1.2 电阻器的主要特性参数
使用电阻器之前,必须首先了解它的主要技术参数,即需要了解电阻器的标称阻值、允许误差、标称功率和温度系数。其中电阻器的标称阻值和允许误差通常都标示在电阻器的表面,而在电路图中,则只标出其阻值;只在电路对电阻器的功率有特殊要求时,才标注出电阻器的功率。
1.2.1 标称阻值
1.2.1.1 系列标称阻值
标称阻值是指电阻器表面所标示出的电阻值;它是根据国家制定的标准系列来标注的,而不是生产者随意添加的。国家制定的系列阻值如表1-3所示。在电路设计时,电阻器阻值的选择必须在国家规定的范围之内。
表1-3 电阻器的标称阻值
表1-3为国家规定的系列电阻标称值,使用时只需将表中的“标准阻值”一列的数值乘以10n(n = 1,2,3,……),即可获得一系列的实际电阻值。例如,E-24系列中的2.7,就包含了2.7Ω、27Ω、270Ω、2.7kΩ、27kΩ、270kΩ……等。实际设计电子电路时,电阻器的设计值可能不在表1-2的系列之中,此时,可根据表1-2选择相近阻值的电阻器作为替代。
为实现标准化,电阻器的产品规格需要一个优先数系,国产电阻器的优先数系为E数系。同一数系的相邻两个数的比例基本相等,例如,E-6数系的公比为,E-12数系的公比为,而E-24数系的公比为。
利用公比,即可确定某一数系中的各个电阻值:以1作为该数系的第一个电阻值;1乘以公比后,即可得到该数系中的第二个电阻值;以第二个电阻值继续乘以公比,则获得第三个电阻……以此类推,即可获得整个数系的标称阻值。
采用E系数的益处在于它能够保证在同一数系中一个阻值的正偏差与其相邻阻值的负偏差彼此衔接或稍有重叠。如E12数系中2.7的正偏差为,而2.7之后相邻的3.3的负偏差为,二者相互衔接。
1.2.1.2 阻值的标示方法
电阻器阻值的标称方法通常有直接标示法、文字符号法、色环标示法及数码标示法4种。
(1)直接标示法
该方法在电阻器产品出厂之前,将其型号、标称阻值、标称功率、允许误差及制造日期等印制在电阻器的表面。其中允许误差以罗马数字或百分数的形式来表示,而若电阻器表面没有印刷允许误差,则一律默认其误差为± 20%。
这种方法的优点是简单明了、读数方便,所以它成为了最常用的阻值标示方法。但直接标示法只适用于功率和体积较大的电阻器,其应用范围有限。
举例来说,表面标注7.5kΩ±5%字样的电阻器,表示其标称阻值为7500Ω、允许误差为±5%。而表面标注750ΩII的电阻器,表示其标称阻值为750Ω、允许误差为±10%。
(2)文字符号法
这种方法与直接标示法类似,将标称阻值和允许误差以阿拉伯数字和文字符号按照一定规律组合在一起、并标注在电阻器的表面。其中单位字母之前的数字表示标称阻值的整数,单位字母之后的数字则依次表示标称阻值的第一位小数和第二位小数,最后的字母表示允许误差值。
电阻器的单位字母与允许误差的含义,如表1-4所示。
表1-4 电阻器的单位字母与允许误差
例如,表面标注7K5J这样文字符号的电阻器,表示其标称阻值为7.5kΩ、允许误差为± 5%。带有5M1K字样的电阻器,表示其标称阻值为5.1MΩ、允许误差为± 10%。
(3)色环标注法
该方法是一不同颜色的带或点在电阻体上标示出标称阻值与允许偏差。它可分为色环法和色点法两类,其中最常用的是色环法,其代表数值详见表1-5。
表1-5 各种色环所代表的数值
色环法根据色环的数量,又可分为四色环标注法和五色环标注法,如图1-3所示。
图1-3 四色环标注法与五色环标注法
(4)数码标示法
该方法是以电阻体上的3位数字来标注电阻标称值,即当电阻值大于或等于10Ω时,其阻值可用一个3位数字来标注。这3位数字中,前2位表示阻值的有效数值,第3位则表示指数(0的个数);而当电阻值小于10Ω时,在意数字和字母R标注,R表示小数点、单位亦是Ω。
1.2.2 允许误差
由于生产水平与工艺的差异,电阻器的实际阻值与标称阻值之间不可避免地存在一定的误差,这种误差被称为电阻器的允许误差。为了反映允许误差的大小,国标规定了误差等级(表1-3)。
由表1-3可知,Ⅰ级误差为标称值的±5%(即允许实际阻值高出标称阻值的5%或低于标称阻值的5%)而对于精密电阻器,其允许误差则为±1%、±0.5%。允许误差越小,则电阻器的精度等级越高。
1.2.3 标称功率
有电流流经电阻器时,电阻器散发热量并产生消耗功率;而电阻器一旦发热,其阻值亦会发生微小变化。若电流过大,则电阻器会发烫、烧焦甚至烧毁。为衡量电阻器的散热情况,人们引入了耐热功率、额定功率、标称功率等概念。
耐热功率是指电阻器单位时间内所能承受的热耗散量,以W(瓦)为单位。通常电阻器的散热量与其散热情况有关;电阻器体积越大,则热量越容易散发,故同一类型电阻器的体积越大,其耐热功率越大。
额定功率是指电阻器长时间工作时所允许消耗的最大功率,其计算式为:
(1-1)
式中 P——电阻器的额定功率,W;
I——电阻器中的电流,A;
U——电阻器两端的电压,V;
R——电阻器的阻值,Ω。
额定功率有标称值系列,常见的标称值包括1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5 W、10 W、15 W、25 W等;日常所说的多少瓦电阻器即是指电阻器的这种功率标称值,亦称为电阻器的标称功率。当电阻器的实际功率大于其标称功率时,电阻器就会因过热而烧毁。
典型的电阻器标称功率有1/8W、1/4W和1/2W;小信号电路中通常采用1/8W电阻器,在微电子产品中则常使用1/16W电阻器或贴片式电阻器。
实际选用电阻器时,要留有一定的功率余量,即电阻器的标称功率应大于它在电路中实际功率2倍以上。例如,实际功率为1/4W,则应选用1/2W的电阻器;实际功率为2W,则应选用5W电阻器。如此可避免电阻器过热而引起的阻值变化或烧毁事故,此外,电阻器温度低也有利于减小相应的热噪声。
1.2.4 温度系数
有电流流过电阻器时,电阻器会因发热而产生阻值的变化。电阻器的温度每变化1℃时,其阻值的变化量与原有阻值之比,被称为电阻器的温度系数。
温度系数越小,则表示电阻器越稳定、性能越好。例如,炭质电阻器的稳定性较差,碳膜电阻器则比较稳定,线绕电阻器则比碳膜电阻器更加稳定。实际应用中,需根据不同要求而选用具有不同温度系数的电阻器。