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1.1电阻器简介

这篇文章介绍了电阻器，这是电子电路中必不可少的元件，强调了它们在管理电流流动和能量转换中的作用，例如在灯泡中。它探讨了不同的电阻器符号，它们在调节电流以防止元件损坏中的必要性，以及影响电阻器选择的因素，包括电容值和工作电压。

##什么是电阻器？

电阻器是所有电子电路中都使用的最基本的元件。它是一种被动元件，能够阻碍电子的流动。因此，它只允许一定量的电流通过。其余的电流则被转化为热能。

灯泡的工作原理是，电流通过灯丝（通常是钨丝，它是一种电阻器）。能量被转化为光和热并释放出来。

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电阻器符号​

通常，有两种标准用于表示电阻器的符号，即电气和电子工程师协会（IEEE）和国际电工委员会（IEC）。

电阻器的IEEE符号是如下面的图中所示的锯齿线。

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电阻器IEEE符号

国际电工委员会（IEC）符号

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电阻器IEC符号

为什么电路中要使用电阻？​

让我们举个例子来回答这个问题。

  • 假设有一个LED连接到一个9V的电池上。假设LED的正向电流为3mA。
  • 如果在LED和电池之间连接一个电阻，LED就会发光。
  • 如果在LED和电池之间没有电阻，LED虽然会发光，但过一段时间后会因过热而损坏。这是因为通过LED的电流（>30mA）过大。
  • 因此，电阻对于控制电流流动是必要的。
  • 电路中使用的电阻可以用于多种目的。例如，用于调整电压水平、为有源元件提供偏置、分配电压水平等。

电阻是由什么制成的？​

  • 电阻是由涂有金属或金属氧化物的陶瓷棒制成的。

  • 这种涂层决定了电阻的阻值。

  • 如果涂层较厚，电阻的阻值就较低。

什么是电阻？​

  • 电阻是电阻器阻碍电流流动的特性。让我们更清楚地理解这一点。

  • 通常，材料被分为导体和绝缘体。

  • 导体允许电流通过，因为它们有自由电子。

  • 绝缘体没有自由电子，它们阻碍电子在其内部的自由流动。这种阻碍力就是电阻。

  • 不同类型的电阻是由不同成分制成的。

因此，电阻可以定义为材料对电流流动的阻碍力。

如何计算电阻？​

电流通过导体的能量流动机制可以描述如下：

在有源电源存在的情况下，像电阻器这样的被动元件总是吸收能量，电流总是从高电位流向低电位。

如果在两个不同但几何形状相似的导体（如铜棒和玻璃棒）的两端施加相同的电位差，结果会得到不同的电流。这种导致不同电流的导体特性就是它的电阻。

电阻的定义可以从电磁理论形式或连续体形式的欧姆定律中得出：

J=σE ——1

这里，σ 是材料（即导体）的电导率。

E 是由于电流通过导体而沿导体长度产生的电场。 如果“V”是导体两端的电压降，“L”是导体的物理长度，那么

E=V/L ——2

由于电流通过导体，导体内部会产生电流密度J。

如果“I”是通过导体的电流，“A”是导体的横截面积，那么根据电流密度的定义

J=I/A ——3

现在结合方程1、2和3

I/A=σV/L
V=(L/Aσ)I ——4

括号中的项是常数，我们用“R”来表示它。

V=RI

这是电路分析中的欧姆定律形式。

根据欧姆定律的定义，通过导体的电流与施加的电位差成正比。

I∝V

比例常数称为导体的电阻参数R。

I=V/R
R=V/I

通过在导体的两点之间施加电位差V并测量电流I，可以确定导体在这两点之间的电阻。

电阻的单位是伏特每安培，称为欧姆（Ω）。

1Ω=1伏特每安培=1V/A

从之前的计算

V=(L/Aσ)I
R=L/(Aσ)Ω

σ 是导体的电导率，它衡量导体传导电流的能力。

σ 的倒数是电导率的倒数，称为电阻率，用符号ρ（rho）表示。

电阻率衡量导体阻碍电流流动的能力。

因此，材料的电阻与其电阻率成正比。

R=ρL/AΩ

导体的电阻可以定义为导体对电流通过的阻碍。

电阻是像导体这样的物体的属性。电阻率是构成物体的材料的属性。

给定电阻的阻值可以从其上的电阻色码读出。

电阻的功率额定值是多少？​

电阻的功率额定值是电阻能够承受的功率（电压和电流的组合）的最大值。如果电阻的输入功率大于这个值，电阻可能会损坏。电阻的功率额定值也称为瓦数。

电阻的功率额定值范围很广，从1/8瓦到1瓦不等。功率大于1瓦的电阻称为功率电阻。

电阻的伏安特性​

电阻的伏安特性是施加电压与通过它的电流之间的关系。

根据欧姆定律，我们知道，当施加在电阻上的电压增加时，通过它的电流也会增加，即施加的电压与电流成正比。

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上述规格在纯电阻（即理想电阻）且温度恒定的情况下是有效的。

在实际条件下，这些数值可能会根据运行环境而变化，其特性可能与理想的线性数值有所不同。

电阻随温度的变化​

  • 随着周围环境温度的升高，材料的电阻会发生变化。
  • 这种变化的原因并非材料尺寸的变化，而是材料电阻率的变化。
  • 当温度升高时，热量会引起原子振动，这些振动会导致自由电子与原子内层电子之间的碰撞。
  • 这些碰撞会消耗自由电子的能量。如果碰撞次数增多，自由电子的能量消耗增加，从而增加了对电流流动的阻力。这是导体的情况。
  • 对于绝缘体，电阻会随着温度的升高而降低。
  • 原因是自由电子的数量增加，它们从束缚状态中释放出来。
  • 从数学角度来看，电阻的相对变化与温度的变化成正比。
∆R/R0∝∆T

其中：

  • ΔR 是电阻的小变化量
    ΔR=R−R0
    ​
  • R是在温度T时的电阻
  • R0是在温度 T0时的电阻
  • ΔT 是温度的变化量
  • ΔT=T−T0 ​

如果我们将上述方程中的比例常数表示为 α（温度系数），则有：

∆R/R0 = α∆T

其中 α 是电阻的温度系数。

电阻的温度系数用于描述电阻随温度变化的相对变化。 如果温度变化较小，则上述方程可以写为：

R = R0 [1+α(T-T0)]

如果电阻随温度升高而增加，则该材料被认为具有正温度系数。这些材料是导体。

如果电阻随温度升高而降低，则该材料被认为具有负温度系数。这些材料是绝缘体。