尽管现在一个CPU内部可以集成几百亿个晶体管,但是电阻、电容、电感、保险、变压器这些电子电路的基础元件只能越来越小型化或模块化,始终无法高度集成。
电阻的发展历程也是和科技进步亦步亦趋的,为什么几十年前的电视机、收音机体积那么大,而现在只需要一个芯片就可以实现其全部功能?这里面不但有集成电路的作用,而且和电阻越来越小型化也是分不开的。
一、电阻按材料分类
1、线绕电阻
线绕电阻是使用康铜丝之类有一定阻值的电阻丝在陶瓷等绝缘骨架上面根据阻值大小绕制一层或多层构成。也可以根据需要采用无感绕法,使用线绕电阻在使用电路中没有电感干扰,制成无感线绕电阻。
线绕电阻阻值精密度高,电阻阻值一般较小、体积较大,主要用作功率电阻,适用于精密仪器仪表等电子设备中作为分压、降流、降压或负载电阻使用。
线绕电阻在功放设备中比较常见,在电视机开关电源和LED恒流电路上也能见到。
2、金属膜电阻
金属膜电阻是通过真空加热合金,使用合金蒸汽在陶瓷管表面形成一层导电金属膜,阻值大小可以通过刻划不同的凹槽和控制金属膜的厚度来实现。
金属膜电阻 耐热性能和温度系数等优势明显。
表面安装无引脚金属膜电阻
金属膜电阻一般在电阻表面以色环表示阻值大小,每一个电阻的阻值不是任意的,而是有一定的规格标准。同时用不同体积尺寸表示功率大小,分别有1/16W,1/8W,1/4W,1/2W,1W,2W,5W,10W。
电阻阻值大小常用的色环表示法,有四色环和五色环两种,其中五色环为精密电阻。误差精度分别用银、金、紫、蓝、绿、红、棕来表示。
3、碳膜电阻
碳膜电阻也是采用高温真空镀膜工艺,在陶瓷管表面形成一层碳膜,根据阻值不同镀膜厚度不同,并用刻划不同的槽数确定阻值,最后在表面涂抹一层环氧树脂进行密封保护。
碳膜电阻的好处是价格便宜,阻值和功率范围更宽,缺点是生产工艺不良时能够导致碳膜电阻变值。
4、水泥电阻
水泥电阻一般都是功率电阻,同部是电阻丝发热,外面为白色陶瓷外壳,密封材料为耐热阻燃水泥,所以一般称为水泥电阻。
水泥电阻阻值 一般都不大,数欧到数百欧,功率有5W,10W,20W,50W,00W等。水泥电阻在电脑设备和电视机中基本没有使用,在工业设备和功放机中使用较多。
5、金属箔电阻
金属箔电阻是通过真空熔炼制成镍铬合金,再通过碾压的方式制成金属箔,接着把金属箔粘合在陶瓷基板上,最后使用光刻工艺来控制箔的形状从而实现电阻阻值的不同。
6、无感电阻
无感电阻常使用金属膜或碳膜材料制成,具有低电感、电电容和高稳定性,以及耐高温等优点。无感电阻常用于高频放大器、滤波器和功放放大器等电路中使用。
7、厚膜电阻
厚膜电阻有是使用丝网印刷方法,先在陶瓷基板上贴一层钯化银电极,再在电极之间印刷一层二氧化钌,最后封装外壳制成电阻。厚膜电阻与薄膜电阻相比,电阻层较厚,大约为100微米。厚膜电阻常使用TO 220和TO247封装,安装固定更加方便,功率也更大,常见的有35W,50W和100W。厚膜电阻常用于功率电阻有,其阻值精度一般不高。
使用类似工艺的薄膜电阻,厚度一般只有0.1微米,但是其光刻工艺十分准确,其阻值精度很高,常用于制作贴片电阻。
8、排阻
排阻主要就用在数字电路中,常作用MCU输出或输入信号的上拉或下拉电阻。其主要作用就是方便安装和焊接。早期是直插式的,现在更多的是贴片式的。
9、可调电阻
可调电阻是指在电阻阻值通过调节旋钮可以一定范围内变化的电阻,常见的可调电阻有直插式,贴片式,以及大功率瓷盘式和线绕滑动式等。
1)、贴片可调电阻
此类可调电阻尺寸很小,只有两三个毫米大小,在电视机、笔记本的液晶屏电路中也能看到。
2)、直插式可调电阻
这类可调电阻常用于光敏、湿敏等电路调试时使用,通过调整可以改变灵敏度和延时时间等。
3)、圆盘型可调电阻
此类电阻也是功率电阻,直接用于控制用电设备功率调节使用,阻值从1欧到2K欧,功率从25W到500W都有。
4)、大功率滑动变阻器
此类电阻经常用于工业设备控制中,生产车间使用的天车刹车电阻,功率有50W,100W,200W,500W,1000W等不同规格。
10、电位器
电位器我们接触的较多,收音的音量旋钮,音箱的音量调节旋钮和高低音调节使用的都是电位器。此类电位器工艺简单,是使用一组或几组同轴金属簧片,通过在同轴碳膜上滑动改变输出阻值大小,从而实现控制相应电子设备的信号大小。
因为碳膜生产工艺的离散性,碳膜电位器一般应用在调压或调整音量的低端设备中。高端的功放音响设备为保证音质,会使用双圈线绕电位器,能够保证双路电阻一致。
11、可调多圈电位器
也叫精密可调电位器,是一种能够高精度调节输出电阻阻值大小的可变电位器,调整圈数有5圈和10图等。这类电位器优点是线性优良,输出阻值更加精细,常用于电压输出调节、音响功放输出等电路。
12、数字电位器
数字电位器也叫做可编程电位器,数字电位器取消了碳膜基片和金属滑片,是一种可以通过数据线提前编程设置,在使用中可以可靠为了输出模拟信号的电子设备。
也有的一种是施转旋钮能够稳定输出数字编号的设备,再有计算机处理信号后,就可以实现数字音量调节。使用数字电位器避免了接触不良、噪音,双声道不同步等问题。
13、贴片电阻
贴片电阻有的是使用高温蒸发技术将电阻材料(金属合金,金属氧化物等材料)蒸镀在陶瓷基板表面,通过控制不镀膜厚度来改变不同阻值。
有的是使用丝网印刷工艺,把金属粉和玻璃轴混合胶质印在陶瓷基板上制成不同阻值的电阻,通过比例搭配控制电阻值的不同。
随着数字技术的快速发展,现在贴片合金电阻应用的更加广泛,常用的贴片电阻规格有0603,1005,1608,2012,3216等规格。我们在笔记本主板,手机主板上面看到的比芝麻还小的小元件黑色的一般是贴片电阻,棕色的一般是贴片电容。
14、可编程电阻
这种电阻板通过跳线组合可以实现0-9.9999999M之间阻值的变化,主要用于实验场合,作用类似线性可调电阻。
二、按材料特殊用途
1、光敏电阻
光敏电阻是使用硫化镉或硒、硫化铝、硫化铅等材料制成,能够对特定波长的光照作出反应,在光照下阻值迅速变小。一般情况下在黑暗环境下,光敏电阻呈高阻状态,阻值可达1兆欧,在有光的条件下,阻值会小于1千欧。
光敏电阻主要用于需要对环境光变化的检测的电子设备中,我们使用摄像机、手机、路灯、楼梯灯中都有使用。
因为光敏电阻和光敏二极管特性相近,所以在一些电路中可以使用光敏二极管代替。
2、压敏电阻
压敏电阻是使用氧化锌作材料制成,在某一特定电压范围内,随着电压的升高,电流急剧增大,呈现雪崩效应,瞬间导通。压敏电阻是一种典型的非线性电阻,当压敏电阻两端的电压低于阀值时,通过压敏电阻的电流几乎为零。当压敏电阻两端的电压高于阀值时,会表现出雪崩现象,瞬间阻值为零,大电流通过。
压敏电阻在电视机、计算机和工业设备中使用较多,主要用于防止市电电压大幅波动损坏家用电器,以及夏天时雷击对设备的影响。
3、热敏电阻
热敏电阻就是对温度变化敏感的电阻,常见的有PTC和NTC两种,其中PTC电阻可用于温度传感器和PTC加热材料。
1)、PTC
PTC电阻会随着温度的升高,阻值同步变高,常用于电脑主板,电池,风扇,电机的温度检测,以保证设备的可靠稳定运行。
2)、NTC电阻
NTC电阻的特点是随着温度升高,阻值变小,甚至接近于零。所以NTC电阻常用于开关电源的220V整流电路中,用于冷开机时限制400V电容的充电电流,防止烧毁保险或者损坏整流二极管。
NTC电阻的测量也比较简单,两支表笔压紧电阻两个引脚,再用手或电烙铁接触电阻,观察阻值是否同步变化。只要同步变化,就说明这个电阻是正常的。
NTC电阻制成的温度传感器
4、力敏电阻
力敏电阻准确一点,应该叫做压力传感器,能够把环境中的压力信号转换为数字信号,传输给计算机进行处理。
5、湿敏电阻
湿敏电阻能够对湿度做出反应,可以检测环境湿度变化,也可以检查土壤的含水量。
6、气敏电阻
气敏电阻是能够对相应气体浓度做出反应的一种传感器。气敏传感器针对性很强,对CO,CO2,O3,H2S等不同气体都有专门的传感器。气敏传感器一般需要预热才能可靠稳定工作,同时气敏传感器有较短的使用寿命,到过寿命周期后就需要更换。
三、按电阻作用分类
电阻的基本作用就是阻碍电流通过,所以说根据电阻在实际电路用途不同,可以有下面的几种分法:
1、降(分)压电阻
降压电阻就是为了保护用电设备,使用用电设备能够稳定可靠工作,而设置的分压电阻,能够与用电设备阻成串联电路,分担电路中的一部分电压,使用用电设备工作在安全工作电压范围内。
图示是12V供电电路,要想使3.8V0.3A的灯泡发光,直接接入肯定是不行的,灯泡直接就冒烟了。根据电阻分压原理,灯泡3.8V工作电压,待加入的分压电阻应该分压8.2V,那8.2V÷0.3A=27欧。查一下,27欧这个电阻是有的。
再算一下电阻的功率,P=UI=8×0.3=2.4W,2.4W的这个功率电阻是没有,那只能使用3W电阻,所以要想使用3.8V0.3A灯泡正常稳定工作,可以串入一只27欧3W的水泥电阻。
当你精通电子电路后,解决这类问题不但但是解决的问题,还要考虑节能,功耗,散热等问题。像这个降压电路,能够解决的方法还可以使用DCDC模块,线性降压模块LM2596等。
2、限流电阻
图标的电阻应用比较多,我们常见的电源插排的指示灯一般就是这个电路。这里做演示的12V供电,要点亮一只LED灯珠。我们知识LED的工作电流一般在1MA就可以亮了,最大电流不超过30MA,这个时候容易烧毁。工作电流一般取5-10MA就可以,我们可以12÷0.005=2.4K,再计算功率0.005×0.005×2.4K=0.06W,取一只2.4K 1/8W电阻就可以满足要求。
如果是220V电路,我们同理220V÷0.005=44K,碳膜电阻是没有44K的,使用47K的就可以。再计算电阻功率后我们发现0.005×0.005×44000=1.1W,这么大的功耗长时间也是很浪费的。实际会使用100K的电阻,因为220V是交流电,只有一半周期会亮。
3、过流保护电阻
在实际就用电路中,电机的线圈中会串入0欧的温度保险电阻,过热后保险断开,电机停转,可以避免电机线圈过热损坏。
在电视机和笔记本电路中,也经常使用0.047或0.022之类的小功率电阻用于保护电路,防止异常情况出现时及时断开电路,避免引发火灾事故。
4、采样电阻
在实际电路中有电压采样和电流采样,图示的电路是测量灯泡两端的电压,所以需要在灯泡两端并联一个大电阻,使用这个电阻值远远大于待测设备。这个电阻越大,对用电设备影响越小,这就是我们所说的万用表电压档的输入阻抗。
如果是测量电流,需要把一个小电阻串入用电设备中。这个时候要求取样电阻越小越好,电阻越小对用电设备影响越小,所以电流取样电阻一般都是0.1,0.22,0.47,0.68等小阻值大功率的电阻。
5、分流电阻
这里是为了演示,把两个白光二极管串联起来,一个是3W3.8V,一个是1W3.8V,如果只是两个LED二极管串联,因为串联电路电流相等,那么1W的LED二极管正常发光时,3W的二极管就不能满负载工作。如果3W的LED二极管稳定工作,那么1W的LED二极管就会因为过流而烧毁。
这个时候要想保证两个LED二极管都能稳定可靠工作,就需要给1W的LED并联一个电阻,让通过3WLED的大电流,分出一部分通过这个电阻。这样就可以保证两个不同型号的二极管都能稳定工作。
6、阻容(RC)振荡
这个是单片机电路中经常见到的RC时钟电路,对于要求不严格的单片机电路,使用RC振荡就能够满足时钟需求,能够使电路成本更低,不使用晶振。
7、上拉下拉电阻
上拉下拉电阻在数字电路中很常见,输出端一般使用上拉电阻把输出端强制为高电平,使用下拉电阻把输入端强制为低电平,这样可以避免误动作。
我们在液晶电视,笔记本电脑中的内存电路,显卡电路和CPU附近电路中经常看到一排排的小电阻,就是起这个作用。
8、耦合电阻
在这个演示电路中R1和R3都是耦合电阻,偶合电阻就是把前级的信号传递到后级,同时避免前后级互相影响。
耦合电路还可以使用电容耦合,变压器耦合,光耦等方式。
9、去耦(续流)电阻
这是电磁线圈特有的,在初级蓄能期间,次级线圈电流不能立即停止,就需要有释放回路,那么这个电路就起到这个作用。
10、负载电阻
早期的开关电源如果不接负载,次数输出电压会在一定范围内连回跳动。所以为了保证电路的可靠稳定,一般会在级的输出端+5V或+12V端接入一只数百欧的电阻,来担任开关电源输出负载,以保证开关电源的次级电压稳定。
现在新型号的开关电源已经更加智能化,能够检测出电视机的不同状态,关机,待机,开机,适时调整工作模式,使输出电压更加稳定,同时整机也更加节能。
11、跳线电阻
在笔记本电路中,有时会使用0欧电阻代替跳线,更多的都使用堵锡来代替跳线了。
四、电阻好坏判断
电阻在实际电路中的损坏主要是过热碳化烧坏,环境湿度过大腐蚀变值损坏两种,偶尔也有引脚焊点脱落造成的断开问题。反映在电阻上面就表现为:1)、阻值变大;2)、阻值无穷大;3)、阻值为零。
对于电阻的好坏判断主要是观察法和测量法,首先观察电阻表面颜色是否变化,有无烧焦烧黑现象,接着根据电阻表面的色环和数字读出阻值,再使用万用表测量其阻值是否一致。
如果在实际电路中测量的在线阻值与标称阻值相差巨大,那么可以进一步使用烙铁把电阻取下来再次测量。