電阻有兩重意義。第一重意義中電阻理解為電阻元器件電阻,第二重意義指的是電壓與電流之比。
1.電阻作為元器件
電阻作為元器件,又叫做電阻器。電阻的產(chǎn)品規(guī)格很多,見下圖:
圖1:百度上的電阻器圖片
別看圖1中的電阻看似簡單,其實它的制作并不簡單。為了控制電阻的制造精度,電阻的阻值分布有一種特殊的規(guī)律;為了能加大電阻的功率,用繞線式的陶瓷電阻來實現(xiàn)目的。
所以,在選配電阻元件時,不但要考慮電阻的阻值,還要考慮電阻的精度,以及它的功率。
電阻阻值的E24系列,誤差是±5%,系列值為:1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1等等。
例如3.9可以是39Ω、390Ω、3.9kΩ、39kΩ、390kΩ、3.9MΩ等等,功率由1/8W到5W,甚至有15W以上。
我們最常用的電阻是1/8W系列的碳膜電阻和金屬膜電阻。見下圖:
圖2:電路板上的電阻阻值是多少?功率是多少?
對于繞線式電阻,它的基本表達式是:
,式1
式1中的ρ是電阻率,L是電阻絲繞線長度,S是截面積,α是電阻溫度系數(shù)。
2.線性電阻和非線性電阻,電阻的正阻特性和負阻特性
我們看下圖:
圖3:伏安特性曲線以及正阻和負阻特性
我們從圖3中看到,縱坐標(biāo)是電壓,橫坐標(biāo)是電流。
按歐姆定律,我們有:
,式2
我們把式2中的電阻Rd叫做動態(tài)電阻。
注意看曲線1:
0' alt="電阻"/>
0' />
我們把這種電阻特性叫做線性電阻,它就是一般的電阻器特性,簡稱電阻特性。
再看曲線2:
R_{d1}=/frac{U_1}{I_1}' alt="電阻"/>
R_{d1}=\frac{U_1}{I_1}' />
且有:
0' alt="電阻"/>
0' />
我們把這種電阻特性叫做非線性電阻特性,并且是正電阻特性,簡稱正阻特性。
我們再看曲線3:
且有:
它同樣是非線性電阻,并且是負電阻特性,簡稱負阻特性。
正阻特性的典型代表是二極管,負阻特性的典型代表是電弧。
3.電路的輸入輸出特性:輸入電阻和輸出電阻
我們看下圖:
圖4:單結(jié)晶體管的特性
圖4的左圖中的T就是單結(jié)晶體管電路,我們在周邊可以看見電阻。圖3的中間是等效原理圖,圖3的右圖是單結(jié)晶體管的伏安特性曲線電阻,我們看到它既有正阻區(qū)也有負阻區(qū),還有峰點和谷點。單結(jié)晶體管常常用作鋸齒波發(fā)射器,也可以用作晶閘管的驅(qū)動控制電路。
現(xiàn)在我們考慮另外一個問題。我們設(shè)想有一個電路,它有輸入端,也有輸出端。對于輸入端它的輸入電壓是Usr,輸入電流是Isr;對于輸出端它的輸出電壓是Usc,輸出電流是Isc。于是有:
,
我們把Rsr叫做輸入電阻,把Rsc叫做輸出電阻。輸入電阻和輸出電阻是很重要的電路輸入輸出技術(shù)指標(biāo)。
我們看下圖:
圖5:正、負12V的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路
圖5是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路。試問:圖4的+12V電路,它的輸入電阻和輸出電阻是什么?
(提示:串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的主體是大功率晶體管的共集電極電路,它的特點是高輸入電阻,低輸出電阻,為何?)。
4.電路的傳變特性,電阻性傳變特性
傳變特性一般用阻抗表示,很少用電阻表示。但如果我們繪制成下圖:
圖6:電路的電阻性傳變特性
圖6中的輸出電壓U2可以表示為:
如果我們規(guī)定在輸入電壓U1變動的情況下,在一定范圍內(nèi)保持負載電阻Rfz上的電壓或者流過的電流為定值,我們應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計電路的傳變特性?由于此電路是電阻性的,我們可以把電阻R2用自動的可調(diào)電阻(晶體管)來替代,我們就能實現(xiàn)上述目的。
當(dāng)然了,這里與模電知識有關(guān),與自動控制也有關(guān)。
如果電路是非線性的,并且還具有一定的頻率,我們就要用自動控制中的拉普拉斯變換求得它的傳遞函數(shù),其實就是輸出與輸入之間的關(guān)系,利用類似上式的方法求得結(jié)果,實現(xiàn)操控目的。
5.結(jié)論
如果只是把電阻當(dāng)成電阻器來看待,則題主問題的解答會容易很多。但如果我們考慮到各種電路特性,例如各種輸入輸出特性和傳變特性,則電阻的概念立刻就復(fù)雜起來了。
可見,要完整地回答題主的這個問題還真難,看看是否有什么高人可以解答吧。
另外,提供一篇我寫的有關(guān)電容的帖子:電路中的電容都有什么作用?如下:
電路中的電容都有什么作用?
我的回答到此結(jié)束。這是2021年春節(jié)回答的第二篇帖子。
文章由啟和科技編輯
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