什麼是電阻?

電阻器是一種被動電子元件,用於在電流流動中產生阻力,在幾乎所有的電力網和電子電路中都可以找到它們,電阻以歐姆 (Ω) 為測量單位,歐姆是當 1 安培 (A) 的電流通過電阻器時所產生的電阻,該電阻器的端子壓降為 1 伏 (V),電流與端子兩端的電壓成正比,這個比率由歐姆定律表示。

電阻器有多種用途,包括分流、分壓、發熱、阻抗匹配和加載電路、增益控制和設置時間常數,電阻器有超過九種數量級的電阻率,可用於小於一平方毫米的電子產品,以及再生制動來回收火車的動能。

電阻定義和符號

電阻器是一種被動電子元件,其主要功能是限制電流的流動。國際 IEC 符號為矩形,兩端各有引線(如下左圖所示)。在美國,ANSI 標準非常普遍,將固定電阻表示為鋸齒線(如下右圖所示)。

類型和材料概述

電阻器可分為結構類型和電阻材料,可針對類型分為下列幾種:

  • 定值電阻
  • 可變電阻器,例如:電位器、變阻器、微調可變電阻

電阻值取決於物理量的電阻器:

  • 熱敏電阻(NTC 和 PTC):跟隨溫度的高低而改變電阻值
  • 光敏電阻:跟隨光線的強弱而改變電阻值
  • 壓敏電阻:跟隨電壓的高低而改變電阻值
  • 磁控電阻器:跟隨磁場變化而改變電阻值
  • 應變片:測量物體應變的測試工具

上面這些類型中的每一種電阻,都各別有一個標準符號,根據材料和製程進行另一種細分:

  • 碳合電阻器
  • 碳膜電阻器
  • 金屬膜電阻器
  • 金屬氧化膜電阻器
  • 線繞電阻器
  • Metal Foil 電阻器

材料技術的選擇特定於電阻器用途。通常這是成本、精度、功率和其他要求之間的權衡。例如,碳合電阻是一種非常古老的製造技術,雖只能做出低精度的電阻器,但仍用於發生高能量脈衝的特定應用,碳合電阻器的主體由細碳顆粒和非導電陶瓷的混合物製成。

與碳合電阻器相比,碳膜技術製造的電阻器具有更好的耐受性(電阻率變化更小),碳膜電阻器由非導電棒製成,周圍有一層薄薄的碳膜,每層採用螺旋切割處理,以增加和控制電阻率。

金屬膜和金屬氧化膜電阻器目前應用最廣泛,擁有更好的穩定性和耐受性,此外,受溫度變化的影響較小,與碳膜電阻器一樣,主要是由圍繞圓柱體的電阻膜構成,只是金屬氧化膜更為耐用。

繞線電阻器可說是最為古老的類型,用於高精度和高功率應用,透過將特殊的金屬合金線(如:鎳鉻)纏繞在非導電芯上而構成的,耐用且準確,並具有非常低的電阻率,唯一的缺點就是在高頻下會受到寄生電感的影響。

如特別講求精度和穩定性的話,使用金屬箔電阻器是最好的選擇,金屬箔電阻器是由覆著在基板上的金屬箔經過雷射刻蝕所形成,利用基板與金屬箔間不同的溫度係數,以及粘合劑的相互作用,使得此種電阻的溫度係數可以做到非常低。

電阻特性

電阻-溫度特性儘管常態溫度與“居里點”溫度之間存在微小差別,PTC熱敏電阻仍然顯示了幾乎恆定的電阻-溫度特性。其電阻-溫度特性則是,當溫度超過居里點時,電阻會陡然上升。居里點(CP)被定義為其電阻值等於25C的兩倍電阻值時的溫度。

電流-時間特性(動態特性)這顯示了內部發熱與外部熱耗散達到均衡狀態之前電流與時間之間的關係。其特點在於擁有大的初始電流和突發性持續衰減部分。

電流-電壓特性(靜態特性)這顯示了PTC熱敏電阻當施加於上的電壓使內部發熱和外部熱耗散之間達到平衡時,施加電壓與穩定電流之間的關係。它同時有電流點和恆定輸出功率部分。

固定電阻器的選用有多種類型,選擇哪一種材料和結構的電阻器,應根據應用電路的具體要求而定。高頻電路應選用分佈電感和分佈電容小的非線繞電阻器,例如碳膜電阻器、金屬電阻器和金屬氧化膜電阻器,薄膜電阻器,厚膜電阻器,合金電阻器,防腐蝕鍍膜電阻器等。

標準電阻

電阻器存在許多標準,這些標準講述了測量和量化重要屬性的方法,物理尺寸和電阻值存在的規範,最著名的標準是軸向引線電阻器的顏色代碼標記。

電阻顏色代碼

電阻通常很小,因此在其上打印電阻值具有挑戰性。因此,在其上印有色帶以表示電阻。這些色帶稱為電阻器顏色代碼。

根據標記代碼 IEC 60062,電阻為 5600 ohm 且容差為 2 % 的電阻器。

額定功率高達1瓦的所有引線電阻均標有色帶。它們由幾個頻段給出,並且一起指定了電阻值,容差率,有時還指定了可靠性或故障率。電阻器中存在的頻帶數量從三個到六個不等。

電阻色碼計算器

使用此計算器可以輕鬆解碼顏色代碼,不僅提供電阻值,還能提示該值何時屬於 E 系列。

電阻值(基準值)

在 1950 年代,電阻器產量的增加產生了對標準化電阻值的需求。電阻值的範圍用所謂的優選值標準化,首選值在 E 系列中,每個值都比前一個值高出一定的百分比,針對不同的公差存在各種 E 系列。

貼片電阻

對於 SMD(表面貼裝器件)電阻器,使用數字代碼,因為組件太小而無法進行顏色編碼。SMD 電阻器與引線電阻器一樣,主要以首選值提供,元件的尺寸(長度和寬度)也是標準化的,稱為電阻封裝,圖中給出了 PCB 上的 SMD 電阻器示例,標記“331”表示電阻值為 33Ω x 101 = 330 Ω。

電阻應用

電阻器的應用領域存在著巨大的差異,從數位電子產品中的精密元件到物理量的測量設備,下面列舉了一些電阻器的常見用途:

電阻串聯和並聯

在電子電路中,電阻器經常串聯或併聯連接。例如,電路設計人員可將多個具有標準值(E 系列)的電阻器組合在一起,以達到特定的電阻值,對於串聯連接,通過每個電阻器的電流是相同的,等效電阻等於各個電阻器的總和,對於並聯連接,每個電阻器上的電壓是相同的,等效電阻的倒數等於所有並聯電阻的倒數之和,為了解決更複雜的網絡,可以使用基爾霍夫電路定律。

測量電流(分流電阻器)

電流可以通過測量電阻已知的精密電阻器上的電壓降來計算,該電阻器與電路串聯。電流使用歐姆定律計算。這就是所謂的電流表或分流電阻器。通常這是一個低阻值的高精度錳銅電阻器。

LED 電阻器

LED 燈需要特定的電流才能運作,過低的電流不會點亮 LED,而過高的電流可能會燒壞設備,因此,它們通常與電阻串聯來設置電流,這些稱為鎮流電阻器,可被動調節電路中的電流。

鼓風機電阻

在汽車中,通風系統由鼓風機電機驅動的風扇驅動。一個特殊的電阻器用於控制風扇速度。這稱為鼓風機電機電阻器。使用了不同的設計。一種設計是針對每個風扇速度使用一系列不同尺寸的繞線電阻器。另一種設計在印刷電路板上集成了一個完全集成電路。

參考資料來源:

➤ What is a Resistor?

你或許對以下文章有興趣

什麼是電阻?

電阻器是一種被動電子元件,用於在電流流動中產生阻力,在幾乎所有的電力網和電子電路中都可以找到它們,電阻以歐姆...