第1章 基本电子元器件的功能特点及组合电路

1.1 电阻器的结构特点及组合电路

物体对电流通过的阻碍作用称为电阻，利用这种阻碍作用做成的元器件被称为电阻器，简称电阻。在电子设备中，电阻是使用最多的元件之一。

1.1.1 电阻器的结构和功能

如图1-1所示为典型电阻器的结构、电路符号和标记。电阻器主要是由具有一定阻值的材料构成的，外部有绝缘层包裹。电阻器两端的引线用来与电路板进行焊接。为了便于识别，在绝缘层上标注了该电阻器的电阻值（通常，电阻的电阻值有直标法和色环标注法两种。图中所示的电阻就是采用的色环标注法）。

电阻器可以用很多材料制作，而由于不同材料的物体对电流的阻力是不同的，因此电阻值还与物体的长度成正比，与其横截面积成反比。

电阻的计算公式为：

式中 R——电阻值；

ρ——电阻系数或电阻率；

L——长度；

S——横截面积。

电阻率与物体材料的性质有关，一般情况下，将单位长度、单位面积的物体，在20℃下所具有的电阻值称为该物体的电阻率。相同材料制作成的导体，其横截面积越大阻值越小，反之则越大；长度越长电阻越大，反之则越小。

此外，导体的电阻大小还与温度有关系。对金属材料，其电阻值随着温度的升高而增大；对石墨和碳，其电阻值随温度的升高而减小。

表1-1列出了常用材料的导体电阻率。银、铜、铝等材料的电阻率比较小，因此，铜、铝被广泛用来制作导线。其中银的电阻率虽小，但是由于其价格很贵，因此常被制作成镀银线。而有些合金如康铜、镍铬合金等材料的电阻率较大，常用来制作电热器及电热器的电阻丝。

电阻器的功能是通过限流电路为其他电子元器件提供所需的电流；通过分压电路为其他电子元器件提供所需要的电压。表1-2所列为常用电阻器的图形符号及其功能。

1. 电阻器的限流功能

电阻器阻碍电流的流动是它最基本的功能。电路中电阻值越大，电流越小。电阻器的限流功能如图1-2所示，电路中的R1 和R2 为限流电阻器。根据欧姆定律 I = U / R 可知，当电压U一定时，流过电阻器的电流与R成反比。图中发光二极管接在电源供电电路中，电阻器R1、R2分别串联在发光二极管和风扇电动机的电路中，主要起限流作用。使流过发光二极管的电流不超过额定值，保证发光器件的正常工作。

在电子产品电路中，使用电阻器进行限流是因为产品的电源不论是使用电池还是交流供电，提供的电压种类较少，例如只有12V、5V等，但电路板上的晶体管或其他器件所需要的电压不同，允许流过的电流也不同，这时就需要串联一个或几个电阻器进行限流，以得到大小不同的电流供给元器件。这也是电路中电阻器使用最多的原因之一。

2. 电阻器的分压功能

电流流过电阻器会在电阻器上产生电压降，将电阻器串联起来接在电路中就可以组成分压电路，为电子产品中其他电子元器件提供所需要的电压。电阻器的分压功能如图1-3所示，电阻器R1和R2构成一个分压器。由于两个电阻器串联，当有一个外加输入电压时，两电阻器中便会有电流通过，通过这两个电阻器的电流I相等，根据欧姆定律，电阻器上的压降，Ui =IR，则R1上压降为外加电压的1/3，R2上压降为外加电压的2/3，实现了分压，分压比为：

在电子产品中，常将两个电阻器串联起来组成分压电路为晶体管的基极提供基极偏压，使该电路构成一个典型的交流信号放大器，电阻器分压实例如图1-4所示。

可以看到，该电路的电源供电是9V，放大器中晶体管的基极需要一个2.8V的电压才能构成保真度良好的交流信号放大器，使用两个电阻器串联很容易获得这个电压。

1.1.2 电位器的结构和功能

电位器实际上是一种可变电阻器，适用于电阻值经常调整且要求电阻值稳定可靠的场合。在电子设备中，电位器也是使用较多的元件之一。

电位器在电路图中用RP表示或是简写成R，图1-5所示为电位器的等效电路。从图中可以看出电位器有3个引出端，其中两个为固定端（1、3端），其间电阻值最大；一个为活动端（2端）。活动端是一个与轴相连的簧片，簧片与电阻片弹性接触。转动轴可改变触点位置，从而可改变1至2点间和2至3点间的电阻值。

图1-6所示是W366CD型收音机、CD收录机所用的集成放音放大电路。

放音头输出的左声道信号加至双声道录音专用放大电路KA22291的④脚，电容器C3与磁头线圈谐振用于补偿放音头的高频损耗，即提升高频部分；电容器C7用于消除高频噪声。经过放大后，放音信号由①脚输出。C9、R6、C8、R3与集成电路内的100 kΩ电阻器组成负反馈电路，可改善放音电路的频率特性，提高工作稳定性。R7、C5组成放音均衡网络以改善音质。此时的放音信号经功能选择开关S2-2，再经音量控制电位器RP控制音量后，由功率放大电路对音频信号放大后驱动扬声器。

1.1.3 电阻器的组合电路

在实际应用电路中，只接一个负载的情况很少。由于在实际的电路中不可能为每个晶体管和电子器件都配备一个电源，因此，在实际应用中总是根据具体的情况把负载按适当的方式连接起来，达到合理利用电源或供电设备的目的。电路中常见的电阻器连接方式有串联、并联和混联三种。

1. 电阻器的串联电路

把两个或两个以上的电阻器依次首尾连接起来的方式称为电阻器的串联，电阻器的串联电路如图1-7所示。如果电阻串联连接到电源的两极，由于串联电路中各处电流相等，即有U1=IR1，U2=IR2，…Un=IRn。而U=U1+U2+…+Un，所以有U=I（R1+R2+…+Rn），因而串联后的总电阻值R为R=U/I=R1+R2+…+Rn，因而串联后的总电阻为各电阻值之和。

串联电路的特点是电路中各处电流相等（大小相等且方向相同）。

2. 电阻器的并联电路

把两个或两个以上的电阻器（或负载）按首首和尾尾连接起来的方式称为电阻器的并联电路，如图1-8所示。从图中可看出，假定将并联电路接到电源上，由于并联电路各并联电阻器两端的电压相同，根据欧姆定律有I1=U/R1，I2=U/R2，…，In=U/Rn，而I=I1+I2+…+In，所以有：

电路的总电阻值（R）与电压（U）和总电流（I）也应满足欧姆定律，即I=U/R，因而可得：

说明并联电路总电阻的倒数等于各并联支路各电阻倒数之和。

3. 电阻的混联电路

在一个电路中，既有电阻器的串联又有电阻器的并联的电路称为电阻的混联电路。图1-9所示为简单的电阻器混联电路。

电阻器R2和R3并联连接，R1与R2、R3并联后的电路串联连接，该电路中的总电阻值计算如下：

分析混联电路可采用如下两种方法：

（1）利用电流的流向及电流中的分合将电路分解成局部串联和并联的方法。

在图1-10中，已知R1 =3 Ω，R2 =6 Ω，R3 = R4 = R5 =6 Ω，R6 =4 Ω，求A、B两端的等效电阻。

解：首先假设有一电源接在A、B两端，且A端为“+”，B端为“-”，则电流流向如图1-10所示。在I3 流向的支路中，R3 、R4 、R5 是串联的，因而该支路总电阻 R'CD 为：

由于I3所在支路与I2所在支路是并联的，所以：

即：

R1、RCD和R6又是串联的，因而电路的总电阻为：

RAB = R1 + RCD + R6 = 10（Ω）

（2）利用电路中等电位点分析混联电路

电路实例：实际电路如图1-11（a）所示，求a、b两点间的总电阻，并计算R1两端的电压。

解：首先根据等电位点画出实际电路的等效电路如图1-11（b）所示。由图中可见R2和R3、R4是并联的（并联用R2∥R3∥R4），然后再与R1串联，因而总电阻为：

电路总电流为：

由欧姆定律可知R1两端的电压为：

U1 = IR1 = 1×1 = 1（V）

以上方法可以灵活运用，当分析电路比较熟练以后，即可不必注明电流方向或等电位点了。

电阻对直流信号与交流信号的阻抗作用是相同的，如图1-12所示。