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PCBA大讲堂电子零件篇:电阻

发布时间 :2018-04-13 16:27 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
在近期,PCBA大讲堂电子零件篇会每期为大家介绍一种电子零件,剖析它的构造、运作原理与应用至专题的可能性,这期我们介绍的是电阻。电阻的主要功能在于限制电流强度,并藉此控制回路,将电流导引至某个零件,或者保护另外一个零件等等。和往常一样,我们会首先介绍电阻的原理与功能:
 
电阻是最基础的电子零件之一,它的功能在于阻碍电流并造成电压下降,通常,电阻上有两条电线,连接电阻本体的两端或两侧,电阻本体通常是由导电性相对较低的材质构成,电阻的单位是欧姆,以希腊字母Ω表示。
 PCBA大讲堂电子零件篇:电阻
 
电路图上,电阻表示法如上图(左图:传统电路图示;右图:晚近欧系图示),在欧系电路图中,美系图示有时会出现,反之亦然,字母K与M则分别表示千欧姆或百万欧姆,这些字母代号在欧洲较常使用,但是,在美国也会出现,有时候,字母可以用来代替小数点的功能,举例而言,4.7K电阻可以4k7表示,3.3M电阻可以3M3表示,依此类推。
 
电阻时常用来限制电容的充电速率、提供半导体(如双极电晶体)适当的控制电压、保护LED或其他半导体零件避免电流过大、调整或限制音响线路的回传频率(搭配其他零件)、在数位逻辑线路中将输入针脚的电压向上或向下调整、或者控制线路中某处的电压值,在最后这个应用方式当中,可以将两个电阻依序排列作分压器使用。
 
如果需要不同电阻的话,分压计也可以作为电阻之用。
 
PCBA大讲堂电子零件篇:电阻
右图是不同单位的电阻,由上往下电能消耗功率分别是3瓦特、1瓦特、0.5瓦特、0.25瓦特、0.25瓦特、0.25瓦特、0.125瓦特,误差值则由上往下分别是正负5%、5%、5%、1%、1%、5%和1%,米黄色的电阻本体表示误差值为5%、而蓝色本体则通常表示误差值为1%或2%;另外,蓝色与暗褐色电阻内含氧化金属膜零件,而米黄色电阻与绿色电阻则内含碳膜,电阻本体若是蓝色或褐色,表示内含氧化金属膜;而若电阻本体是米黄色或绿色,则表示里面含有碳膜。
 
原理
在阻碍电流、降低电压的过程当中,电阻会吸收电能,然后以热能的形式释放,在现代多数的电路当中,散失的热能都低于一瓦特以下。
 
如果R表示电阻(单位为欧姆),I表示流过电阻的电流(单位为安培),V表示电阻造成的电位差(电阻连接两端的电位差距),根据欧姆定律,三者的关系如下:
V = I * R
 
换句话说,一欧姆的电阻代表当电位差为一伏特时,使得一安培的电流得以通过。
 
若W表示因电阻而散失的电能(单位为瓦特),则在直流电回路当中:
W = V * I
 
将欧姆定律公式移项之后,我们可以使用电流与电阻来表示瓦特数:
W = I^2 * R
 
当然,我们也可使用电压与电阻来表示瓦特数:
W = V^2 / R
 
这些公式代换在您不知道电压数或电流量时都可以用来求值。
 
在交流电的回路中,这几个变数之间的关系也类似于此,只是电能的公式较为复杂一些。
 
各类电阻
▪ 轴型的电阻的外型是圆形本体两端各伸出一条导线,而放射是电阻则较为少见,从电阻本体一端延伸出两条平行导线。
▪ 精密电阻的定义通常是误差值低于正负百分之一。
▪ 一般电阻稳定性较差,数值也较不淮确。
▪ 功率电阻则通常会散失一到二瓦特以上的电能,尤其用于电源供应器或电源放大器上,通常,这一类的电阻体积较大,而且可能需要散热器或者风扇。
▪ 线绕电阻用于零件需要承热的情况中,通常,线绕电阻会有隔热管或者平式/圆柱形本体,外面则缠有许多层保护用线圈,线圈材质通常是镍铬合金(nichrome、Ni-chrome),外面包有一层塑胶漆,电路板温度必须有所限制,因为电流通过线圈时产生的热能可能会产生问题。但是,在日常电器用品如吹风机、烤面包机、扇叶式暖炉当中,镍铬合金零件通常是用来产生热能的。此外,线绕电阻也用于3D成形机,用来将塑胶(或其他化合物)熔化并输出成品。
▪ 厚膜电阻有时候会做成平整的方形,右图就是一个例子,平面可发散十瓦特的电流,电阻值为1K。
▪ 表面贴装型电阻通常包含一层电阻油墨,印在氧化铝与陶瓷构成的本体上,常见的尺寸为六公厘,也就是2512规格。每一个表面贴装型电阻都有两个镀镍的终端,上有焊铁,连接线路板的时候会融化。此外,上表层通常会以黑色环状树脂包覆,来保护电阻本体。
 
PCBA大讲堂电子零件篇:电阻

数值编码
传统上,通孔轴型电阻会印上三条色码来表示电阻值,前面两条各自代表0到9之间的数字,第三条色码则表示乘上十的几次方(也就是后面加上几个零,从零到九),此外,会有第四条银色或金色色码,分别代表百分之十与百分之五的误差值,但这种形式已经比较少见了。
 
目前,许多电阻上面会有五条色码,这样一来,表示中间值或者零碎数值比较方便,在这套系统当中,前三条色码代表数值(和先前提到的数值系统相同),第四条色码表示十的若干次方,而在电阻另一端的第五条色码则表示误差值。在下面的图表当中,数字或十进位值在上方以「光谱」的形式呈现,而误差值(或精确度)则以下方银色、金色和其他颜色来表示正负百分比。
 
在下图当中有两个电阻色码范例,上面的电阻值为1k,从左到右为棕色、黑色(分别表示1、0)色码,接著是第三条红色(表示后加两个零),最后,金色条带表示误差值为百分之五。下面的电阻值则是1.05k,从左到右依序是棕色、黑色、绿色(分别表示1、0、5),后面则是第四条棕色色码(表示后加一个零),最右边的黑色色码则表示误差值为百分之一。
 PCBA大讲堂电子零件篇:电阻
 
在很久以前,有时电阻会以本体-尖端-圆点系统编码,在这套系统当中,电阻本体颜色表示第一位数、尖端颜色表示第二位数,圆点则表示后面有几个零,这套系统的数字光谱和先前提到的完全相同。
 
在所有的现代编码系统当中,三条或四条表示数值的色码会紧密相连,与误差值的色码之间会有较大空隙,阅读数值条码的时候,三到四条的数值色码应该要在左侧。然而令人困惑的是,某些电阻会使用前三条色码表示数值,第四条色码表示误差值,另一头的第五条色码表示精确度,但是,这套系统相当少见。此外,在某些特殊用途中,会使用其他编码系统有,比如军事装备等等。
 
穿孔型碳模电阻通常本体是米黄色的,而穿孔型金属膜模电阻本体则通常是蓝色,但是,在某些稀少的特例中,蓝色本体也可以表示保险丝电阻(和保险丝一样,过载时会融化,避免危险),而白色本体也可以表示不可燃电阻,遇到这些特例的时候需要加倍留意。
 
另外,有些现代的电阻值会直接以数字形式印在电阻本体上,表面贴装型电阻数值也是直接以数字打印,但那是一套编码系统,不能直接以数字来理解。最后一位数字表示电阻值后面有几个零,接下来的两到三个数字代表数值本身,字母R则用来表示小数点,因此,3R3的表面贴装型电阻数值为3.3欧姆、330 则表示33欧姆,332 则表示3,300欧姆,上标有2152的表面贴装型电阻数值就是21,500欧姆。
 
有一种表面贴装型电阻上面的数字为零,这表示他是零欧姆电阻,功能其实与跳线相同。这么做是为了方便使用,可以透过自动化生产设备组装,它的功能非常单纯,就是连接线路板上的零件。
 
如果电阻值印在电路图上,复印品质不好可能会造成小数点遗失、或者产生让人误解成小数点的污渍。欧洲系统为了解决这个问题,就使用字母来代替小数点,所以,5.6k电阻就印成5k6电阻,3.3M电阻则印为3M3,但是,这种标示用法在美国并不多见。


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