第四章 基本元件電阻器、電容、電感

1、第四章 基本元件 電阻 電容 電感課前小趣:看下面圖片，區(qū)分電感和電阻圖4-1 圖4-2問題：上面圖片中是一個電感跟一個電阻，區(qū)分？答案是 圖4-1是電阻，圖4-2是電感，表面上其實兩種電器元件很相似 ，但是電感有一個特點就是它的底顏色是綠色的 ，而且實在區(qū)分不開，我們可以借助萬用表，把開關(guān)打在歐姆檔，測電阻，讀書是零的為電感 有讀數(shù)的是電阻。 當(dāng)然電感也不止這一種，還有很多，只是這一種很容易于電阻混。所以我們把它拿出來單獨研究它。細(xì)心的人會看到上面有很多的色環(huán)，想知道這些色環(huán)的作用嗎？通過下面的學(xué)習(xí)我們就知道了，而且 我們還可以僅僅通過這些色環(huán)就知道他們的電阻和電感是多少？好奇嗎?那就帶著你

2、的好奇心，往下學(xué)。4.1.1電阻1、定義：導(dǎo)體對電流的阻礙作用就叫導(dǎo)體的電阻。電阻（Resistor）是所有電子電路中使用最多的元件。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經(jīng)過它就產(chǎn)生熱能。電阻在電路中通常起分壓分流的作用，對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻。電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1°C時電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。 電阻是所有電子電路中使用最多的元件。圖4-3 電阻器簡稱電阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有電子電路中使用最多的元件。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說

3、它是一個耗能元件，電流經(jīng)過它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓分流的作用，對信號來說交流與直流信號都可以通過電阻。2.單位K（千歐）， M（兆歐），他們的換算關(guān)系是：1T=1000G 1G=1000M 1M=1000K 1K=1000 （也就是一千進率）3、電阻是一個線性元件。說它是線性元件，是因為通過實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，流經(jīng)一個電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比即它是符合歐姆定律：I=U/R4、電阻數(shù)值了解電阻的阻值標(biāo)法通常有色環(huán)法，數(shù)字法。色環(huán)法在一般的的電阻上比較常見。由于手機電路的電阻一般比較小，很少被標(biāo)上阻值，即使有，一般也采用數(shù)字法，即：101表示100的電阻； 102表示1K的

4、電阻； 103表示10K的電阻； 104表示100K的電阻； 105表示1M的電阻電阻在電路中中起限流作用 無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路電阻之色環(huán)標(biāo)識：棕 1 紅2 橙 3 黃 4 綠5 藍(lán)6 紫 7 灰 8 白9 黑0 金-1 銀-2圖4-55電阻的阻值標(biāo)法 通常有色環(huán)法，數(shù)字法。色環(huán)法在一般的的電阻上比較常見。由于手機電路中的電阻一般比較小，很少被標(biāo)上阻值，即使有，一般也采用數(shù)字法，即：101表示100的電阻； 102表示1K的電阻； 103表示10K的電阻； 104表示100K的電阻； 106表示10M的電阻； 107表示100M的電阻。如果一個電阻上標(biāo)為22*103，則這個電阻為22K。

5、數(shù)碼法用三位數(shù)字表示元件的標(biāo)稱值。從左至右，前兩位表示有效數(shù)位，第三位表示10n(n=08)。當(dāng)n=9時為特例，表示10(-1)。塑料電阻器的103表示10*103=10k。片狀電阻多用數(shù)碼法標(biāo)示，如512表示5.1k。電容上數(shù)碼標(biāo)示479為47*10(-1)=4.7pF。而標(biāo)志是0或000的電阻器，表示是跳線，阻值為0。數(shù)碼法標(biāo)示時，電阻單位為歐姆，電容單位為pF，電感一般不用數(shù)碼標(biāo)示。電阻器的電氣性能指標(biāo)通常有標(biāo)稱阻值,誤差與額定功率等。它與其它元件一起構(gòu)成一些功能電路，如RC電路等。電阻是一個線性元件。說它是線性元件，是因為通過實驗發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，流經(jīng)一個電阻的電流與電阻兩端的電壓成

6、正比即它是符合歐姆定律：I=U/R常見的碳膜電阻或金屬膜電阻器在溫度恒定，且電壓和電流值限制在額定條件之內(nèi)時，可用線性電阻器來模擬。如果電壓或電流值超過規(guī)定值，電阻器將因過熱而不遵從歐姆定律，甚至還會被燒毀。電阻的種類很多，通常分為碳膜電阻，金屬電阻，線繞電阻等：它又包含固定電阻與可變電阻，光敏電阻，壓敏電阻，熱敏電阻等。通常來說，使用萬用表可以很容易判斷出電阻的好壞：將萬用表調(diào)節(jié)在電阻擋的合適擋位，并將萬用表的兩個表筆放在電阻的兩端，就可以從萬用表上讀出電阻的阻值。應(yīng)注意的是，測試電阻時手不能接觸到表筆的金屬部分。但在實際電器維修中，很少出現(xiàn)電阻損壞。著重注意的是電阻是否虛焊，脫焊。作用:

7、主要職能就是阻礙電流流過 ,應(yīng)用于限流、分流、降壓、分壓、負(fù)載與電容配合作濾波器及阻匹配等.數(shù)字電路中功能有上拉電阻和下拉電阻。4.1.2普通電阻的選用常識a.正確選有電阻器的阻值和誤差:阻值選用:原則是所用電阻器的標(biāo)稱阻值與所需電阻器阻值差值越小越好.誤差選用:時間常數(shù)RC電路所需電阻器的誤差盡量小.一般可選5%以內(nèi).對退耦電路,反饋電路濾波電路負(fù)載電路對誤差要求不太高.可選10%-20%的電阻器。b.注意電阻器的極限參數(shù):額定電壓:當(dāng)實際電壓超過額定電壓時,即便滿足功率要求,電阻器也會被擊穿損壞.額定功率:所選電阻器的額定功率應(yīng)大于實際承受功率的兩倍以上才能保證電阻器在電路中長期工作的可靠

8、性.c.要首選通用型電阻器:通用型電阻器種類較多、規(guī)格齊全、生產(chǎn)批量大,且阻值范圍、外觀形狀、體積大小都有挑選的余地,便于采購、維修.d.根據(jù)電路特點選用:高頻電路:分布參數(shù)越小越好,應(yīng)選用金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻等高頻電阻.低頻電路:繞線電阻、碳膜電阻都適用.功率放大電路、偏置電路、取樣電路:電路對穩(wěn)定性要求比較高,應(yīng)選溫度系數(shù)小的電阻器.退耦電路、濾波電路: 對阻值變化沒有嚴(yán)格要求,任何類電阻器都適用. e.根據(jù)電路板大小選用電阻:敏感電阻器常識:a. 熱敏電阻:圖4-6是一種對溫度極為敏感的電阻器.分為正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)電阻器。.選用時不僅要注意其額定功率、最大工作電壓、標(biāo)稱阻值,

9、更 要注意最高工作溫度和 電 阻溫度系數(shù)等參數(shù),并注意阻值變化方向. b.光敏電阻:硫化鎘等材質(zhì)，阻值隨著光線的強弱而發(fā)生變化的電阻器. 分為可見光光敏電阻、紅外光光敏圖4-7光敏電阻電阻、紫外光光敏電阻.選用時先確定電路的光譜特性.b. 壓敏電阻圖4-8壓敏電阻是對電壓變化很敏感的非線性電阻器.當(dāng)電阻器上的電壓在標(biāo)稱值內(nèi)時,電阻器上的阻值呈無窮大狀態(tài),當(dāng)電壓略高于標(biāo)稱電壓時,其阻值很快下降,使電阻器處于導(dǎo)通狀態(tài),當(dāng)電壓減小到標(biāo)稱電壓以下時,其阻值又開始增加。壓敏電阻可分為無極性(對稱型)和有極性(非對稱型)壓敏電阻.選用時,壓敏電阻器的標(biāo)稱電壓值應(yīng)是加在壓敏電阻器兩端電壓的2-2.5倍.另需

10、注意壓敏電阻的溫度系數(shù).c. 濕敏電阻：圖4-9是對濕度變化非常敏感的電阻器,能在各種濕度環(huán)境中使用.它是將濕度轉(zhuǎn)換成電信號的換能器件.選用時應(yīng)根據(jù)不同類型號的不同特點以及濕敏電阻器的精度、濕度系數(shù)、響應(yīng)速度,濕度量程等進行選用。注:電阻在低頻的時候表現(xiàn)出來的主要特性是電阻特性,但在高頻時,不僅表現(xiàn)出電阻特性,還表現(xiàn)出電抗特性的一面這在無線電方面(射頻電路中尤其重要)。4.1.3電阻的測量方法伏安法：又稱伏特計、安培計法，是一種較為普遍的測量電阻的方法，通過利用歐姆定律：R=U/I來測出電阻值。因為是用電壓除以電流，所以叫伏安法。器材：電壓表、電流表、一個待測電阻兩種接法：外接法和內(nèi)接法。所謂

11、外接內(nèi)接，即為電流表接在電壓表的外面或里面。伏安法測電阻雖然精度不很高，但所用的測量儀器比較簡單，而且使用也方便。是最基本的測電阻的方法，測電阻的方法還有替代法、惠斯通電橋法等多種。視野拓展圖4-8電阻在生活中的無處不在，例如普通的線路板，或者當(dāng)我們連接一個電路時，電壓太大，我們擔(dān)心會燒壞用電器，這時我們就需要電阻的幫忙，當(dāng)然任何事物都有對立面，電阻在遠(yuǎn)距離輸電時就會白白的耗費一些電能，我們也都知道，家用電器用一會電線就會發(fā)熱，這就是因為電流的熱效應(yīng)，電流流過電阻時，會產(chǎn)生熱量，這部分熱量三道自然界中就是浪費了，所以對于輸電工廠來說，最好是有一種導(dǎo)線電阻特小，電阻小的導(dǎo)線是有的，金銀電阻特小，

12、但是這種導(dǎo)線任何人都知道，成本相當(dāng)高?？茖W(xué)家們在這方面下了很多功夫，他們在想有沒有一種電線在一定條件下，一點電阻也沒有呢？1911年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在4.2K附近，水銀的電阻消失了，這就是通常所說的超導(dǎo)現(xiàn)象。這時水銀進入了一種新的狀態(tài)，電阻變?yōu)榱?，這種特殊的導(dǎo)電性質(zhì)的物質(zhì)狀態(tài)，科學(xué)家稱為超導(dǎo)態(tài)。從此揭開了研究超導(dǎo)的第一頁。超導(dǎo)現(xiàn)象這一偉大發(fā)現(xiàn)，促使人們挖掘物質(zhì)世界中超導(dǎo)電性所隱藏的最神秘的寶藏。 具有超導(dǎo)電性的物質(zhì)叫超導(dǎo)體，超導(dǎo)體電阻突然變?yōu)榱愕臏囟冉谐瑢?dǎo)臨界溫度。至今已發(fā)現(xiàn)有28種元素、幾千種合金和化合物是超導(dǎo)體。超導(dǎo)體進入超導(dǎo)狀態(tài)時，不僅其內(nèi)的電阻為零，而且體內(nèi)的磁場也為零，表現(xiàn)出完全的抗磁性。

13、一段努力后，我們發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體，這種導(dǎo)體如果普及，將會相當(dāng)大的減少電能損失。圖4-94.2.1電容器小實驗：將單刀雙擲開關(guān)扳到位置一，紅色發(fā)光二極管亮（若不亮可能是二極管接反或電容接反，調(diào)整后即可）。二極管亮度變化是先亮后暗最后熄滅，說明充電電流開始較大，后逐漸減小，最后等于零，充電結(jié)束。待紅色發(fā)光二極管熄滅后，再將開關(guān)扳到位置2，觀察綠色發(fā)光二極管的亮度變化（即放電過程），據(jù)此可判斷充電、放電過程中電流大小的變化情況。圖4-10這是一個二極管電容應(yīng)用電路，根據(jù)電路圖連個實物圖看看吧!一電容導(dǎo)語在直流電路中，電容器是相當(dāng)于斷路的。 電器是一種能夠儲藏電荷的元件，也是最常用的電子元件之一。這得從電

14、容的結(jié)構(gòu)上說起。最簡單的電容是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)1構(gòu)成的。通電后，極板帶電，形成電壓（電勢差），但是中間由于是絕緣的物質(zhì)，所以是不導(dǎo)電的。不過，這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓（擊穿電壓）的前提條件下的。我們知道，任何物質(zhì)都是相對絕緣的，當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后，物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的，我們稱這個電壓叫擊穿電壓。電容也不例外，電容被擊穿后，就不是絕緣體了。不過在中學(xué)階段，這樣的電壓在電路中是見不到的，所以都是在擊穿電壓以下工作的，可以被當(dāng)做絕緣體看。圖4-11陶制電容器但是，在交流電路中，因為電流的方向是隨時間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過程是有時間的，這個時

15、候，在極板間形成變化的電場，而這個電場也是隨時間變化的函數(shù)。實際上，電流是通過場的形式在電容器間通過的。在中學(xué)階段，有句話，就叫通交流，阻直流，說的就是電容的這個性質(zhì)。4. 2.2電容的作用:1）旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。 就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。 為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。圖4-122）去藕圖4-13去藕，又稱解藕。 從電路來說， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的

16、負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大， 驅(qū)動電路要把電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。去藕電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1F、0.01F 等

17、；而去耦合電容的容量一般較大，可能是10F 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。3）濾波圖4-14從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1F 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容（1000F）濾低頻，小電容（

18、20pF）濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。4）儲能圖4-15儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。 電壓額定值為40450VDC、電容值在220150 000F 之間的鋁電解電容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于

19、功率級超過10KW 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。4.2.3電容器的基本功能充電和放電充電和放電是電容器的基本功能。1.充電充電實驗：按照下面的電路圖連接實物圖，看有何現(xiàn)象？圖4-16這是一個電容器的充電過程演示。 合上開關(guān)，電池通過電阻及電表向電容器充電，電路中有暫時的充電電流，電表指針偏轉(zhuǎn)較大，當(dāng)電容器充滿電后，按下電建，可以將電容器上的電荷放完，在可重復(fù)以上的充電操作。解釋：使電容器帶電（儲存電荷和電能）的過程稱為充電。這時電容器的兩個極板總是一個極板帶正電，另一個極板帶等量的負(fù)電。把電容器的一個極板接電源（如電池組）的正極，另一個極板接電源的負(fù)極，兩個極板就分別帶上了等

20、量的異種電荷。充電后電容器的兩極板之間就有了電場，充電過程把從電源獲得的電能儲存在電容器中。2.放電放電實驗：圖4-17合上開關(guān)，數(shù)秒鐘后，在斷開開關(guān)，此時電容器已經(jīng)充滿電，電表偏轉(zhuǎn)很大，開關(guān)斷開后，電容器上的電荷通過電表向電阻放電，電表顯示放電的過程，隨著電容器上電荷越來越少，放點電流也很快下降，電荷很放完，電表指針回到零位。解釋：使充電后的電容器失去電荷（釋放電荷和電能）的過程稱為放電。例如，用一根導(dǎo)線把電容器的兩極接通，兩極上的電荷互相中和，電容器就會放出電荷和電能。放電后電容器的兩極板之間的電場消失，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。圖4-16電容器 在一般的電子電路中，常用電容器來實現(xiàn)旁路、耦

21、合、濾波、振蕩、相移以及波形變換等，這些作用都是其充電和放電功能的演變。電容（或稱電容量）是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)（就像一只水桶一樣，你可以把電荷充存進去，在沒有放電回路的1情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應(yīng)/電解電容比較明顯，可能電荷會永久存在，這是它的特征），它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、隔直流等電路中。電容的符號是C。C=S/d=S/4kd(真空)=Q/U在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F

22、,常用的電容單位有毫法(mF)、微法(F)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等，換算關(guān)系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)1000000微法(F)1微法(F)= 1000納法(nF)= 1000000皮法(pF)。相關(guān)公式一個電容器，如果帶1庫的電量時兩級間的電勢差是1伏，這個電容器的電容就是1法，即：C=Q/U 但電容的大小不是由Q（帶電量）或U（電壓）決定的，即：C=S/4kd 。其中，是一個常數(shù)，S為電容極板的正對面積，d為電容極板的距離， k則是靜電力常量。常見的平行板電容器,電容為C=S/d.（為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離。）電容器的電勢能

23、計算公式：E=CU2/2=QU/2多電容器并聯(lián)計算公式：C=C1+C2+C3+Cn多電容器串聯(lián)計算公式：1/C=1/C1+1/C2+1/Cn三電容器串聯(lián) C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)4.2.4 電容與靜電場電容是指容納電場的能力。任何靜電場都是由許多個電容組成，有靜電場就有電容，電容是用靜電場描述的。一般認(rèn)為：孤立導(dǎo)體與無窮遠(yuǎn)處構(gòu)成電容，導(dǎo)體接地等效于接到無窮遠(yuǎn)處，并與大地連接成整體電子制作中需要用到各種各樣的電容器，它們在電路中分別起著不同的作用。與電阻器相似，通常簡稱其為電容，用字母C表示。顧名思義，電容器就是“儲存電荷的容器”。盡管電容器品種繁多，但它

24、們的基本結(jié)構(gòu)和原理是相同的。兩片相距很近的金屬中間被某物質(zhì)（固體、氣體或液體）所隔開，就構(gòu)成了電容器。兩片金屬稱為的極板，中間的物質(zhì)叫做介質(zhì)。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。規(guī)定把電容器外加1伏特直流電壓時所儲存的電荷量稱為該電容器的電容量。電容的基本單位為法拉（F）。但實際上，法拉是一個很不常用的單位，因為電容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（F）、納法（nF）、皮法（pF）（皮法又稱微微法）等，它們的關(guān)系是：1法拉（F）= 1000000微法（F） 1微法（F）= 1000納法（nF）= 1

25、000000皮法（pF）在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當(dāng)濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機、發(fā)射機和振蕩器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點，一般1F以上的電容均為電解電容，而1F以下的電容多為瓷片電容，當(dāng)然也有其他的，比如獨石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個鋁殼，里面充滿了電解質(zhì)，并引出兩個電極，作為正（+）、負(fù)（-）極，與其它電容器不同，它們在電路中的極性不能接錯，而其他電容則沒有極性。把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過一會兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓

26、（學(xué)了以后的教程，可以用萬用表觀察），我們說電容器儲存了電荷。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲存的電荷向電路釋放的過程，稱為電容器的放電。舉一個現(xiàn)實生活中的例子，我們看到市售的整流電源在拔下插頭后，上面的發(fā)光二極管還會繼續(xù)亮一會兒，然后逐漸熄滅，就是因為里面的電容事先存儲了電能，然后釋放。當(dāng)然這個電容原本是用作濾波的。至于電容濾波，不知你有沒有用整流電源聽隨身聽的經(jīng)歷，一般低質(zhì)的電源由于廠家出于節(jié)約成本考慮使用了較小容量的濾波電容，造成耳機中有嗡嗡聲。這時可以在電源兩端并接上一個較大容量的電解電容（1000F，注意正極接正極），一般可以改善效果。發(fā)燒友制作HiFi音響，都要用至少1萬微法以上的電容器來濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲能作用，使