电阻有两重意义。第一重意义中电阻理解为电阻元器件电阻,第二重意义指的是电压与电流之比。
1.电阻作为元器件
电阻作为元器件,又叫做电阻器。电阻的产品规格很多,见下图:
图1:百度上的电阻器图片
别看图1中的电阻看似简单,其实它的制作并不简单。为了控制电阻的制造精度,电阻的阻值分布有一种特殊的规律;为了能加大电阻的功率,用绕线式的陶瓷电阻来实现目的。
所以,在选配电阻元件时,不但要考虑电阻的阻值,还要考虑电阻的精度,以及它的功率。
电阻阻值的E24系列,误差是±5%,系列值为: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。
我们最常用的电阻是1/8W系列的碳膜电阻和金属膜电阻。见下图:
图2:电路板上的电阻阻值是多少?功率是多少?
对于绕线式电阻,它的基本表达式是:
,式1
式1中的ρ是电阻率,L是电阻丝绕线长度,S是截面积,α是电阻温度系数。
2.线性电阻和非线性电阻,电阻的正阻特性和负阻特性
我们看下图:
图3:伏安特性曲线以及正阻和负阻特性
我们从图3中看到,纵坐标是电压,横坐标是电流。
按欧姆定律,我们有:
,式2
我们把式2中的电阻Rd叫做动态电阻。
注意看曲线1:
0' alt="电阻"/>
0' />
我们把这种电阻特性叫做线性电阻,它就是一般的电阻器特性,简称电阻特性。
再看曲线2:
R_{d1}=/frac{U_1}{I_1}' alt="电阻"/>
R_{d1}=\frac{U_1}{I_1}' />
且有:
0' alt="电阻"/>
0' />
我们把这种电阻特性叫做非线性电阻特性,并且是正电阻特性,简称正阻特性。
我们再看曲线3:
且有:
它同样是非线性电阻,并且是负电阻特性,简称负阻特性。
正阻特性的典型代表是二极管,负阻特性的典型代表是电弧。
3.电路的输入输出特性:输入电阻和输出电阻
我们看下图:
图4:单结晶体管的特性
图4的左图中的T就是单结晶体管电路,我们在周边可以看见电阻。图3的中间是等效原理图,图3的右图是单结晶体管的伏安特性曲线电阻,我们看到它既有正阻区也有负阻区,还有峰点和谷点。单结晶体管常常用作锯齿波发射器,也可以用作晶闸管的驱动控制电路。
现在我们考虑另外一个问题。我们设想有一个电路,它有输入端,也有输出端。对于输入端它的输入电压是Usr,输入电流是Isr;对于输出端它的输出电压是Usc,输出电流是Isc。于是有:
,
我们把Rsr叫做输入电阻,把Rsc叫做输出电阻。输入电阻和输出电阻是很重要的电路输入输出技术指标。
我们看下图:
图5:正、负12V的串联型稳压电源电路
图5是串联型稳压电源电路。试问:图4的+12V电路,它的输入电阻和输出电阻是什么?
(提示:串联型稳压电源的主体是大功率晶体管的共集电极电路,它的特点是高输入电阻,低输出电阻,为何?)。
4.电路的传变特性,电阻性传变特性
传变特性一般用阻抗表示,很少用电阻表示。但如果我们绘制成下图:
图6:电路的电阻性传变特性
图6中的输出电压U2可以表示为:
如果我们规定在输入电压U1变动的情况下,在一定范围内保持负载电阻Rfz上的电压或者流过的电流为定值,我们应当如何设计电路的传变特性?由于此电路是电阻性的,我们可以把电阻R2用自动的可调电阻(晶体管)来替代,我们就能实现上述目的。
当然了,这里与模电知识有关,与自动控制也有关。
如果电路是非线性的,并且还具有一定的频率,我们就要用自动控制中的拉普拉斯变换求得它的传递函数,其实就是输出与输入之间的关系,利用类似上式的方法求得结果,实现操控目的。
5.结论
如果只是把电阻当成电阻器来看待,则题主问题的解答会容易很多。但如果我们考虑到各种电路特性,例如各种输入输出特性和传变特性,则电阻的概念立刻就复杂起来了。
可见,要完整地回答题主的这个问题还真难,看看是否有什么高人可以解答吧。
另外,提供一篇我写的有关电容的帖子:电路中的电容都有什么作用?如下:
电路中的电容都有什么作用?
我的回答到此结束。这是2021年春节回答的第二篇帖子。
文章由启和科技编辑
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