电阻

电子元件基础讲座主讲：王国栋课程提要主要讲述电阻、电容、电感、二极管、三极管、光耦、接触器、变压器、霍尔传感器等基本器件。基本原理及特性、应用电路、器件的参数及电磁兼容分析。以及常用器件在其他场合的应用电路分析。偏重于变频器实际应用，常见电子线路及器件在应用中的问题分析解答，增进对变频器电路的认识。1、电阻电阻常识电阻的分类电阻的作用电阻的测量欧姆定律变频器中的电阻EMC中的电阻特殊电阻1.1电阻常识我们日常生活中的许多物品都有电阻，只是有的非常大，有的很小。这里我们说的电阻是电子器件中的电阻器，只是人们常把电阻器简称为电阻（以下简称为电阻）。电阻几乎是任何一个电子线路中不可缺少的一中器件，顾名思义，电阻的作用是阻碍电子的作用。在电路中主要的作用是：缓冲、负载、分压分流、保护等作用。1.2电阻的分类碳膜电阻金属氧化膜电阻绕线式电阻水泥电阻其他特殊电阻1.3碳膜电阻是目前电子、电器、资讯产品使用量最大，价格最便宜，品质稳定性信赖度高之碳膜固定电阻器。此电阻器系以高温真空中分离出有机化合物之碳，紧密附着於瓷棒表面之碳膜为电阻体，而加以适当之接头后切薄而成，并在其表面涂上环氧树脂密封保护之优点:制作简单，成本低缺点:稳定性差，噪音大、误差大碳膜电阻选用用于初始精度和随温度变化的稳定性认为不重要的普通电路。典型应用包括晶体管或场效应管偏置电路中集电极或发射极的负载电阻，充电电容器的放电电阻以及数字逻辑电路中的上拉电阻或下拉电阻。碳质电阻器按照准对数序列规定一系列标准电阻值，阻值范围从1Ω到22MΩ，允许偏差从2%(碳膜电阻器)到5%，甚至高达20%(合成碳膜电阻器)。额定功率范围从1/8W到2W，其中功率为1/4W和1/2W，允许偏差为5%和10%的电阻器用得最多。1.4金属氧化膜电阻随着电子设备之发展其构成之零件亦趋向小型化、轻型化及耐用化等趋势。电阻在高温下工作，要有长期之安定性、稳定性，电阻的皮膜单位面积就要负载较高之电力，以适其工作之要求，而金属氧化皮膜电阻器就是合适的电阻优点:体积小、精度高、稳定性好、噪音小、电感量小缺点:成本高金属膜电阻选用金属膜电阻器适合用于要求高初始精度、低温度系数和低噪声的精密应用场合。金属膜电阻器通常用真空镀膜或阴极溅射工艺，将作为电阻材料的某种金属或合金(例如镍铬合金、氧化锡或氮化钽)淀积在绝缘基体(例如模制酚醛塑料)表面形成薄膜电阻体构成的电阻器。金属膜电阻器典型应用包括电桥电路、RC振荡器和有源滤波器。金属膜电阻器的初始精度范围为01%~10%，温度系数范围为10~100ppm/°C。阻值范围为100Ω~301kΩ，阻值间隔为2%。1.5绕线式电阻将电阻线绕在无性耐热瓷体上，表面涂以耐热、耐湿、无腐蚀之不燃性涂料，保护而成。其特点如下：耐热性优、温度系数小、质轻、耐短时间过负载、低杂音、阻值经年变化小。无感性绕线电阻器(NKNP)有着绕线电阻器(KNP)基本特性，加上低电感量的优点绕线式电阻选用线绕电阻器非常精密并且稳定(005%，＜10ppm/°C)，用于要求苛刻的应用场合，例如调谐网络和精密衰减电路。典型阻值范围为01Ω~12MΩ。1.6水泥型绕线电阻器将电阻线绕於无咸性耐热瓷件上或用氧化膜电阻等固定电阻器，外面加上耐热，耐湿及耐腐蚀之材料保护固定而成。水泥型电阻是把电阻体放入方形瓷器框内，用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成。具有耐高功率、散热容易、稳定性高等特点优点:功率大缺点:有电感，体积大，不宜作阻值较大的电阻1.7电阻的作用分压作用，串联得到合适的电压分流作用，并联得到合适的电流限流作用，作为绝缘体、人体电阻、用电安全常识……作为负载发热、发光，例如：电炉、电热毯、电饭煲、电灯……1.8电阻的标称参数电阻主要参数有：阻值、精度、功率电阻阻值的标称一般使用色环方法表示。其中又有3环和5环之分，3环电阻误差比5环电阻要大，一般用于普通电子产品上，而5环电阻一般都是金属氧化膜电阻，主要用于精密设备或仪器上。贴片电阻、绕线电阻等也直接标称电阻值、精度、功率等参数，具体识别方法如下：1.9电阻的识别色彩对应如下：黑0棕1红2橙3、黄4绿5兰6、灰7紫8白9金0.1、银0.01色环最末位金5％精度、银10％精度：5％精度：例如223＝22*10的3次方＝22000欧姆＝22Kohm1％精度：例如3651＝365*10的1次方＝3650ohm＝3.65K电阻符号1.10电阻的检测望闻问切、次原则适合一切器件的检测。首先观察电阻有无断裂、变色、再拿万用表的ohm档对电阻测量。注意：测量时手不能同时接触电阻的两端；不能在带电回路中用万用表测量电阻；在不带电的回路中，最少将电阻的一个脚悬空测量；1.11充电及泄放电阻充电电阻，与主回路电容构成RC充电回路，用来缓冲上电时的电流，防止充电电流过大造成电网冲击、跳闸等。当电容电压将近充满时（一般大于80％即可）再用接触器将电阻短路，小功率一般用水泥电阻、中功率用瓷管绕线电阻、大功率用铝壳封装绕线电阻；泄放电阻，用来释放惯性负载反馈到PN端的过高电压，防止PN电压过高损坏开关电源、模块、电容等其他与PN关联的器件，一般泄放电压可在680V到740V选择，太低造成浪费，电阻发热严重，太高则刹车效果不佳。1.12分流器、热敏电阻分流器，一种是水泥绕线电阻，另一种是锰铜合金丝，阻值一般几十毫欧，用来检测输出电流的大小，当输出电流流过此电阻时，将在上面产生压降，V＝I*R，再通过隔离处理送给CPU检测。热敏电阻，有正温度系数NTC（阻值随温度升高而升高），和负温度系数PTC（阻值随温度升高而降低）之分。可以用来检测散热器的温度、在开关电源中作缓冲等。1.13压敏电阻压敏电阻，具有电压门槛效应，当电压高于某一电压值时，其阻值会急剧下降，主要用于防止浪涌、雷击等场合对设备和电路的保护。例如20K510压敏电阻，其当电压高于交流510V时，阻值开始下降，流过电阻的电流也会加大，当遇到感应雷串入动力线时，变频器RST电压会很高，压敏电阻此时就相当于一个阻值很小的电阻将这个浪涌吸收一部分。如果浪涌持续时间较长、或者瞬时能量很高时，压敏电阻将超过他的极限功率，压敏电阻将瞬间过热燃烧并爆炸，但是因为他吸收了雷电的能量，使得变频器得到保护。1.14均压电阻均压电阻一般用于两个电容串联时使用，例如三相PN之间两个电容串联，由于容量差异可能造成两个电容上的电压不相等，使得两个电容负荷不均匀。如果在两个电容上个并联一个相等阻值的电阻，根据欧姆定律，电阻上的电压将相等。并且电阻给电容提供充放电回路，这样两个电容上的电压就基本相等了。如果没有均压电阻，由于某种原因造成电压不均匀，使得其中一个电容电压过高，这个电容将有损坏的危险，具体效果可以动手测试。1.15限流电阻在应用光耦时，都要用到限流电阻。因为光耦发光二极管上的正向压降一般在1.1V左右，而光耦输入的电流一般不超过16mA，如果电流过大将造成光耦过早老化失效，所以必须限流。拿TLP521为例，如果输入电流限制在10mA，供电电压5V，则限流电阻按如下计算：R＝（Vcc-1.1）÷IF＝（5-1.1）÷0.01＝390ohm一般取330ohmEMC中的电阻共地（阻抗）电阻接地（阻抗）电阻接触电阻1.16共地电阻当多个回路公用一个地线时，将产生共地阻抗问题。此时这个公用的地线阻抗将变得很复杂。例如：功率回路的地线和信号回路的地线公用时，功率电流在地线上的电压降将直接影响信号回路电位的稳定，如果处理不好将造成信号回路无法正常工作。举例：仅仅10mohm的电阻，功率回路流过200A的电流，压降为2V，这个电压将信号回路的地电位提高了2V，对一般的数字电路已经不是低电平，对与模拟小信号电路已经不能工作了，请看板书。1.17接地阻抗在安规和防雷中接地阻抗将变得十分重要。例如设计一个防雷网的接线，要求接地阻抗越小越好，雷电的放电电流一般高达几千KA，试想一根10欧姆的接地线将降落多大的电压？拿1KA为例：1KA*10ohm＝10KV的瞬时电压，很容易造成雷电放电，造成雷击，非常危险，可谓防不胜防。所以建筑物等都用大面积的防雷钢筋网，而且都用焊接方式来减小接触电阻，增加导流能力，在雷电放电电压尚未形成时将大量电荷导入大地。1.18接触电阻当导线或者导体相互连接时，都存在一定的接触电阻，接触电阻相当于在回路中串入了一个电阻，增大了回路的阻抗。在大功率回路中，接触阻抗容易造成导线或者导体连接处发热以至于氧化，例如变频器的输入和输出线到端子的连接，如果接触阻抗过大就会造成三相电流不平衡，严重时还可能造成假缺相，以至于烧电机等事故。1.19无感电阻无论什么样的电阻，例如炭膜、金属膜、绕线电阻，从电阻的一端到另一端不管是雕刻、绕制都经过螺旋前进的过程，如此以来必然形成了一个空心的螺旋线圈，大家都知道螺旋线圈都会形成一定量的电感，电感量大小决定于绕线的圈数和介质的磁导率。这样的电阻相当于一个电阻和一个电感串联。对于一般的低频电路来说没有太大的影响，但是对于高频电路来说这个电感将起很大的作用。如果电感过大将会使高频电路性能变差，重则可能无法工作。例如模块的吸收电阻。1.20保险丝和保险管保险丝，家庭和工业用铅丝作为保险丝，因为铅的熔点比较低，阻值相对银、铜铝较大，当发生短路时，铅丝电阻急剧发热熔断，保护了电线不被烧毁并切断了回路。保险管，由于铅丝裸露容易氧化而且笨重，所以用细铜丝并将其封在有惰性气体的玻璃管内作成保险管，这样一方面体积小、防氧化和便于内置在机器里面，另一方面熔断瞬间的火花和大量余热也不会造成火灾危险。1.21光敏、湿敏电阻人们发现，有部分合金材料具有光敏特性，当光线照射时他的阻值将发生变化，当然也有正负特性之分。这对于光线的检测提供了方便。光敏电阻广泛应用于灯光控制、火警报警等场合。一般光敏电阻的电阻值，不受光照射时是受光照射时的100~1000倍。例如有一种型号的光敏电阻，光照时的阻值为2千欧，不受光照时的阻值为1000千欧。还有一些材料对于潮湿有很敏感的特性，当外界湿度变化时，他的阻值将发生变化。用于检测环境湿度、例如作自动伸缩的凉衣架、婴儿尿湿报警等工业民用场合。1.22可变电阻可变电阻也叫电位器，用来方便调节阻值的电阻，一般都有三个接头，两个端头和一个滑动头。可变电阻可以从0到max连续调节，根据用途不同可以用来调节电流和电压，例如音量调节、模拟量输入、台灯调光旋钮等。还有CY调节电位器，但是注意这个电位器不能频繁调节，一般一次调好并固定阻值，和上面的模拟量电位器有区别。可变电阻也分绕线式和炭膜、金属膜等，一般绕线式的精度较高而且功率也较大在应用电位器时大家最容易忽略的就是功率问题，如果不注意将烧坏电位器。1.23高频效应与“理想”的电阻器不同，“实际”的电阻器像实际的电容器一样也遭受寄生作用。实际上任何两端元件，根据工作频率都可看作一个电阻器、电容器、电感器或阻尼振荡电路，像电阻器的基体材料、长度与截面比这些因素决定电阻器附加的寄生电感和寄生电容，从而影响电阻器的高频等效直流阻抗的稳定性。薄膜电阻器通常具有优良的高频响应。在100MHz左右，仍能保持其精度。碳质电阻器只能用于1MHz左右。线绕电阻器的感抗最高，所以频率响应最差。实际电路1实际电路2实际电路3