第 3 课。电阻（电阻或电阻器）
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1. 电阻特性
2. 欧姆定律
3. 阻力类型
4. 颜色编码
5. 电阻与温度的关系
6. 各种电阻值
7. 表面电阻
8. 电阻测量
a. 欧姆定律实验
1.电阻特性
⑴ 功率总是有正号： 电场的方向和电流的方向总是相同的。
⑵ 所有电阻的阻值都是正值 ： 但理论上，阻值也可以认为是负值。
① 示例： TR，等效电路电阻
⑶ 电阻和电导
① 电阻（单位： Ω）：阻碍电流流动的程度
② 电导（单位：℧或S（西门子））：允许电流流动的程度
○ (注) 在交流电阻中，电导是导纳的实部
2.欧姆定律
⑴ 1827年由德国科学家格奥尔格·西蒙·欧姆实验建立
⑵ 定律： 在欧姆材料中大约有效
⑶ 证明
① m : 电子质量
② q : 电子电荷 (C)（考虑符号）
③ μ : 碰撞频率 (Hz)
④ J : 电流密度
⑤ σ : 电导率(㎡)
⑥ E : 电场 (N/C)
⑦ N : 电子密度
⑧ 对于电线中常用的铜，时间常数τ = 1 / μ = 10^-14，因此可以忽略e^-μt项，得到以下近似值
○ J(τ) = 0.632 J(∞)
○ J(3τ) = 0.95 J(∞)
○ J(5τ) = 0.99 J(∞)
⑨ 以下近似适用于欧姆材料
○ σ : 电导率
○ ρ ： 电阻率。 σ 的倒数
⑷ 欧姆材料的时间-电流密度曲线
图1. 欧姆材料的时间-电流密度曲线
① t=0附近，电流因时间常数=1/μ而线性增加
② 经过足够的时间后，稳定在特定值
3。阻力类型
⑴ 固定电阻：阻值不改变
① 铅类型 : 碳成分
○ 细磨碳，非导电填料，与合成树脂粘合剂结合
○ 碳与非导电填料的比例决定电阻值
○ 低额定功率 ： 2 W、1 W、0.5 W、0.25 W、0.125 W
图 2. 引线类型 : 碳成分
② 引线型 : 薄膜电阻
○ 第一。碳膜或金属膜（镍铬）包围的陶瓷棒（膜起电阻作用）
○ 第二。薄膜陶瓷棒被螺旋切割以达到所需的电阻值
○ 精确控制所需电阻值
图 3. 引线类型 : 薄膜电阻器
③ 引线型： 线绕电阻器
○ 电线缠绕在绝缘杆上，用附加绝缘密封
○ 高导电率和功率处理能力
○ 不适合高频电源
○ 第二张图的波纹结构散热
图 4. 引线类型 : 线绕电阻器
④ 电阻网络： 引线型的修改形式
图 5. 电阻网络
⑤ 微型贴片电阻
用于小型电路的表面贴装器件 (SMD)： 适合构建小型电路。
陶瓷基板上的片式电阻器： 电阻值由高度比决定。
图 6. 微型片式电阻器
⑵ 可变电阻器（变阻器）： 阻值可以改变的电阻器。
① 符号
② 类型1： 电位器：调节电阻长度的装置。用于线性或角位移测量。» 电位器的表示法及结构
图7. 电位器的表示法和结构
使用电位器作为可变电阻
图 8. 使用电位器作为可变电阻器
电位器的类型
图 9. 电位计的类型
③ 类型2： 转速计：用于测量角速度。
转速表结构
图10. 转速表结构
原理： 通过电磁感应测量角速度。
④ 类型 3： 线性可变差动变压器 (LVDT)
用于较大位移测量。
适用于位移连续变化的情况。
线圈中的电流模式根据线圈内的磁铁位置而变化。
⑤ 类型 4： 加速度计
旧结构： 机械传感器。
现代结构： 半导体+压电材料。
⑥ 类型 5： 辐射热测量计
吸收入射红外辐射，导致物体温度升高和电阻变化。
5-1. 金属：铂或镍等金属线（RTD，电阻温度二极管）。
5-2. 半导体：热敏电阻、硅等。
5-3. 超导体(半导体)。
⑦ 类型 6：热敏电阻
定义： 半导体可变电阻器，其阻值随温度自动变化。
北里柴三郎：生产出世界上第一台热敏电阻温度计。
温度系数： 当电阻随温度增加时为正值，当电阻降低时为负值。
类型 1： NTC 热敏电阻：电阻随温度升高而降低，由于易于制造而最常用。
类型 2： PTC 热敏电阻：电阻随温度升高而增大。
图 11. NTC 和 PTC
Arduino套件的热敏电阻： 25℃时电阻为100 kΩ。
(注)材料的电阻随温度变化。
图 12. 导体、半导体和绝缘体的电阻随温度的变化
导体： 由于原子振动增加，电阻随温度增加。
半导体： 由于载流子增加，电阻随温度降低。
绝缘体： 当电子与原子分离时，电阻随着温度而降低。
(注) 由于原子振动增加，半导体和绝缘体的电阻降低效应强于电阻增加效应。
(注) 使用半导体的计算机部件等部件会随着温度升高而产生过电流，因此需要冷却系统。
斯坦哈特方程： 热敏电阻阻值随温度变化的实验公式。
T： 绝对温度。
T0： 298.15 K。
R0: 25℃时的电阻值。常见为100Ω、500Ω、1kΩ、4.7kΩ、10kΩ、47kΩ、100kΩ。
R: 测量电阻。
B: 温度系数。 10 kΩ 通常为 3950。
替代斯坦哈特方程
示例： 主要使用半导体。
实施例1： 烧结金属氧化物：金属氧化物、铬、钴、铁、锰、镍的混合物。
实施例2： 掺杂多晶陶瓷：包括BaTiO3。
⑧ 类型 7: 光电导电池
定义： 阻值随光强自动变化的可变电阻器。无极性。
符号： 有时表示为 λ。
图 13. 光电导电池的符号
光电导系数： 负值导致电阻随着光强度的增加而减小。
一般使用吸收光后电阻降低的半导体材料。»> 第一。照明光产生近红外范围（750 nm ~ 3000 nm）的电子空穴对。
第二。光电导效应：增加产生电子空穴对的区域的电导率。
第三。电导率增加导致电流增加。
第四。测量电流的变化可以检测光强度。
示例： CdS、CdSe、PbS、PbSe (800 nm ~ 2000 nm)、Ge:Au、HgCdTe、Hg1-xCdxTe。
示例： 硫化镉电池（CdS 电池）
图 14. 硫化镉电池
优点： 灵敏度高、结构紧凑、性价比高、功率容量大、抗噪声、可交流操作、输出相对较大。
缺点： 响应时间慢（10 ~ 100 ms），弱光特性，易受环境光干扰造成明显的迟滞。
暗电阻： 约 200 kΩ。
像剧院座位一样的光强度（10 勒克斯）： 大约 10 kΩ。
光线过亮： 电阻非常低，导致过流。
4。颜色编码
⑴ 用颜色表示电阻值： 小电阻用色环表示阻值。
⑵ 色环定位：不对称，从最靠近电阻器末端的一侧读取。
⑶ 4 环电阻
① 颜色代码
图 15. 4 波段颜色编码
② 两位数，10 的幂，公差
表 1. 4 环电阻器示例
⑷ 5环电阻
① 颜色代码
图 16. 5 波段颜色编码
② 三位数，10 的幂，公差
表 2. 5 环电阻器示例
⑸ 有时，附加符号表示现有颜色编码使用 1000 小时后出现故障的可能性。
5。电阻与温度之间的关系
⑴总体趋势
① 导体： 由于原子振动随温度增加而增加，电阻增加。
② 半导体： 由于载流子随着温度升高而增加，电阻降低。
示例： 计算机部件等组件
使用半导体会随着温度升高而产生过电流，因此需要冷却系统。
③ 绝缘体： 随着温度升高，电子与原子分离，电阻降低。
示例： 陶瓷加热器需要控制器，因为它们是正反馈电路。
图 17. 导体、半导体和绝缘体的电阻随温度的变化
⑵ 欧姆和非欧姆材料
① 欧姆材料： 电阻不随电流或电压变化的物质。
② 非欧姆材料： 电阻随电流或电压变化的物质。
③ 没有完美的欧姆材料；大约在一个狭窄的范围内称为欧姆。
④ 电流产生热量，温度升高会改变I-V曲线的斜率，使其变为非欧姆曲线。
⑶ 近室温碳成分电阻变化：通常，电阻随着温度升高而降低。
图 18. 室温附近碳成分电阻变化
⑷ 电阻温度系数
① 推断绝对温度： 温度电阻图中推断的温度轴。
图表示例
图 19. 推断的绝对温度
用于计算任意温度下的电阻值。
α20（电阻温度系数）： 20℃时的电阻值。
T_i 示例
表 3. T_i 示例
② PRM/℃
R_nominal: 室温下的电阻值。
_△T=T-_20℃
6。各种电阻值
⑴ 电阻率： 下表为300 K时的电阻率（单位：Ωm）。
表 4. 电阻率⑵ 标准电阻： 具有标准值的电阻。
① 精密电阻： 1 Ω 单位，比标准电阻贵。
② 标准电阻示例
表 5. 标准电阻示例
③ 根据误差范围的标准电阻
根据误差范围的标准电阻示例
表 6. 根据误差范围的标准电阻示例
非线性标准电阻值的原因
即使是相同的标准电阻值，也存在误差，建议寻找合适的电阻值。
产生精确的电阻值会导致过多的库存积累。
图 20. 标准电阻值和实际电阻值的分布
⑸ 美国线规（AWG）： 线材粗细标准。
① 圆形密尔（CM）： A = d²，d 单位：密尔。
② 平方密耳（SM）： A = π (0.5 × d)²，d 单位：密耳。
③ 铜线AWG标准
表 7. 铜线 AWG 标准
④ 电路板导线常用#22~#24，实验中导线电阻一般为几Ω。
7.方块电阻
⑴ 块状电阻生产： 高度保持在恒定水平。
⑵ 调整长度： 通过水平和垂直调整长度来确定阻力，这是除了统一高度之外的另一个概念。
⑶ 配方（方块电阻为_R_s_）
8.电阻测量
⑴ 低电阻测量（1Ω以下）
① 开尔文双桥法： 精确测量低电阻（10-5 ~ 1 Ω）、粗螺旋线电阻。
⑵ 中低电阻测量（1 Ω ~ 10 kΩ）
① 电压降电压电流法： 用于测量白炽灯泡等灯丝电阻。
② 默里环路法（惠斯通电桥法的类型）： 几千Ω的细线电阻。
⑶ 特殊电阻测量
① 惠斯登电桥法：检流计内阻。
② Kohlrausch 电桥法： 电解质电阻、接地电阻。
③ 兆欧表法：户外电线的绝缘电阻。
输入：2015-12-30 22:54
修改：2018-12-11 23:00