电阻器的工作原理

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在本文中，我们将了解电阻器的工作原理！我们将探讨不同类型的电阻器、电阻器在电路中的工作原理以及如何计算电阻。

为什么电阻器会起火，为什么有这么多不同的类型，这些条带是什么意思，电阻器甚至是如何工作的。我将在这篇文章中告诉你。

什么是电阻器？

电阻器看起来像这样，它们有多种形状和尺寸。它们在工程图纸中用类似的符号表示。

如果我们把这个 LED 连接到 9 伏电池，它会立即被销毁。LED 内部有一根细线，电池会试图将如此多的电子推过这根线，以至于它断裂。因此，我们使用电阻器来降低这个电子电流。电阻器从电路中去除能量以保护 LED，它实际上将电能转化为热量以将其去除。

电阻器使电子更难流动。因此，它们增加了电路的电阻。电阻是电子流过材料的难易程度的量度，我们以欧姆为单位来衡量。

许多人错误地认为电阻器的作用就像一个减速带，只会暂时减慢电子的速度。但它们的作用更像是交通堵塞，限制了可以流动的电子数量，电子的速度保持不变。

想想流经管道的水，很容易流动。但是，如果我们部分堵塞管道，就会增加管道的阻力，水就会发生碰撞，这样水就会更难流动，而且限制条件也会产生压降。与电一样，电子很容易流过电线，但如果我们添加一个电阻器，那么电子会碰撞，因此更难流动，因此电流是有限的。我们在电阻器上也有一个电压降。这些碰撞将动能转化为热量，这就是电阻器变热的原因。

你们中的大多数人都会认出这些类型的电阻器，金属膜电阻器、碳膜电阻器或碳复合电阻器。我将在本文后面解释这些工作原理，您甚至可以尝试自己制作一些电路。

这些都是通孔类型，我们可以将其插入原型板或焊接到印刷电路板中。电路板通常会标记组件，以便我们识别它们的位置。

我们可以非常便宜地批量购买它们，非常适合学习电子产品和犯错误。我会在下面留下一个链接，你可以在哪里买到它们。
这些具有固定电阻，在电阻器的侧面我们有这些彩色条纹，用于指示电阻值。我将在本文后面向您展示如何阅读它。

我们还发现了用于紧凑型电路板的 SMD 或表面贴装器件类型。这些直接焊接到电路板上的金属焊盘上。我们可以使用烙铁或焊膏，但有些太小了，需要专门的机器。它们具有固定的电阻，顶部是一个表示电阻值的数字。我将在本文后面向您展示如何阅读它。

所有这些都具有固定的电阻值，但我们也可以有可变的电阻类型。

我们找到了手动可调的版本，如电位计和变阻器，我们可以使用刻度盘进行调整。有些非常小，用于校准电路。

然后我们有自动版本，如热敏电阻、光敏电阻器、压敏电阻等。

所有这些电阻器都将具有额定的最大电阻、电压和功率。电阻器会产生热量，并且在某个时候它们将无法散发足够的热量。温度升高得如此之多，以至于保护层着火，然后电阻器被破坏。

电阻器的工作原理

让我们看看不同电阻器的工作原理及其结构。

碳复合电阻器是通过将导电材料（如碳或石墨）与绝缘粉末（如粘土）混合制成的。这形成了一个实心芯，然后在两端放置金属连接器。它封装在一个绝缘箱中。电子流过固体核心。如果我们看一下里面，我们可以看到有一个实心芯，两端都有金属连接器，然后是绝缘外壳。现在这些不再常用，只是因为现代电阻器具有更好的性能、稳定性，而且使用寿命也更长。

碳膜电阻器非常常见，而且生产成本也非常低。它们由一个涂有薄薄碳层的陶瓷芯组成，金属连接器与端盖相连，所有这些都覆盖着绝缘外壳。为了控制电阻值，然后在碳层中切出一个螺旋槽。这为电子创造了一条狭窄的路径，通过改变螺旋切割的间距，我们可以增加路径的长度并减小路径的宽度，因此电阻增加。看这些例子，我们可以清楚地看到 1 欧姆电阻器的凹槽短，路径宽，1 千克欧姆几乎旋转 3 次，路径要细得多，然后 1 兆欧姆电阻器几乎旋转 5 次，路径非常细，因此电阻非常高。

这些有不同尺寸可供选择。电阻器越大，由于表面积较大，它可以散发的热量就越多。因此，电阻器越大，额定功率就越大。

我们通常在这些电阻器上找到 4 条条纹，表示电阻值。包装通常会告诉我们电阻，或者我们可以用万用表快速测量它。但是，有时我们需要使用此图表查找值。我们有 2 位数字、一个乘数和一个容差带。公差带与其他条带分开。我们从棕色的条纹 1 开始，所以这是 1，第二个条纹是黑色的，它是 0,3RD条纹是棕色的乘数，所以它是 10，所以 1 和 0 是 10，乘以 10 得到 100 欧姆，最后的条纹是公差，这个是金色的，所以它是正负 5%，这意味着它可以低至 95 欧姆或高达 105 欧姆。当我用万用表测量这个时，我们可以看到它的读数为 98.2 欧姆。

好的，你能自己找出这个的阻力吗？在评论部分告诉我，我会在文章末尾给你答案。

金属膜电阻器非常常见，它们由涂有一层薄金属的陶瓷芯组成，电连接器与端盖相连，所有这些都覆盖有保护涂层。金属层上切有一个螺旋槽以增加电阻，这增加了路径的长度，也减少了厚度，这使得电子更难流过，而不会发生碰撞。所以阻力增加。

我们可以看到这个 10 欧姆电阻器的路径非常宽且短，因此电阻很低。如果我们将其与这个 1 兆欧姆电阻器进行比较，它有一个非常细和长的路径，所以电阻非常高。

这种类型的电阻器具有高容差和非常好的稳定性，因此它通常优于碳膜或碳复合材料，尽管它稍微贵一些。

它们有不同的额定功率，尺寸越大，额定值越高，可以散发的热量就越多。彩色条纹表示阻力位，我们通常有 5 条这种类型的条纹。包装通常会告诉我们电阻，或者我们可以用万用表检查。否则，我们可以使用此图表来查找值。我们有 3 位数字、一个乘数和一个容差带。

第一个条带是橙色，即 3，第二个条带是橙色，即 3，第三个条带是黑色，即 0。将这些数字组合得到 330。这 4thStripe 是黑色的乘数，它是 1，所以 330 乘以 1 只是 330 欧姆。这 5th条纹是容差，这是棕色，这意味着正负 1%，因此它可以在 327 到 333 欧姆之间。

当我测量这个时，它是 329.9 欧姆。

那么你能自己找出这个的阻力吗？在评论部分告诉我你的答案，我会在文章末尾给你答案。

绕线电阻器有不同的设计。它们提供非常高的功率和电流额定值。你可以看到它们非常基本，只是一根缠绕在陶瓷芯上的电线，然后覆盖一层薄薄的绝缘层。使用的厚度、长度和材料决定了电阻。这个显示它的额定功率为 50 瓦和 2 欧姆。

有些被埋在带有水泥的陶瓷块中。但在这些内部，只有一个电阻镍铬合金线圈缠绕在陶瓷芯上，并连接了两个端盖。这些用于高温应用，因为水泥和陶瓷层保护内部电线。这个显示它的额定功率为 10 瓦和 10 欧姆。

另一个常见的例子是这种设计，它使用铝制外壳来帮助散热，这些凸起增加了表面积，因此更多不需要的热量可以离开电阻器。外壳上有孔，因此我们可以将其安装到表面上。在内部，我们发现了一个陶瓷芯，两个电气连接器之间有一个电阻镍铬合金线圈。这通常在周围有某种形式的绝缘材料，然后全部用树脂端盖封闭在金属外壳内。这个显示它的额定功率为 10 瓦和 33 欧姆。

表面贴装器件电阻器有多种尺寸，有些尺寸（例如这款）非常小，您需要显微镜才能看到它们。结构非常简单，我们通常有一个陶瓷体，两端都有电极，它们通过一层薄薄的电阻材料连接，然后覆盖有绝缘保护壳并用金属连接器盖住。电阻材料上有一个用激光切开的凹槽，这减少了电子可以流动的面积，因此电阻增加。

这些器件提供高容差，但它们的额定功率非常低。顶部是一些数字，这表示电阻值。对于 3 位版本，前两位数字表示有效值，第三位数字是乘数或有效值后有多少个 0。例如，此 1 个显示 2， 4， 0。前两位数字是 24，我们将其乘以 1，所以这只是一个 24 欧姆的电阻器。这个是 1， 0， 1。所以它是 10 乘以 10，得到 100 欧姆。这个显示 1,8,3。所以它是 18 乘以 1000 或 18 千克欧姆。

对于 4 位代码，前 3 位表示有效值，最终值是乘数。此图显示 1， 0， 0， 0。所以它是 100 乘以 1，这意味着它是一个 100 欧姆的电阻器。这个显示 3、5、0、2。所以这是一个 35 千克欧姆的电阻器。

有时我们在值之间有字母 R。我们将这些视为小数位。所以这个 R56 电阻器是 0.56 欧姆。这个 47R5 电阻器是 47.5 欧姆。

我们还发现了末尾带有字母的三位数值版本。我们必须在表格中查找这些值。我们首先在图表上找到前两个值，在本例中为 26，即 182，然后我们找到字母，即 C-，这意味着乘以 100，所以这个电阻是 18,200 欧姆。此图显示 60 Z。所以我们查找 60，它等于 412，Z 表示乘以 0.001，得到 0.412 欧姆。

电位器有一个刻度盘，可以让我们改变电阻。我们有通用版本，例如我们可能会用于音量控制，然后我们有精确版本，用于调整电子电路。我们可以看到他们有三个终端。在内部，我们看到有两个端引脚之间有一个电阻轨道，然后一个刻度盘从轨道连接到中心引脚。移动刻度盘会增加电子必须流动的距离，因此电阻会增加。我们也可以用相反的方式连接它。

像任何电阻器一样，由于电阻走线，我们在两个端引脚上会出现压降。因此，通过连接到中心引脚，我们可以只使用这个电阻走线的一部分，因此我们只有一部分电压降。这允许我们控制此引脚的输出电压。此外，我们可以只使用中心引脚和一个端引脚来创建变阻器，现在总电压降发生在这两个点之间，因此我们像这样控制电路中的电流。

在这些组件的正面，我们找到一个数字，这表示最大电阻。这个显示 1K，所以是 1000 欧姆，这个显示 500k，所以是 500,000 欧姆。字母表示类型，B 很常见，表示电阻以线性方式变化，但我们也可以得到对数类型。

这些小版本有一个 3 位数字，前两个是有效数字，第三个告诉我们要添加多少个零。例如，此 1 显示 1、0、1。这意味着它是 10，后面有 1 个 0，所以它是一个 100 欧姆的电阻器。这是最高评级。这个显示 2、0、4，所以它是 200,000 欧姆。

变阻器用于控制电路中的电流，电流通常很大，因此元件的尺寸很大。这些与负载串联。我们一次只使用 2 个终端，即使可能有 3 个或 4 个终端可用。较小的电流电路可以使用电位计作为变阻器。变阻器使用电阻线，该电阻线盘绕在绝缘陶瓷芯上，绝缘陶瓷芯通常是弧形或圆柱形。手臂沿着导线移动得越远，电子穿过导线的距离就越远，因此电阻就越高。

我们可以看到，这个使用滑臂上的凸起表面来连接线圈，而这个使用可更换的碳刷，与中心端子有灵活的连接。

在组件的一侧，我们通常会找到最大电阻、最大电流或最大额定功率。

易熔电阻器看起来类似于标准的固定值电阻器。但是当我们使标准电阻器过载时，它会起火。然而，当我们使易熔电阻器过载时，它会发热，然后断开电路而不会起火。所以它是一个电阻器，但它将充当保险丝来保护电路。

在此内部，我们通常会发现一个陶瓷芯，其中有一根电阻线，在两个端盖之间盘旋。然后用保护性防火树脂层覆盖。电线的作用类似于保险丝并加热，但在一定温度下它会折断，然后切断电路。其他版本使用一层薄薄的金属合金而不是电线，然后在该层中切出一个凹槽以控制电流可以流动的路径。

我们可以看到这个有 5 个频段，最后一个是白色的，这表明它是一个易熔电阻器。其他 4 个波段表示阻力。我们可以使用此图表查找值，我们看到第一个值是黄色，即 4，第二个波段是紫色，是 7，第三个波段是黑色，即 1，所以 47 乘以 1 是 47 欧姆，而 4th波段是黄金，正负 5%。因此，它的额定值为 47 欧姆，但也可能在 44.65 到 49.35 欧姆之间。

压敏电阻是可变电阻器，尽管我们不能像电位计那样控制它们。相反，它们会根据所暴露的电压自动控制自己的电阻。它看起来与陶瓷电容器非常相似，但其作用略显肖特基二极管。

我们通常将其并联，穿过电源，用于精密电路。通常，它可能具有非常高的电阻，因此它就像一个绝缘体，几乎没有电流会流过它。但是，在一定电压下，它会变成导体并对地短路。这非常有用，因为它可以保护电路免受电压尖峰的影响。

在内部，我们通常在陶瓷芯内有锌金属氧化物颗粒的混合物。它用金属板和电气连接器盖住，然后用环氧树脂保护外壳覆盖。

我们可以看到这个前面有一些数字，14 表示直径，D 表示形状，然后我们有 1、2、1。这意味着 12 后面有 1 个零，因此它的额定电压为 120 伏，K 表示正负 10% 的容差，因此它可能在 108 到 132 伏之间。

热敏电阻是热敏电阻。我们有 NTC 和 PTC 类型。NTC 的电阻会随着温度的升高而降低，PTC 的电阻会随着温度的升高而增加。我们可以以薄膜、陶瓷珠、芯片、圆盘和玻璃封装的形式获得它们。

它们的构造非常简单。只是两个导体之间的一层半导体，上面覆盖着一层保护涂层。半导体材料充当绝缘体，因此原子紧紧地抓住电子。但是，当施加热量时，热能会激发电子，使它们有足够的能量从原子中挣脱出来，从而使电流流动。更多的热量意味着更多的电子可以流动，因此电阻会降低。

这些对于浪涌电流限制、温度传感、温度控制非常有用，而玻璃的则适用于高温应用。

电阻温度检测器是一种简单的温度传感器，它们通常由一个陶瓷芯和缠绕着铂丝的陶瓷芯组成，连接在两个电气连接器之间。然后用保护涂层覆盖。它们通常安装在金属外壳内以测量液体温度。

使用铂是因为随着温度的升高，它的电阻以近乎线性的方式增加。所以这使得计算变得非常容易。

当电线被加热时，电阻增加。那是因为里面的原子被激发并四处移动。这使得电子更难在不碰撞的情况下通过，因此电阻会随着温度的升高而增加。

光敏电阻器是可变电阻器，它们会根据它们所暴露的光量自动调整其电阻。

它们有一个涂有硫化镉的陶瓷底座。然后用两个电极板覆盖，用一个小间隙隔开。电气端子连接到此，我们通常会在组件上找到一层透明的保护涂层。

通常它们具有很高的电阻，镉内的电子由它们的原子固定在适当的位置。但是，当暴露在光线下时，光子会穿过间隙，它们会撞击镉的原子并撞掉一些电子。另一个电子将取而代之，因此会产生电流。随着光的增加，更多的电子开始流动，因此电阻随着光的增加而降低。

它们有一系列的电阻值，但它们通常没有任何标记，我们只在包装上找到。要识别它们，您必须在完全黑暗的环境中进行测试。

这些对于自动夜灯和黑暗传感器电路非常有用。

应变片看起来像这样。这是一个在压力下会变形的传感器。我们可以看到，有一层绝缘层和一层薄薄的导电箔以网格模式循环，为电力提供了路径。静止时，我们可以看到应变片具有一定的电阻。但是，如果我们以这种方式变形，阻力就会增加。如果我们以这种方式变形它，它就会减少。那是因为材料正在拉伸和收缩。因此，导体的长度和宽度变化非常小。较长、较细的电线比较短较粗的电线具有更大的电阻。这些通常用于惠斯通电桥电路中以测量压力，例如在电子压力开关中。

我们为什么使用电阻器？

取 9V 电池，使用测试板插入 1 公斤欧姆电阻，然后连接电池。电子从电池流出并流过电阻器。我们应该看到大约 0.009 安培的电流。我们可以这样计算。这为我们提供了 0.081 瓦的功耗，这是一个 0.5 瓦的电阻器，它可以正常工作并产生一点热量。

但是，如果我们连接一个 10 欧姆的电阻器，它会着火。那是因为电流现在约为 0.9 安培，因此功率约为 8 瓦。它的额定功率仅为 0.5 瓦，因此它会迅速过热并着火。

所以我们可以看到，电阻越高，电流就越低。

如果我们将带有 470 欧姆电阻器的红色 LED 连接到 9 伏电池，LED 会发出明亮的光芒。无论我们将电阻器放在 LED 之前还是之后，它都是一样的。

电流约为 0.15 安培，LED 下降了大约 2 伏特，电阻器又下降了 7 伏特。功耗约为 0.1 瓦。

如果我们使用 10 公斤欧姆的电阻器，LED 会非常暗。电流约为 0.0007 安培。但是 LED 上的电压降为 2 伏，电阻器上仍为 7 伏。电阻器只是限制了可以流动的电子数量。

如果我们用 470 欧姆电阻器连接 LED，然后将它们连接到 1 千克欧姆电位计的中心引脚。我们现在可以调暗 LED。这充当变阻器，限制电流。拨盘一直向左，LED 处于最亮状态，电位计上几乎没有压降，电阻器约为 7 伏，LED 约为 2 伏。电流约为 0.015 安培。

将刻度盘一直向右移动时，LED 指示灯变暗。电流约为 0.005 安培。LED 上的电压降为 1.9 伏，电阻器上的 2.2 伏，电位计上的 4.9 伏。

所以我们可以改变电阻来控制电路中的电流。

我们知道电阻器上存在压降。如果我们有两个大小相等的串联电阻器，则每个电阻器上的电压降将相同。因此，如果我们在电阻器和接地之间进行测量，我们可以获得一半的电压，因此我们创建了一个分压器。相同的电流流过它们，但电压降和功耗不同。它正在被分裂。

如果我们将第一个电阻器换成 470 欧姆电阻器，我们可以获得 6.1 伏特。如果我们把这些换过来，那么我们只能使用 2.9 伏特。所以我们可以通过控制电阻值来控制输出电压。或者，我们可以使用电位计。刻度盘让我们只使用一部分电阻器，所以我们只有一部分电压降。

我们还可以通过并联放置电阻器来制作分流器。单个 470 欧姆电阻器将导致 0.019 安培的电流流出。如果我们并联添加第二个，它也将传递 0.019 安培，然后它们路径合并，因此总电流约为 0.38 安培。因此，我们可以并联使用一个 235 欧姆电阻器或两个 470 欧姆电阻器。总电流和功率相同，但电流和功率并联共享。

来源：theengineeringmindset.com

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