该器件表示是可变的而不是一个固定值。此符号“修饰符”（对角箭头）是标准电子符号约定。
# 3. 可变电阻器
可变电阻器必须有一些物理调节手段，可以是旋转轴或可以移动以改变电阻器量的杠杆。下图显示了一些称为电位器的设备，可用作可变电阻器：
# 4. 电阻器的额定功率
电流在流过电阻器时会克服电阻器的“摩擦力”做功产生热能，因此电阻器的额定值还取决于散热的能力，避免因产生的热能造成器件过热和持续损坏(1)。此额定功率以“瓦特”为单位。大多数便携式收音机等小型电子设备中的电阻器的额定功率为 1/4 (0.25) 瓦或更小。
任何电阻器的额定功率大致与其物理尺寸成正比。请注意第一张图中的额定功率与尺寸的关系：电阻器越大，其额定功耗就越高。但是请注意电阻器（以欧姆为单位）与尺寸无关！尽管现在让设备除了抵抗电流产热似乎是无意义的，但电阻器在电路中是非常有用的设备。
因为它们很简单，并且在电力和电子领域普遍使用，所以我们将花费大量时间来分析仅由电阻器和电池组成的电路。
# 5. 电阻器有什么用？
有关电阻器实用性的实际说明，请查看下面的图片。它是印刷电路板（(PCB )的图片：由绝缘酚醛纤维板和导电铜条夹层组成的器件，可以通过“焊锡焊接”的低温焊接工艺将器件插入并固定在其中。
该电路板上的各种器件由印刷标签标识。电阻器以字母“R”开头的标签表示。
这种特殊的电路板是一种称为“调制解调器”的计算机配件，它允许通过电话线传输数字信息。在这个调制解调器的板上至少可以看到十几个电阻器（额定功耗全部为 1/4 瓦）。每个黑色矩形（称为“集成电路”或“芯片”）都包含自己的电阻器阵列，用于其内部功能。另一个电路板示例显示了以更小的单元封装的电阻器，称为“表面贴装器件”。
这个特殊的电路板是个人计算机(PC)硬盘驱动器的底部，焊接在其上的电阻器也是标有以字母“R”开头的标签：
这块电路板上有一百多个表面贴装(SMD)电阻器，当然，这个数字不包括黑色“芯片”内部的电阻器数量。这两张照片应该让任何人相信电阻器虽然是“仅仅”阻止或减小电流流动的器件，但它是电子领域非常重要的器件！
# 6. 示意图上的“负载”
在示意图中，电阻器符号有时用于替代电路中任何通用类型的设备、或者一组器件。任何不提供电源的电气设备通常都称为负载，因此，如果您看到显示标有“负载”的电阻器符号的示意图，特别是在解释一些与实际使用电力无关的概念的教程电路图中，该符号只是用来表示一个模块或者一些特定的器件组合，把它们整体作为一个电阻器分析即可。
# 7. 分析电阻电路
为了总结我们在本课中学到的知识，让我们分析以下电路，从给出的信息中尽可能地进行分析：
我们在这里得到的只是电池电压（10 伏）和电路电流（2 安培）。我们不知道电阻器的大小（以欧姆为单位）或电阻器所消耗的功率（以瓦特为单位）。看看我们的一系列欧姆定律方程，发现两个方程可以从已知的电压和电流量中得到答案：
将已知量的电压 (E) 和电流 (I) 代入这两个方程，我们可以确定电路电阻器 (R) 和功耗 (P)：
对于 10 伏特和 2 安培的电路条件，电阻器的电阻器必须为 5 Ω。如果我们要设计一个在这些值下工作的电路，我们必须选择一个最小额定功率为 20 瓦的电阻器，否则它会过热并失效（烧毁）。
# 8. 电阻材料
可以用做电阻器的材料有很多，每种材料都有自己的特性和特定的使用领域。大多数电气工程师使用以下类型：
# 1. 绕线 (WW) 电阻器
绕线电阻器是将电阻器线以螺旋状缠绕在不导电的磁芯上而成的。它们通常用于高精度和功率应用。芯线通常由陶瓷或玻璃纤维制成，电阻器丝由镍铬合金制成。它们不适用于频率高于 50kHz 的应用。
低噪声和相对于温度变化的稳定性是绕线电阻器的标准特性。电阻器值范围为 0.1 到 100 kΩ，精度在 0.1% 到 20% 之间。
# 2. 金属膜电阻器
镍铬合金或氮化钽通常用于金属膜电阻器。陶瓷材料和金属的组合通常作为电阻器材料。电阻器值通过在薄膜中切割出的螺旋图案进行改变，就像用激光或研磨剂切割碳薄膜一样。金属膜电阻器在温度范围内的稳定性通常不如绕线电阻器，但可以更好地处理更高的频率。
# 3. 金属氧化膜电阻器
金属氧化物电阻器使用氧化锡等金属氧化物，使其与金属膜电阻器略有不同。这些电阻器比金属膜电阻器可靠且稳定，并且可以在更高的温度下工作。因此，金属氧化膜电阻器用于需要高耐用性的应用中。
# 4. 箔电阻器
箔电阻器开发于 1960 年代，它仍然是您能找到的最精确和最稳定的电阻器类型之一，并用于具有高精度要求的应用。粘有薄块状金属箔的陶瓷基板构成了电阻器元件。箔电阻器具有非常低的电阻器温度系数。
# 5. 碳成分 (CCR) 电阻器
直到 1960 年代，碳成分电阻器一直是大多数应用的标准。它们是可靠的，但不是很准确（它们的公差不能超过 5% 左右）。CCR电阻器的电阻器元件使用细碳颗粒和非导电陶瓷材料的混合物。
该物质被模制成圆柱体形状并烘烤。主体的尺寸和碳与陶瓷材料的比例决定了电阻器值。在这个过程中使用更多的碳意味着会有更低的阻力。CCR 电阻器仍然适用于某些应用，因为它们能够承受高能量脉冲，一个很好的示例应用是在电源中。
# 6. 碳膜电阻器
碳膜电阻器在绝缘圆柱形芯上具有薄碳膜（在膜中带有螺旋形切口以增加电阻器路径）。这允许电阻器值更准确并且还增加了电阻器值。碳膜电阻器比碳成分电阻器准确得多。特殊碳膜电阻器用于需要高脉冲稳定性的应用。
# 9. 关键绩效指标 (KPI)
关键指标
# 10. 总结
- 电阻器用于在电路中提供精确的电阻器值。电阻器根据其电阻器（欧姆）和散热能力（瓦特）进行评估选用。
- 电阻器的电阻额定值不是由物理尺寸确定，额定功率尺寸、体积相对确定。电阻器越大，它可以安全地消耗越多的功率而不会受到损坏。
- 任何使用电力执行某些有用任务的设备通常称为负载。有时在原理图中使用电阻器符号来代替一组消耗电能的负载，而不是实际电阻器。
# 11. 总目录
# 12. 参考
# 13. 附注
- (1) 电阻器的额定值还取决于它们可以消散多少热能而不会过热和持续损坏，这就要求，我们选择电阻器等器件时，要考虑功率要求，能够通过足够的电流，或者能够承受足够的电压，有些电路是大电流、大电压的场合，用了额定功率比较小的器件(电流乘以电压比较小)，短时间内就会烧毁！
一次校对：向导协作团队 --- 八天一吨水 (opens new window)