固定电阻器的应用和工作原理

一、固定电阻器的命名

根据国家标准GB/T 2470-1995《电子设备用固定电阻器、固定电容器型号命名方法》的规定，固定电阻器的产品型号一般由4部分构成，其具体含义见表3.1-1。第一部分为主称，用字母R表示该元件为固定电阻器；第二部分表示电阻体材料的类型，一般用一个字母表示；第三部分表示电阻器的主要特征，一般用一个字母或数字表示；第四部分表示电阻器的序号，一般用数字表示。

表3.1-1　普通电阻器的型号命名及含义

备注*：对材料、特征相同，仅尺寸和性能指标略有差别但基本上不影响互换性的产品可以给同一序号。对材料、特征相同，仅尺寸和性能指标有所差别已明显影响互换性时（但该差别并非是本质的，而属于在技术标准上进行统一的问题），仍给同一序号，但在序号后面用一个字母作为区别代号。此时该字母作为该型号的组成部分，但在统一该产品技术标准时，应取消区别代号。

如图3.1-1所示，该电阻器的型号为RX21。第一部分R表示该元件为固定电阻器；第二部分X表示该电阻器为线绕电阻器；第三部分2表示该电阻器为普通电阻器；第四部分1表示该电阻器的序号。

图3.1-1　固定电阻器的命名

二、固定电阻器性能参数

1.标称阻值

电阻器设计所确定的、通常在电阻器上标出的阻值称为标称阻值，单位有Ω、kΩ、MΩ等。为了便于生产，同时考虑能够满足实际使用的需要，国家标准GB/T 2471-1995《电阻器和电容器优先数系》规定了数个伴有允许偏差的优先数系，用这一优先数系及其十进倍数或约数来表示电阻器的阻值。

标称值系列有E3、E6、E12、E24、E48、E96、E192系列，其中E12、E24系列为常用电阻系列，E48、E96、E192系列为精密电阻系列。在各系列电阻器中有一个数系，该系列电阻器的阻值为这个数系数乘以10n（n为整数）。普通电阻器/电容器标称值E3、E6、E12、E24系列数系见表3.1-2。

表3.1-2　普通电阻器/电容器标称值系列数系表

备注：E3、E6、E12、E24系列用来表示允许偏差大于等于±5%的普通电阻器的阻值。E24系列是由理论数的修约值组成，其中n为正整数或负整数；E12系列是由理论数的修约值组成，并由E24系列隔项省略而成；E6系列是由理论数的修约值组成，并由E12系列隔项省略而成；E3系列是由理论数的修约值组成，并由E6系列隔项省略而成。

当元件的允许偏差严于5%或因特殊要求而E24系列不能满足需要时，可以使用表3.1-3所示的精密电阻器/电容器标称值E48、E96、E192系列数系表。

表3.1-3　精密电阻器/电容器标称值系列数系表

备注：E48、E96、E192系列用来表示允许偏差小于等于±2%的精密电阻器的阻值。E192系列是由理论数的修约值组成，其中n为正整数或负整数；E96系列是由理论数的修约值组成，并由E192系列隔项省略而成；E48系列是由理论数的修约值组成，并由E96系列隔项省略而成。

2.允许偏差

电阻器的实际阻值与标称值间的最大允许偏差范围，称为允许偏差。根据国家标准GB/T 2691-2016《电阻器和电容器的标志代码》的规定，电阻器和电容器以百分号表示的允许偏差以表3.1-4和3.1-5中所规定的字母代码表示，对于未规定字母代码的允许偏差应用字母A表示。

表3.1-4　以百分号表示的对称允许偏差的字母代码

表3.1-5　以百分数表示的非对称允许偏差的字母代码

3.额定功率

额定功率是指在70℃环境温度下进行70℃耐久性试验，而阻值变化不超过该试验的允许值时所允许的最大功耗。超过额定功率，电阻器将因过热而损坏。

电阻器的额定功率一般直接标在电阻上，但常用的1W以下的薄膜电阻器并不直接标出额定功率，使用者可以根据电阻器的长度和直径来辨别。不同额定功率的电阻器，其体积有明显的差别。

电阻器的额定功率采用标准化的额定功率系列值，常用的电阻器功率通常为1/8W或1/4W。为了便于生产和选取，规定了电阻器的额定功率系列，如表3.1-6所示。

表3.1-6　电阻器额定功率系列

4.额定电压

额定电压是用标称阻值和额定功率乘积的平方根计算出来的直流电压或交流电压有效值。如果电压超过额定电压，电阻器内部将产生火花、引起噪声，导致电路性能变差，甚至损坏该电阻器。由于电阻器的尺寸和结构上的原因，在高阻值时不允许施加额定电压。

常用的交流额定电压（单位为V）有220、380、660、1140；常用的直流额定电压（单位为V）有110、220、400、550、750、1000、1500。

用于电动机启动、安装在转子回路的电阻器的额定电压可提高至两倍，安装在供电设备端的电阻器的额定电压由具体产品标准规定。

5.额定温度

在该温度的耐久性试验条件下，可连续施加额定功率的最高环境温度。除非详细规范另有规定，额定温度为70℃。

6.温度系数

在规定的环境温度范围内，温度每改变1℃时电阻器阻值的平均相对变化，通常用10-6 K-1表示。阻值随温度升高而增大的电阻器为正温度系数电阻器，反之为负温度系数电阻器。温度系数越小，电阻的稳定性越好。

应采用表3.1-7所规定的字母表示阻值的温度系数，对于未规定字母代码的温度系数，应用字母Z表示，并在文件中加以说明。

表3.1-7　阻值温度系数的字母代码

备注：*代表的温度系数参考产品规范。

7.封装

封装就是指把电子元件上的电路管脚用导线接引到外部接头处，以便与其他器件连接。封装形式是指安装电子元件用的外壳，它不仅起着安装、固定、密封、保护及增强电热性能等作用，而且还通过元件上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他元件相连接，从而实现元件与外部电路的连接。

按照封装形式，电阻器可以分为通孔式电阻器和贴片式电阻器。

（1）通孔式电阻器。通孔式电阻器在印制板上的焊盘位置必须钻孔（从顶层通到底层），让元器件引脚穿透印制板后，才能在焊盘上对该元器件的引脚进行焊接。

如图3.1-2（a）所示，通孔式电阻封装形式有AXIAL0.3～AXIAL1.0等，其中AXIAL表示电阻器卧式轴向安装，AXIAL后的数字表示电阻器两个引脚的距离（即印制板上两个焊盘中心的距离，单位为英寸）。例如，AXIAL0.4表示电阻器两个焊盘中心间距为0.4 in（英寸），即400 mil（密耳）。

（2）贴片式电阻器。如图3.1-2（b）所示，贴片式电阻器的焊盘不需要钻孔，直接在焊盘表面进行焊接。目前很多电子产品都采用贴片式电阻器，以缩小印制板的体积，提高电路的稳定性。

贴片电阻器的封装形式一般用四位数字代码来表示，前两位与后两位分别表示电阻器的长与宽，单位有英制和公制两种形式。表3.1-8列出了贴片电阻器、电容器的常见封装形式。

图3.1-2　电阻器的封装

表3.1-8　贴片电阻器、电容器的常见封装形式

三、固定电阻器的阻值标注方法

电阻器上阻值的标注方法主要有3种，分别是直标法、代码法和色码法。

1.直标法

用数字和文字符号在电阻器表面直接标出标称阻值的方法称为直标法，其允许偏差直接用百分数或文字符号表示，若元件上未标注允许偏差，则为±20%。

如图3.1-3所示，电阻器上标注着50W 0.2ΩJ。50W表示其额定功率，0.2Ω表示其阻值，J表示允许偏差为±5%。

图3.1-3　直标法

2.代码法

在电阻器上用3～5个字符表示出电阻器标称阻值的方法称为代码法，这些字符包括若干个数字和一个字母，也可以全部是数字。

（1）RKMG代码。按表3.1-9和表3.1-10所示，用字母R、K、M、G、T分别代表以欧姆为单位的阻值的乘数100、103、106、109、1012。

表3.1-9　阻值代码标志示例（最多有效数字三位）

备注：用四位有效数字表示阻值时，应按表3.1-9所示示例进行代码标志。

表3.1-10　阻值代码标志示例（有效数字四位）

（2）三字符代码。三字符代码是指按表3.1-11所示用3个字符代码表示以欧姆为单位的阻值。如果3个字符全部为数字，则前两位数字为有效数字，第三位为10的次方数。

表3.1-11　三字符代码表示的代码标志示例

如图3.1-4所示，贴片电阻器上标注105，表示该电阻器的阻值为10×105Ω=1MΩ。

图3.1-4　三字符代码

图3.1-5　四字符代码

（3）四字符代码。四字符代码是指按表3.1-12所示用4个字符代码表示以欧姆为单位的阻值。如果4个字符全部为数字，则前三位数字为有效数字，第四位为10的次方数。

表3.1-12　四字符代码表示的代码标志示例

如图3.1-5所示，贴片电阻器上标注1502，表示该电阻器的阻值为150×102Ω=15kΩ。

3.色码法

用不同颜色的色带在电阻器表面标出标称阻值、允许偏差及温度系数的方法称为色码法。色码法一般应用在小型电阻器上，采用色码法的电阻器称为色码电阻器或色环电阻器，常见的色环电阻器为四环电阻器、五环电阻器和六环电阻器。

色码电阻器的色码应符合以下规定：第一色带应靠近电阻器的一端，各色带的位置和间隔应使其在读色码时不致出现混乱；使用的任何附加代码不应与阻值和阻值允许偏差的代码相混淆；六环电阻器的第六条色带为阻值温度系数标志，该色带应与其他色带有明显的区别，要么较宽一些，要么为间断带或螺旋带。

采用色码法时，不同的色码位置和颜色代表的意义不同，详见表3.1-13。采用色码法时，电阻器默认单位为Ω，电容器默认单位为p F，电感器默认单位为μH。

表3.1-13　色码颜色的意义

当色环电阻器为四环时，第一、二环为有效数字，第三环为乘数，第四环为允许偏差且颜色一般为金色或银色；当色环电阻器为五环时，第一、二、三环为有效数字，第四环为乘数，第五环为允许偏差且颜色一般为棕色或绿色；当色环电阻器为六环时，前五环的意义与五环电阻器相同，第六环为温度系数。

如图3.1-6（a）所示，假设四环电阻器的第一、二、三、四环的颜色分别为红（表示数字2）、黑（表示数字0）、黄（表示乘数104）、金（表示允许偏差±5%），则该电阻器的阻值为20×104Ω=200kΩ，允许偏差为±5%。

如图3.1-6（b）所示，假设五环电阻器的第一、二、三、四、五环的颜色分别为蓝（表示数字6）、灰（表示数字8）、黑（表示数字0）、橙（表示乘数103）、棕（表示允许偏差±1%），则该电阻器的阻值为680×103Ω=680kΩ，允许偏差为±1%。

图3.1-6　色环电阻器的色码标注法

如图3.1-6（c）所示，假设六环电阻器的第一、二、三、四、五、六环的颜色分别为红（表示数字2）、黄（表示数字4）、白（表示数字9）、橙（表示乘数103）、棕（表示允许偏差±1%）、红（表示温度系数50×10-6 K-1），则该电阻器的阻值为249×103Ω=249kΩ，允许偏差为±1%，温度系数为±50×10-6 K-1。

四、固定电阻器的分类

固定电阻器在电路图中的符号如图3.1-7所示，通常用R表示。

图3.1-7　电阻器电路符号

依据制造工艺和功能的不同，固定电阻器可分为碳膜电阻器、金属膜电阻器、玻璃釉电阻器、水泥电阻器、排电阻器、贴片电阻器等。下面介绍几种常用的固定电阻器。

1.碳膜电阻器

如图3.1-8所示，碳膜电阻器是在陶瓷管架上高温沉积碳氢化合物电阻材料，并在其表面涂覆环氧树脂密封保护而制成的电阻器。碳膜的厚度决定阻值的大小，通常通过控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器的阻值。

碳膜电阻器是通孔式电阻器，价格低廉，多用在低端产品中，阻值一般采用色码法标注。

图3.1-8　碳膜电阻器

图3.1-9　金属膜电阻器

2.金属膜电阻器

如图3.1-9所示，金属膜电阻器是将金属或合金材料用真空蒸发或溅射的方法沉积在陶瓷骨架上形成电阻膜层而制成的电阻器。刻槽和改变金属膜厚度可以控制电阻器的阻值。

金属膜电阻器是最常用的电阻器之一，它具有耐高温、温度系数小、热稳定性好、噪声小的优点，阻值一般采用色码法标注。

3.玻璃釉电阻器

如图3.1-10所示，玻璃釉电阻器是将贵金属银、钯、钌、铑等的金属氧化物和玻璃釉黏合剂混合成浆料，涂覆在绝缘骨架上，经高温烧结而制成的电阻器。

玻璃釉电阻器具有耐高温、耐潮湿、温度系数小、噪声小的优点，阻值一般采用直标法标注。

图3.1-10　玻璃釉电阻器

图3.1-11　水泥电阻器

4.水泥电阻器

如图3.1-11所示，水泥电阻器是线绕电阻体放入方形瓷器框内，用特殊耐热水泥充填密封而制成的电阻器，多为白色块状外形。

水泥电阻器具有功率大、耐热、耐湿、耐震、阻燃、防爆的优点，阻值一般采用直标法标注。

5.线绕电阻器

如图3.1-12所示，线绕电阻器是用镍铬、锰铜等合金电阻丝绕在绝缘骨架上而制成的电阻器。绝缘骨架是由陶瓷、塑料、涂覆绝缘层的金属等制成。

线绕电阻器具有功率大、耐高温、精度高的优点，阻值一般采用直标法标注。

图3.1-12　线绕电阻器

图3.1-13　排电阻器

6.排电阻器

如图3.1-13所示，排电阻器是将多个电阻器按照一定规律排列集成为一个组合型的电阻器，简称排阻，也称为集成电阻器或网络电阻器。

排阻的所有电阻器的其中一个引脚都连到一起作为公共引脚，其余引脚正常引出，外观通常为黑色或黄色。一般来说，排阻最左边的引脚是公共引脚，在封装表面用一个点或带表示。排阻有通孔式封装和贴片式封装两种类型。

排阻具有装配方便、安装密度高等优点，大量应用在家用电器、计算机中。

7.贴片电阻器

如图3.1-14所示，贴片电阻器是将金属粉和玻璃釉粉混合，采用丝网印刷法印在基板上而制成的电阻器。

贴片电阻器具有体积小、安装密度高、抗震性强、抗干扰能力强、高频特性好、装配成本低等优点，广泛应用于计算机、手机、小型化电子产品中，阻值一般采用数码法标注。

图3.1-14　贴片电阻器

图3.1-15　熔断电阻器

8.熔断电阻器

如图3.1-15所示，熔断电阻器又叫保险电阻器，是一种具有电阻器和熔断器双重作用的特殊电阻器，可分为可恢复式熔断电阻器和一次性熔断电阻器。

可恢复式熔断电阻器是将固定电阻器或电阻丝用低熔点焊料与弹簧式金属片串联焊接在一起，密封在一个圆柱形或方形外壳中而制成的电阻器。在额定电流内，可恢复式熔断电阻器起固定电阻器作用。一次性熔断电阻器按电阻体的材料可分为线绕式熔断电阻器和膜式熔断电阻器。

五、固定电阻器的用途

固定电阻器在电路中的主要作用是分压和限流。

1.分压

在串联电路中，每个电阻器上电压与该电阻器的阻值有关，可以根据该特性，从不同的电阻器上分出相应的电压值供其他电路使用。

在实际电路中，供电电压一般都是固定电压，而电路中不同工作点通常都需要不同的工作电压，这时就需要借助电阻器对电源电压进行分压，以满足不同工作点对电压的需要。如图3.1-16所示，电源电压为3V，电阻器R 1、R 2构成一个分压器，R 1的压降为1V，R2的压降为2V，分压比例为R1/R2。

图3.1-16　分压电路

2.限流

当某个用电器的额定电流小于电路电流时，为了使其正常工作，可以用一个阻值适当的电阻器与它串联后再接入电路。这样，可使通过用电器的电流不超过其额定电流，保证用电器正常工作，这个电阻器就被称为限流电阻器。

在电路中，最常见的限流电路是如图3.1-17所示的发光二极管电路。发光二极管的导通电压为1.8～3V，工作电流为10m A左右。因此，电路中串联了一个限流电阻器使工作电流降到10m A左右。

图3.1-17　限流电路

六、固定电阻器的选用

固定电阻器种类繁多、特性各异，它的选用需要综合考虑多方面的因素。

1.根据阻值与允许偏差选取电阻器

在设计电路或选用电阻器时，应尽量选择优先数系阻值。若计算出来的阻值不在优先数系中，应选用近似值；若设计阻值与优先系数相差较大，可以用优先数系电阻器串、并联得到想要的阻值。

允许偏差的选取以电路的具体要求为准。对于RC电路，电阻器的允许偏差应尽可能小，一般选取允许偏差为±5%的电阻器；用于退耦电路、反馈电路、滤波电路、负载电路的电阻器的允许偏差要求较低，一般选取允许偏差为±10%的电阻器。

2.根据最高工作电压选取电阻器

若工作电路电压超出了电阻器的最高工作电压，即使能够满足功率要求，电阻器仍会被击穿而损坏。

3.根据额定功率选取电阻器

电阻器在电路中所承受的功率不能超过其额定功率。为保障电阻器能在电路中长期正常工作，选取电阻器的额定功率一般要大于实际承受功率的2倍以上。

4.根据电路类型选取电阻器

电路的功能不同，对电阻器的要求也不同。

在高增益放大电路中，电阻器噪声电动势必须尽可能小，否则噪声会随着有用信号被同时放大，严重影响设备的使用效果。因此，这类电路中一般选用精密金属膜电阻器。

功率放大电路、偏置电路、取样电路等对系统的稳定性要求较高，不能因为电阻器的温度变化而影响电路的稳定性。因此，在这类电路中应选用温度系数较小的电阻器，如金属膜电阻器、玻璃釉电阻器等，也可以选择线绕电阻器。

高频电路要选取分布参数较小的电阻器，低频电路对电阻器的分布参数无特殊要求。线绕电阻器的分布参数较大，只适用于50Hz以下的低频电路，金属膜电阻器和氧化膜电阻器则可工作于数百兆赫兹的高频电路中。

5.根据安装位置选取电阻器

相同功率的电阻器因其材料和工艺的差异体积各不相同。金属膜电阻器的体积比相同功率的碳膜电阻器小近1倍，故而适合安装于元器件布局紧凑的电路中。如果是小型化、便携式设备，一般选择贴片电阻器。

6.根据工作环境选取电阻器

选取电阻器时还要考虑工作环境。沉积膜电阻器无法长期在潮湿和电解腐蚀环境中工作，此类环境可以选取水泥电阻器；如果工作环境温度较高，则应选取金属膜电阻器或氧化膜电阻器。

7.优先选取通用型电阻器

通用型电阻器，如碳膜电阻器、金属膜电阻器等，阻值、允许偏差、额定功率等参数规格齐全，价格低廉，易于购买，可满足大多数场合的需要，如果没有特殊要求，应优先选取通用型电阻器。

七、固定电阻器的检测和替换

如无特殊说明，本书将以图3.1-18（a）所示的UT39A+型数字万用表为例介绍元器件的检测方法，UT39A+型数字万用表的详细参数和使用方法见本书第4.1.3章节的相关内容。

图3.1-18　数字万用表的外观和检测固定电阻器的方法

1.检测

在检测固定电阻器时，先要识别电阻器的类型、标称值、允许偏差等信息，然后使用数字万用表检测电阻器的阻值，并将检测结果与识别的信息进行比较，从而判定电阻器是否正常。

如图3.1-18（b）所示，将量程开关拨到电阻测量挡位上，红表笔插入VΩm A插孔、黑表笔插入COM插孔，再将两只表笔笔尖（不区分正、负表笔）分别接触所测电阻器的两端进行测量，从显示器上读取阻值。

数字万用表测量电阻器阻值时，要合理选择量程挡位，即挡位要略大于被测电阻器的标称阻值，如果没有标称阻值，可以先用较高挡试测，然后逐步逼近正确挡位；测量时不能用两手同时抓住被测电阻两端的引线，那样会把人体电阻和被测电阻并联起来，使测量结果偏小。

如果被测电阻器开路或阻值超过仪表量程，显示器将显示OL（有的万用表显示1）；在测量时应选择合适的量程，使测量结果的有效数字位数最多；用400Ω挡测量低值电阻时，测量表笔会引入0.2Ω左右的附加电阻，为了获取精确的阻值，测量时应通过功能按键SEL/REL使用相对测量功能，仪表将自动减去表笔的阻值。

为了方便对焊接在印制板上的电阻器进行检测，通常不将电阻器取下来，而是直接进行在线测量。当在线测量电阻器时，为避免仪器损坏或伤及使用者，必须先将被测电路内所有电源关断，并将所有电容器进行充分放电，才能进行测量。在线测量电阻器时，由于待测电阻器可能与其他电阻器构成并联关系，因此测量结果将小于或等于电阻器的实际值；若测量结果超出被检测电阻器的误差范围，则说明该电阻器已经损坏，应予以更换，以保证电路的正常工作；若要进一步检测该电阻器，则需要将被检测电阻器一端或两端从印制板上焊下来，以免电路中的其他元器件对测试造成影响，产生测量误差。

2.替换

检测出电阻器损坏后，应找出电阻器损坏的原因，再替换上同型号的新电阻器。如果无法找到同型号电阻器，也可选用性能参数接近的电阻器进行替换。