电子技术基础与技能实训
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1.1 电阻类基本元件的识别

电阻类基本元件包括固定电阻器、可变电阻器、电位器等。导线是电阻值近似为零的电阻器;开关是可控的电阻值为零或无穷大的电阻器。许多实用电子、电气元件(如灯泡、扬声器的音圈等)都可以在一定条件下近似看作电阻类元件。

1.1.1 电阻器的基本类型

电阻器通常分为固定电阻器、可变电阻器、敏感电阻器、熔断电阻器及其他类型电阻器。常见的固定电阻器有 RT 型碳膜电阻器,R J 型金属膜电阻器,RY 型氧化膜电阻器及RX型线绕电阻器等。

1. 碳膜电阻器

碳膜电阻器是将真空高温热分解出的结晶碳膜沉积在柱形或管形陶瓷骨架上制成的。通过改变碳膜的厚度和使用刻槽的方法变更碳膜的长度,可以得到不同的电阻值。由于此类电阻器价格低廉,故应用最广泛。

2. 金属膜电阻器

金属膜电阻器是用真空加热蒸发(或高温分解、化学沉积或烧渗等方法)技术,将合金材料(有高阻值、中阻值、低阻值3种)蒸镀在陶瓷骨架上制成的。通过刻槽或改变金属膜厚度可以控制电阻值的大小。这种电阻器的耐热性及稳定性均比碳膜电阻器好。同时,它的噪声低、体积小,但价格贵,被广泛应用于对稳定性和可靠性要求较高的电路中。

3. 线绕电阻器

线绕电阻器是用高电阻值的合金丝(即电阻器丝,采用镍铬丝、锰铜丝等材料制成)缠绕在绝缘基棒上制成的。它具有电阻值范围大(0.1~5MΩ)、噪声小、温度系数小、耐高温及承受负荷功率大(最大可达500 W)等优点,缺点是高频特性差。

线绕电阻器有固定式和可调式2种,可调式是从电阻器体上引出一个滑动端子,滑动该端子可对电阻值进行调整。

4. 金属氧化膜电阻器

金属氧化膜电阻器是用锡和锡的化合物配制成溶液,经喷雾送入500~550℃的恒温炉,涂覆在旋转的陶瓷基体上形成的。其性能与金属膜电阻器类似,但电阻值变化范围窄。其典型的特点是金属氧化膜与陶瓷基体结合得更牢,耐酸碱能力强,抗盐雾,因而适用于恶劣的工作环境。

5. 玻璃釉电阻器

玻璃釉电阻器属于厚膜电阻器,型号为RI。目前用得较多的是钌系玻璃釉电阻器,它具有温度系数小,噪声低,稳定可靠,耐潮性好及负荷稳定性好等特点。

6. 合成碳膜电阻器

合成碳膜电阻器又称合成膜电阻器,型号为RH。其抗潮性和电压稳定性差,噪声高,频率特性差,但便于制成高电阻值、高精度电阻器,故多用于直流仪表中。

7. 有机实芯电阻器

有机实芯电阻器型号为RS,这种电阻器具有良好的绝缘外壳,在环境恶劣和超负荷使用的情况下无断路现象,且体积小,易焊接,适用于要求精度高的场合。

8. 可变电阻器

可变电阻器通常又分为微调电阻器和电位器。电位器又分为单联电位器、双联电位器、多联电位器、带开关电位器等。

9. 敏感电阻器

敏感电阻器常见有热敏电阻器、压敏电阻器、光敏电阻器、湿敏电阻器、磁敏电阻器、气敏电阻器等。

10. 熔断电阻器

熔断电阻器是一种保护性元件,通常用来对电路的工作进行保护,一旦被保护电路出现问题使电流过大时,就会迅速熔断,对电路元件进行保护。

1.1.2 电阻器电阻值单位的换算

电流通过电阻器时,电阻器对电流有阻碍作用,其阻碍大小,即为电阻值。

电阻器电阻值的基本单位是欧姆(简称欧),其符号用希腊文“Ω”表示,在实际使用中还用到更大的单位如千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。它们之间的换算关系为:

1千欧(kΩ)=1 000欧(Ω)

1兆欧(MΩ)=1 000千欧(kΩ)=1 000 000欧(Ω)

固定电阻器的类型最多,应用也最广泛,既有大功率的电阻器,又有各种小功率的电阻器,标称电阻值最全面。

1.1.3 电阻器和电位器额定功率的识别

当电流流过电阻器和电位器的时候,电阻器和电位器便会发热。功率越大,电阻器或电位器发热越厉害。如果使电阻器发热的功率过大,电阻器或电位器就会烧坏。电阻器或电位器长时间正常工作允许所加的最大功率叫做额定功率。功率的基本单位是瓦特(简称瓦),其符号用“W”表示。

电阻器的额定功率,通常有1/8W(瓦)、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、4W、5W、10W等。1/8W和1/4W电阻器应用较广泛。

电路图中电阻器的额定功率标注方法,有的是在图中直接标出该电阻器的功率数值,如1/4W,3W等。也有的用图1-1所示的电路图形来表示。

图1-1 不同功率电阻器的图形符号

1.1.4 电阻器主要参数的识别

电阻器的额定功率、电阻值及允许误差一般都标在电阻器上。额定功率较大的电阻器,一般都将额定功率直接印在电阻器的表面上。

电阻值及允许误差有直标识别法、文字符号识别法和色环注识别法三种。

1. 直标识别法

所谓直标识别法就是电阻值用阿拉伯数字,允许误差用百分数,直接在电阻器体上标注出来。例如:3 kΩ±5%、5 MΩ±10%等。

2. 文字符号识别法

所谓文字符号识别法就是电阻值用数字与符号组合在一起来表示。组合规律如下。

(1)文字符号

文字符号 Ω、K、M 前面的数字表示整数电阻值,文字符号后面的数字表示小数点后面的小数电阻值。

(2)允许误差

允许误差用符号:J为±5%;K为±10%;M为±20%。

例如:3Ω3K表示3.3Ω±10%,这种表示法可避免因小数点蹭掉而误识标记。

3. 色环标注识别法

小型化的电阻器都采用色环标注识别法,用标在电阻器体上不同颜色的色环作为标称电阻值和允许误差的标记。

普通精度的电阻器用4条色环表示,如图1-2所示。左边(与端头距离最近的)为第一色环,顺次向右为第二、第三、第四色环。各色环所代表的意义为:

图1-2 色环电阻值的表示方法

● 第一色环、第二色环相应地代表电阻值的第一位、第二位有效数字。

● 第三色环表示第一位、第二位数之后加“0”的个数。

● 第四色环代表电阻值的允许误差。

各色环颜色-数值对照如表1-1所列。

表1-1 普通精度电阻器色环颜色一数值对照表

例如有一电阻器,色环为“白、棕、金、银”,因为第三环金色为欧姆级,前面第一环“白”为9,第二环“棕”为1,最后“银”为±10%。综合起来是:9.1Ω±10%。

另一电阻器,色环为“橙、红、绿、金”,它的电阻值为:3.2 MΩ±5%。

再有一电阻器,色环为“红、黑、橙、金”,因为第二环是黑,所以是整数几十k级,它表示的电阻值为:20 kΩ±5%。

还有一电阻器,色环为“黄、黄、黄、金黄”,其电阻值为440 kΩ,实际电阻值在418~462 kΩ之间。

1.1.5 固定电阻器外形和电路图形符号的识别

固定电阻器的类型最多,应用也最广泛,既有大功率的电阻器,又有各种小功率的电阻器,标称电阻值最全面。

1. 固定电阻器电路图形符号的识别

固定电阻器在电路图中的符号如图1-3(a)所示,长方块表示电阻器体,两边短线分别表示电阻器的两根引出线。固定电阻器的文字符号常用字母“R”表示。

图1-3 固定电阻器的外形及电路图形符号

各种固定电阻器的外形如图1-3(b)~(e)所示。

2. 固定电阻器的典型应用

电路中,电阻器主要用来控制电压和电流,即起降压、分压、限流、分流、隔离、匹配和信号幅度调节等作用。电阻器在电路中既可作为负载,又可组成分流器、分压器,当与电容器进行配合时,还可起滤波作用。其最典型的应用是组成电阻器分压和分流电路。

(1)电阻器的串联

由于固定电阻器串联后,其总阻值为各个分电阻器电阻值的总和。因此,可以将小电阻值的电阻器串联后来代用大阻值的电阻器。例如图1-4(a)电路是以3只电阻器串联为例来说明电阻器的串联特性。若用3只电阻器R1~R3串联后来代替R,则此时R的电阻值为:

图1-4 电阻器串联、并联示意图

R=R1+R2+R3

(2)电阻器的并联

固定电阻器并联后,其总电阻值会变小。因此,可以把大电阻值的电阻器并联后来获得小电阻值的电阻器。例如图1-4(b)所示是3只电阻器并联来代替1只电阻器,此时R的电阻值为

R=R1·R2·R3/(R2·R3+R1·R3+R1·R2

如果并联的电阻器其值均相同,则此时R的值为

1.1.6 可变电阻器的识别

可变电阻器是一种连续可调的电阻器,其滑动臂(动接点)的接触刷在电阻器体上滑动,可获得与可变电阻器外加输入电压和可动臂转角成一定关系的电压输出。

1. 可变电阻器电路图形符号的识别

可变电阻器又称为电位器,在电路图中不带开关的电路符号如图1-5(g)所示,带开关的电路符号如图1-5(h)所示。图中仍用长方块表示电阻器体,两端的短线表示电阻器体两端的引出焊片,带箭头的折线代表电阻器体上的滑动触点。带有开关的电位器符号的右面部分表示开关,中间虚线表示开关与电位器是受同一转轴控制的(音量控制采用带开关的电位器时,电路图中虚线往往不标出)。

图1-5 电位器的外形及电路符号

可变电阻器的外形如图1-5(a)~(f)所示。电位器在电路图中常用字母“RP”(旧标准用“W”)表示。

2. 电位器的类型

知道了电位器的类型,对于合理选用它很有好处。电位器根据其使用的材料分类,有如图1-5(b)所示的合成碳膜电位器和图1-5(a)所示的线绕电位器。根据其外形的大小可分为如图1-5(c)~(f)所示微型电位器。按电阻值变化规律分类,有线性(X)、指数(Z)和对数(D)电位器;按结构分类,有如图1-5(a)、(c)和(d)所示的旋转电位器和如图1-5(e)所示的直滑式电位器;还有一种如图1-5(f)所示的半可变电位器(即微调电位器)。

3. 电位器结构特点说明

电位器是一种电阻值可调的电阻器,对外有3个引出脚,其中有2个为固定端,另一个为滑动端(也称中心抽头端),改变滑动端的位置,可使其与固定端之间的电阻值发生改变。在电路中,常用电位器来调节电阻值或电位。

(1)合成碳膜电位器

合成碳膜电位器(WTH型)是使用最多的一种,其电阻体是用碳黑、石墨、石英粉及有机黏合剂等配制的混合物,涂在胶木板或玻璃纤维板上制成的。其特点是分辨率高,电阻值变化范围宽,但滑动噪声较大,耐热耐湿性不好,精度不高(± 20%),体积较大,使用寿命短。由于其价格低,故广泛应用于一般电路中。

(2)有机实芯电位器

有机实芯电位器(WS 型)的电阻体是用碳黑、石英粉、有机黏合剂等材料混合加热后,压在塑料基体上,再经加热聚合而成的。其分辨率高,耐磨性好,电阻值范围宽,可靠性高,体积小,寿命长;但耐压值稍低,噪声较大,转动力矩大。主要应用于对可靠性和温度要求较高的电子仪器中。

(3)线绕电位器

线绕电位器(WX 型)的电阻器体是由电阻器丝绕在涂有绝缘材料的金属或非金属板上制成的,簧片在电阻器丝上滑动。可制成误差仅为±0.1%的精密电位器和功率达 100 W以上的大功率电位器。

线绕电位器可分为单圈、多圈、多联结构;根据用途可制成普通型、精密型、微调型等几种;电阻值变化规律有线性与非线性2种。这种电位器耐压好,精度高,噪声小,但电阻值变化范围较小(一般为几Ω至几十kΩ)。

1.1.7 热敏电阻器的识别

热敏电阻器是电阻值随温度变化而显著变化的敏感元件。电阻值随温度升高而减小的称为负温度系数热敏电阻器,用英文缩写NTC表示。电阻值随温度升高而增加的称为正温度系数热敏电阻器,用PTC表示。

1. 热敏电阻器在电路中的符号

热敏电阻器在电路中用文字符号“RT”或“R”表示,其电路图形符号如图1-6所示。

图1-6 热敏电阻器的电路图形符号

2. 热敏电阻器的种类

热敏电阻器的种类繁多,用途广泛,使用的材料及外形结构多种多样,大致可以分为以下3种类型。

(1)按形状结构分类

热敏电阻器按形状结构分类,可以分为如图1-7所示的4种。

图1-7 几种热敏电阻器外形示意图

① 片状热敏电阻器。包括圆片和方片,厚度为1.5~2.5 mm。

② 垫圈式热敏电阻器。其电阻器体的直径为φ 6~30 mm,厚度在1~10 mm,中央开小孔成垫圈状。

③ 杆状热敏电阻器。这类热敏电阻器分为非密封、一般密封与真空密封3种。

④ 珠状热敏电阻器。其电阻器体为φ 0.5 mm左右,把φ 0.03 mm的铂丝用做内引线,把φ 0.04 mm的镀镁丝用做引出线,电阻器体封于玻璃管中。

除了以上形状结构外,还有管状、线状、薄膜、厚膜及其他特殊形状的热敏电阻器。

(2)按电阻值变化特性分类

热敏电阻器按电阻值变化的特性分类,可分为以下两种。

① 直热式热敏电阻器。其电阻值的变化是由本身所通过的电流变化或周围环境温度变化或两者共同发生变化产生热量影响而引起的。

② 旁热式热敏电阻器。其电阻值的变化是由电阻器体本身专用加热丝产生热量的变化而引起的。

(3)按工作温度范围分类

热敏电阻器按工作温度范围分类,可分为以下3种。

① 常温(-60~300℃)热敏电阻器。它包括负温度系数热敏电阻器与正温度系数热敏电阻器(按电阻器温度系数的大小分类,正温度系数热敏电阻器又可分为开关型和补偿型正温度系数热敏电阻器)、临界温度热敏电阻器(可用做高灵敏度调节器和温度开关等)、薄膜型热敏电阻器(可用做流量测量与红外探测和微波功率测量)、厚膜型热敏电阻器(可用做红外探测)。

② 低温(-80~193℃)热敏电阻器。这类热敏电阻器有氧化物陶瓷、玻璃碳、硅等品种,可用做低温测量。

③ 高温(300℃以上)热敏电阻器。这类热敏电阻器具有稳定性高和耐腐蚀等特点,广泛应用于汽车发动机排气温度的检测,各种飞行器的高温检测系统及家用电器、复印机、工业设备等的温度测量及控制。

1.1.8 光敏电阻器的识别

光敏电阻器能够将光信号直接转换为电信号,也是一种特殊类敏感电阻器。

1. 光敏电阻器的电路图形符号

光敏电阻器属有源器件,工作时必须加电源。它是一种对光敏感的器件,其电阻值会随外界光照的强弱(明暗)变化而改变。

光敏电阻器在电路中用R或RG、RL表示。图1-8所示是其电路图形符号。

图1-8 光敏电阻器的电路图形符号

2. 光敏电阻器的特性

光敏电阻器是采用硅、锗、硒化镉、硒化铅、硫化铅、硫化锌或锑化铟等材料制成的。它的工作区在一个很薄的光敏层上(也称为光导层,如图1-9所示)。光敏层具有电阻器特性,两端用金属电极引出。

图1-9 带金属外壳的光敏电阻器内部结构

当没有光照时,光敏电阻器的电阻值较大。一旦光线照射到光敏层上,半导体材料中的载流子将迅速增加,电阻值下降。光照越强,电阻值越小。

3. 光敏电阻器的结构

光敏电阻器有两种结构:一种带有金属外壳,顶部有玻璃窗口,如图1-10(a)所示;另一种不带金属外壳,如图1-10(b)所示。

图1-10 光敏电阻器的两种结构示意图

4. 光敏电阻器的类型

光敏电阻器在制造中如果使用不同的材料或掺入不同的杂质,可以使光敏电阻器具有不同的光谱特性,从而得到可见光光敏电阻器、红外光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器等不同类型的光敏电阻器。

1.1.9 表面安装电阻器的识别

表面安装电阻器又称为片状电阻器或无引线电阻器,是当今电子设备、仪器当中应用最多的电子元件。它的特点是体积小、重量轻、高频特性好、电性能优异、形状简单、尺寸标准化,有矩形和圆柱形两种。

1. 矩形片状电阻器的识别

矩形片状电阻器由陶瓷基片,电阻器膜,玻璃釉保护层和端头电极四部分组成。

(1)矩形片状电阻器电阻值的识别

矩形片状电阻器的电阻值可用其型号来标识。例如:一个矩形片状电阻器的型号为RI11,1/8 W,100 kΩJ,则该型号中各字符,数字的含义为:

RI11————矩形固定电阻器;

1/8W——矩形固定电阻器的额定功率;

100 kΩ——矩形固定电阻器的标称电阻值;

J——矩形固定电阻器的允许误差。

(2)电阻值范围

矩形片状电阻器的电阻值范围一般为 10 Ω~3.3 MΩ,而国产电阻器电阻值(例如:成都无线电四厂生产的矩形片状电阻器)为1Ω~10 MΩ。其标称系列为:

1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.3 4.75.15.66.26.87.58.29.1

(3)额定功率

矩形片状电阻器的额定功率有:1W,1/2W,1/4W,1/8W,1/10W,1/16W和1/32 W。

(4)使用条件

矩形片状电阻器的焊接温度一般为235℃±5℃,焊接时间为3 s±1 s,最高焊接温度为260℃±5℃(10 s±1 s)。矩形片状电阻器工作电压为100~200 V,视其功率大小而定。

(5)包装形式

矩形片状电阻器有散装、盒式包装和编带包装三种包装形式。

2. 圆柱形电阻器的识别

目前,我国暂用日本企业的标识方法来识别圆柱形电阻器。圆柱形电阻器电阻值的识别方法与普通色环电阻器的识别方法基本相同,其色环标识的几种类型及其含义如图1-11及表1-2所示。

图1-11 圆柱电阻器色环标识示意图

表1-2 表面安装电阻器色环含义

圆柱形电阻器的电阻值范围基本上与片状电阻器一致。其额定功率、工作电压和焊接温度也与片状电阻器基本相同。圆柱形电阻器的包装分为散装和编带(仅限功率为 1/8W规格)包装两种。