【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第1课时_常用电子元件1(电阻类)

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电阻作为最常用的电子元件,有很多种分类方法。电阻按精度分类可分为E6、E12、E24、E48、E96、E192六大系列,其精度分别为±20%、±10%、±5%、±2%、±1%和±0.5%。以最常用的E24系列为例,系列电阻值是这样确定的:
1) 基本数值:

QQ截图20200326111320.jpg

计算出来就是1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.7、3、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1、10这24个基本数值。

2) 基本数值再乘10的倍率就得到了不同数量级的电阻,例如有5.1Ω、51Ω、510Ω、5.1kΩ、51kΩ、510kΩ、5.1MΩ,但是不会有5Ω的E24电阻。
在实际设计电路时,电阻的阻值应选择某个系列中实际存在的电阻。此外,不同精度的电阻的温度特性不同,即使阻值合适也不能随便替换。
本着没吃过猪肉,也要见过猪跑的基本原则,依据实际购买电阻常用的种类,我们将分别介绍以下电阻及其特性:

  • 贴片电阻
  • 排阻
  • 色环电阻
  • 大功率电阻
  • 电流采样电阻
  • 可调电阻/电位器

1、贴片电阻

贴片电阻是现在电路板中用量最大的电阻类型,对于学校实验室来说,其价格便宜也便于备货存放,所以对于普通电阻应首选贴片型。如图1.1所示为不同型号贴片电阻的直观尺寸,图中的网格均为1mm间距。

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图1.1 贴片电阻的尺寸对比图

选择贴片电阻尺寸大小的首要依据是功率必须满足要求,如表1所示是贴片电阻尺寸功率对照表。0603以上大小的贴片电阻比较容易手工烙铁焊接,而1206以上电阻属于功率贴片电阻,价格较贵。所以在功率满足的情况下,我们手工制作电路板一般选0603或0805封装的电阻。

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表1 贴片电阻的尺寸和功率对照表

贴片电阻的精度:常用的贴片电阻精度为5%的E24系列和1%的E96系列,0603和0805两种贴片电阻的E24和E96系列差价很小(在10%左右)。更高精度的贴片电阻,例如图?中带字母R的,往往是做检测电流或过流保护等用途。

贴片电阻的标注:对于0603以上大小贴片电阻一般会在电阻上标注阻值,标注的方法有好几种。
(1)        通用的数字标注法:最后一位数量级,前面几位为数值。101代表10*10^1=100Ω,470代表47*10^0=47欧姆;
(2)        字母作为单位的方法:例如,4k7代表4.7kΩ,低阻值电阻用R表示小数点,39R0表示39.0Ω,R100表示0.1欧姆;
(3)        特殊标注:对于1%精度(E96)的0603电阻,由于无法印上4个字符,所以采用数字+字母对照的方法标注,用01~96,对应数字100~931;而字母表示倍率,A~F,对应1~10000倍。所以01A对应电阻值为100Ω。

2、排阻
当电路需要多个同样阻值的电阻均匀排列使用时,为减小电阻体积和便于布线,可以使用排阻来实现这一功能。排阻是多个电阻封装在一起的结构,如图2.1所示为排阻的电路符号,有两种连接方式,多个独立电阻结构以及有公共端的结构。

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图2.1 排阻结构
实际排阻的外观如图2.2所示,分贴片型和针插型两种。



(1)针插型排阻为公共端结构,排针间距多为标准的100mil(2.54mm),带点的引脚为公共端。102/103为标准标注方法,代表1kΩ和10kΩ,字母J是常用的精度表示法,符号 D F G J K M 精度分别为±0.5% ±1% ±2% ±5% ±10% ±20%。

(2)贴片型排阻为独立结构,型号基于0402/0603/0805贴片电阻多个集成而成,标注方法与普通贴片电阻相同。

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图2.2 针插排阻与贴片排阻

3、色环电阻
色环电阻也就是最普通的针插电阻,由于可根据色环读取阻值而得名。如图3.1所示,4色环前两位为数值,倒数第二位为数量级,最后一位为精度;5色环前三环为数值,其余色环含义与四色环电阻一致。六色环电阻属于精密电阻,前五色环与五色环电阻表示方法一样,第六色环表示该电阻的温度系数。

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图3.1 色环电阻色环对照表

色环电阻的按内部结构包括金属膜电阻、碳膜电阻、线绕电阻,主要区别是精度和温度系数。金属膜电阻优于碳膜电阻,绕线电阻常用于功率电阻。如图3.2所示,蓝底5环电阻多为金属膜电阻,黄底4环电阻多为碳膜电阻,按图中网格1mm比例的常见尺寸的色环电阻功率为1/4W。

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图3.2 常规尺寸的金属膜电阻和碳膜电阻

0.5W以上色环电阻属于功率电阻,尺寸会不成比例增大(耗散功率考虑表面积),如图3.3所示。色环电阻一般功率最大到5W。决定功率色环电阻价格的因素有功率、精度、是否铜引脚。一个容易忽视的真相是,基本上所有低值电子元件,未特别指明均为铁镀锡材质,而非铜材质。
        
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图3.3 功率电阻尺寸对照



最后一个讨论的问题,作为学生电子实验室,我们什么时候选择针插的色环电阻而不用贴片电阻呢?
(1)如图3.4所示,手工焊接洞洞板电路时,无疑针插元件更为方便。

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图3.4 洞洞板电路

(2)设计需打样的单面板电路时,针插元件易于交叉走线。如图3.5左图所示,可以明显看到电阻两个引脚之间有走线。事实上,大量商品化的小功率开关电源电路,由于线路较简单,都是单面板和针插元件设计的,如图3.5右图所示。

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图3.5 单面走线的电路板

4、大功率电阻
色环电阻属于小功率电阻,即使是功率电阻型也只能做到5W,如果电路中需要更大功率的电阻,就需要选择别的类型了。

(1)水泥电阻。
水泥电阻是将电阻线绕在瓷件上,放入方形瓷器框内,然后耐热水泥充填密封而成。它是最常用的中等功率电阻,功率一般从1W-20W,分卧式和立式,如图4.1所示。

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图4.1 水泥电阻
低阻值的无感水泥电阻常用于检测电流用途,多为立式扁方块封装,如图4.2所示。

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图4.2 低阻值无感水泥电阻

水泥电阻功率也只能做到20W,更大功率的电阻有以下几种:

(2)金属壳散热电阻
金属壳散热电阻用于制动、老化测试等大功率场合。额定功率从几十瓦到几千瓦。如图4.3所示的金属壳电阻都是铝制外壳的,国产机电产品,未特别说明是纯铜的场合,大都是铝代替铜。

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图4.3 铝壳电阻

(3)绿色绕线功率电阻。
此类电阻的内部核心都是铜合金的电阻丝,使用不同的绕线和表面处理工艺制成,如图4.4所示。绕线电阻搭配滑动结构,可以构成可调电阻(电位器)的形式,如图4.5所示。

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图4.4 被釉线线绕电阻和波纹线绕电阻

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图4.5 瓷管可调线绕电阻和圆盘可调线绕电阻

5、电流采样电阻
用于电流采样的电阻需具备两个特点:一是阻值低,二是温度系数好(温漂小)。而对于阻值是否精确,则不是首要考虑的问题。简单来说就是阻值必须稳定不变,至于是1Ω还是1.05Ω,提前校准后就不会对测量结果有影响。
除前面提到的低值无感水泥电阻外,常见的检流电阻还有以下几种:
(1)如图5.1所示的直接由康铜丝构成的检流电阻,康铜丝温度稳定性好,电流大。缺点是精度较低(康铜丝长度粗细的影响),使用前需校准阻值。

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图5.1 康铜丝电阻

(2)如图5.2所示各种贴片型检流电阻,这类检流电阻阻值可以做到mΩ级,但是一般电流不大。

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图5.2 贴片检流电阻

(3)如图5.3所示的四线制检流电阻,这类检流电阻阻值也可以做到mΩ级,电流比较大。四线的含义是两个主电极走大电流,两个次电极接采样电路。

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图5.3 四线制检流电阻

(3)如图5.4所示为专用的分流器电阻,本质上它也是康铜材质构成(黑色部分),搭配大块铜作为接头(银色镀锡部分),以减小接触电阻,分流器的额定电流可以做到几千几万安培。

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图5.4 分流器

分流器在额定电流时,两端压降为标准75mV,这样做好处是可以直接搭配如图5.5所示的75mV量程的指针式仪表使用。

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图5.5 75mV指针式电流表

6、可调电阻/电位器
大多数可调电阻都是电位器外部接线得来的。前面我们讲了几种滑线式功率电位器,接下来我们介绍几种信号级的电位器。

第一类是小型单圈电路板电位器。
(1)如图6.1所示,最常见的针插式有Bourns公司的3362系列单圈电位器,和俗称蓝白电位器的国产单圈电位器。两种电位器都分卧式和立式,方便调节阻值。

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图6.1 针插式3362电位器和蓝白电位器

(2)如图6.2所示,贴片式单圈电位器有Bourns公司的3314系列单圈电位器和国产3*3单圈电位器。

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图6.2 贴片式3314电位器和3*3电位器

小型多圈电位器生产商较少,如图6.3所示,最常见是Bourns公司的针插3296系列和贴片3224系列。

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图6.3  3296和3224系列多圈电位器

第二类是中大型单圈电路板电位器。如图6.4所示分别为拨盘型电位器,和旋钮式电位器,这两种电位器都有单联和双联结构,图片中的两种都是双联结构的。

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图6.4 拨盘型电位器和旋钮性电位器

第三类是面板安装式的电位器。面板安装式电位器通过螺丝固定在操作面板上,电位器的引脚通过电线与电路板相连。
(1)如图6.5所示为普通面板安装式单圈电位器,外观大同小异,但国产进口价格可相差10倍。

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图6.5 单圈面板安装时电位器

(2)如图6.6所示为单圈导电塑料电位器。这类电位器的线性度极佳,因此电阻值可以反推出转轴的位置,因此它也叫角位移传感器。

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图6.6 导电塑料电位器

(3)如图6.7所示为面板安装式多圈电位器,典型的有进口Bourns公司3590型和国产Bochen公司WXD3型。多圈电位器可以搭配刻度旋钮使用,以便记录圈数。

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图6.7 3590型多圈电位器和WXD3型多圈电位器

第四类是调音电位器类。为什么把调音电位器单独讲解呢,这是因为前面提到的电位器都是线性调节的,而调音电位器必须按指数规律变化。人耳对声音的识别不是线性的,声音功率大10倍,人感觉声音只增大了1倍,所以声音的大小用分贝表示。
典型的调音电位器以Alps公司产品为代表。
(1)如图6.8所示为Alps公司调音电位器的几种典型外观,有滑动式和旋钮式,外观形状有普通旋钮型,也有立方体形状。因为要控制双声道,所以调音电位器一般都是双联的。

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图6.8 Alps调音电位器

(2)如图6.9所示为Alps公司马达调音电位器。这类电位器专门用于实现遥控调节音量。这类遥控器实际是两个部分组成,(遥控器控制)机械马达,进而带动机械电位器旋钮旋转。比起数字技术的遥控调音方案,马达调音电位器可以最大限度减小hifi音乐系统的失真。

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图6.9 Alps马达型调音电位器








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课程对基础元器件具有较好普及性,期待后续课程

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嗯嗯,很有帮助,谢谢老师了

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我是第一个,2020电赛冲呀

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打卡:$,讲得很全面:lol

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打卡ing

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好好学习天天向上

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打卡第一期

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内容太有料了,学到了好多

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想问下贴片式元器件与直插式元器件哪种好焊接,虚焊概率小

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通过本期的内容了解了各种电阻的分类和性能,图文结合很形象,很好的科普贴

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都是满满的干货啊,感谢傅老师!

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精度可分6大系列

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一粒轻沙

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支持支持!很详细!

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青岛大学的老师!!!顶

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第一次见识到这么多电阻,涨姿势了,膨胀

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打卡 打卡
在生活中,我经常在一些精密仪器上(比如手机主板、电脑主板等)见到贴片电阻。学了本节后,能够分辨出这些电阻的阻止。
色环电阻在实验室真的特别常用,我上学期焊电路板的时候用过好多次。
可调电阻在高中课本上见到很多次,通过学习知道了它的各种分类

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学习了电阻方面的知识,不错哦

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打卡:lol
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