基础电子知识之电阻篇1

在之前的教程中，我们谈到了电子初学者常犯的错误。希望您已经建立了一个电子实验室。现在，是时候开始学习基本的电子元件了。我们将从无源元件开始，如电阻器、电容器和电感器。

电子元件大致分为两类——无源元件和有源元件。无源元件是不产生电能（电压或电流）的电子元件。它们只能储存或维持电能。这些组件具有线性特性，不需要任何外部电源（偏置电流或电压）即可运行。有源元件是能够产生电能（电压或电流）的电子元件。它们能够放大电压或电流。这些组件具有非线性特性，需要外部电源（偏置电流或电压）才能运行。

从无源元件开始，我们要讨论的第一个元件是电阻器。任何电子元件都有一定的电阻。电阻是导体的特性，它阻止电流流过它。在电流反向流动的过程中，导体以热的形式耗散能量。电阻器是专门设计的电子元件，可以阻止或限制电流流过电路。现在出现了一个明显的问题，如果电阻器阻碍电流并耗散能量，它们一定会使电路效率降低，那么为什么还要在电路中使用它们呢。好吧，电阻器在任何电路中都有两个基本功能，一是设置电压电平，二是限制电流。这两个函数都用于优化任何电路以获得最佳性能。

电路都是关于信号的

在上一个教程中，我们提到了电子学的电压-电流-布尔方法。电路的电压-电流-布尔方法总是有助于电路的定量和逻辑分析。但实际上，电路都是关于信号的，而不是电流和电压。任何电子电路基本上都是为生成、处理或改变电信号而设计的。这是任何电子电路的根本目的。电压、电流等电气量只是有助于信号处理的定量或逻辑分析。所以，任何时候你看到一个电路，首先要问的是它输入什么电信号，它输出什么电信号。电子元件也是如此。每个电子元件都旨在以某种方式处理电信号。道路，任何电子元件都会处理电信号，定义其功能。因此，现在开始学习任何电子元件时，我们将通过解决以下问题来分析它：

1. 该电子元件如何影响电信号？
2. 该电子元件的信号处理进行了哪些定量或逻辑分析（如电压或电流的值或函数）？
3. 由于信号处理的性质不同，电子元器件在不同的电路中所起的作用有何不同？
4. 该电子元件有哪些商业型号？
5. 分析该电子元件的市售模型的电气特性以及它们对特定电路或应用的适用性。

电阻器的信号分析

电阻器旨在为电流流动提供阻力。对于直流信号，电阻（由电阻器决定）由以下等式决定：

V = IR

其中，

V = 电压

I = 电流

R = 电阻

这就是欧姆定律。电阻消耗的功率由下式决定：

P = VI

其中，

P = 功率

这里，V 是电阻两端的电压降，I 是通过电阻的电流，R 是电阻提供的电阻，P 是它消耗的功率。功率表示电阻每秒耗散的能量。

只有假设电路中没有电阻器，才能理解电阻器在电路中的重要性。假定导线理想地具有零电阻。因此，在电路中没有任何电阻器（或任何提供相当大电阻的电子元件）的情况下，电压源（如电池）两端的电压降将为零，并且通过电线的电流将为无限大。实际上，与电路中的其他组件相比，导线的电阻可以忽略不计，因此可以忽略不计。如果电路中没有电阻器（或任何提供相当大电阻的电子元件），过量的电流将流过导线。电压源两端的电压降将等于它提供的电压。端子间的电阻非常低，因此高值的瞬时电流 (I = V/R) 将流过导线。在这种情况下，导线和电池都会因过多的热量（功率）耗散而开始升温。因此，要么电线会因加热而熔化，要么电压源（电池）会损坏。

现在，如果在电路中放置一个电阻器（旨在在任何时刻提供固定电阻），则闭合电路中电压源两端的电压降仍等于电压源提供的电压，但由于电阻器提供的电阻，电流将减少。因此，导线处的功耗将降低，导线和电压源都不会损坏。

现在，如果电阻器与闭合电路中的其他组件连接，则电阻器上会出现一些电压降，而其他组件上也会出现一些电压降，因此整个电路上的总电压降等于电压源提供的电压。这里，电阻一方面会降低电路中的一些电压，另一方面，它会限制整个电路中的电流。

对于交流信号，电压和电流随时间交替变化。电压和电流上升到峰值并下降到零改变方向。在相反的方向上，它们再次上升到峰值并下降到零，再次改变方向。有许多类型的周期或交流信号，如三角波、方波、正弦波等。在这些不同类型的周期信号中，电压和电流按不同的函数变化。信号开始于不一定为 0° 的相位角。其中最常见的是正弦波形。任何时刻的正弦波形电压由以下等式决定：

V = V m sin(ωt)

其中，

V = 波形瞬间

V m = 波形峰值电压

ω = 波形频率

t = 时间瞬间

当电阻器连接在具有交流波形的电路中时，它对信号的频率或相位没有影响。它提供固定电阻，每时每刻限制电流。借助上式给出的电压和电路中的电阻器，任何时刻通过电阻器的电流将由以下等式控制 -

I = V m /R sin(ωt)

或 I = I m sin(ωt)

其中，

I m = 峰值电流

I m = Vm/R

因此，电阻器的信号行为可归纳如下 –

1. 电阻器旨在在任何时刻在电路中提供固定电阻。
   2）电阻器限制电路中的电流，因为它为施加的电压提供固定电阻。
2. 施加的电压在电阻两端下降。因此，电阻器另一端的电压电平降低。
3. 在 AC 信号中，电阻器的行为与在 DC 信号中的行为类似。它对交流信号的频率或相位没有影响。它只是通过一个常数因子在每个瞬间限制电流。
   5）与电流相反，电阻会消耗一些功率（每秒能量）。这种能量耗散在直流信号中的每个瞬间都保持不变，而在交流信号的情况下，能量耗散也随时间变化。但由于电流受电路中电阻的限制，导线和电路中其他元件的功耗降低。

电阻器在电路中的作用

电阻器在不同的电路中可能起着不同的作用。它们通常用于电路中的以下功能：

1. 限制电流——正如已经讨论过的，在没有电阻的情况下，电路中会出现过大的电流，这可能会损坏导线或电压源（电池）。电路中的其他电子元件也是如此。由于电流过大和散热过多，电路的任何其他电子元件也可能受到损坏。因此，电阻器通常用于限制电路中的电流，以保护电路中的其他电子元件（如晶体管、LED 等）。电阻器串联连接到组件或串联到连接组件的电路的分支，以限制通过它的电流。
2. 设置电压电平——随着电阻器降低一些电压，它们通常用于降低电路中其他电子元件的施加电压。在这种情况下，它还会限制通过目标组件的电流并降低施加到该组件的电压。因此，电阻器还用于为电路的其他组件设置电压电平。很明显，这里又将电阻串联到了电路的目标元件或节点上。
3. 功耗——功耗在许多情况下是可取的。在这种情况下，电阻器是用于功耗的理想元件，因为它不会改变或改变 (AC) 信号。例如，电阻器可用作虚拟组件来测试无线电发射器或任何信号发生器。电阻器通常用于级联功率放大器电路的输入级，以限制功率放大器级的输入信号，从而避免过载。
4. 泄放电阻器——泄放电阻器是另一个示例，其中电阻器的功耗是一种有用的现象。在直流电源电路中，电容器用于平滑信号。即使在切断电源后，这些电容器也可以存储和维持一些电荷（有时可以等于电源电压）。存储的电荷可能会对人体造成电击或导致连接电路产生浪涌电流。所以，在电源电路中，电阻与滤波电容并联。这些电阻器通过耗散功率来释放电容器的剩余电荷。由于这些电阻器会释放电容器的剩余电荷，因此称为泄放电阻器。显然，电阻器需要一些时间才能完全释放剩余电荷，
5. 分压器——电阻器通常用于分压施加到元件（如晶体管）的电压。在分压器配置中，两个或多个电阻器连接在电压源（施加电压的节点）和地之间。目标组件的输出电压从电阻器的结点汲取。由于连接了两个电阻器，施加的电压在两个电阻器（或分压器网络中连接的所有电阻器）上都有下降。这将根据电阻器的值将施加的电压分压到目标组件。
6. 偏置——如前所述，有源元件需要外部电源才能运行。该外部源可以是电压或电流偏置的形式。电阻器可用于在不改变信号的情况下设置电压电平或限制电流电平。电阻器需要与目标组件串联或分压配置以设置电压或电流水平。因此，电阻器通常用于偏置电路中的有源元件（如晶体管）。
7. 阻抗匹配——电路可能有存储电能的元件（如电容器和电感器）或可能有产生电能的有源元件（如晶体管）。在此类电路中，电流的反作用力由电阻和电抗给出。电抗是由于电容和电感（直接或感应）引起的交流电流流动的阻力。在这样的电路中，对电流的整体阻力由阻抗给出，阻抗是电阻和电抗的组合表达式。当两个或多个此类电路耦合（连接在一起）时，甚至当信号源连接到此类电路或负载连接到此类电路时，它们的阻抗必须匹配。阻抗匹配对于最大化从源到这种电路的功率传输或耦合在一起的这种电路之间的功率传输是必要的。如果负载连接到此类电路，则必须进行阻抗匹配以最大程度地减少负载的信号反射。由于阻抗是电阻和电抗的组合表达，因此在这种情况下，电阻器用于匹配源与电抗电路，或两个或更多连接的电抗电路，或负载的电抗电路的阻抗。