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常用采样电阻介绍及测量

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采样电阻

采样电阻是电路元件中应用最广泛的一种,在电子设备中约占元件总数的30%以上,其质量的好坏对电路工作的稳定性有极大影响。它的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压,其次还作为分流器分压器和负载使用。
1.分类
1、线绕采样电阻:通用线绕采样电阻、精密线绕采样电阻、大功率线绕采样电阻、高频线绕采样电阻。
2、薄膜采样电阻:碳膜采样电阻、合成碳膜采样电阻、金属膜采样电阻、金属氧化膜采样电阻、化学沉积膜采样电阻、采样膜采样电阻、金属氮化膜采样电阻。
3、实心采样电阻:无机合成实心碳质采样电阻、有机合成实心碳质采样电阻。
4、敏感采样电阻:压敏采样电阻、热敏采样电阻、光敏采样电阻、力敏采样电阻、气敏采样电阻、湿敏采样电阻。
在电子电路中常用的采样电阻有固定式采样电阻和电位器,按制作材料和工艺不同,固定式采样电阻可分为:膜式电阻(碳膜RT、金属膜RJ、合成膜RH和氧化膜RY)、实芯电阻(有机RS和无机RN)、金属线绕电阻(RX)、特殊电阻(MG型光敏电阻、MF型热敏电阻)四种。
表1 几种常用电阻的结构和特点

电阻种类
电 阻 结 构 和 特 点

碳膜电阻
气态碳氢化合物在高温和真空中分解,碳沉积在瓷棒或者瓷管上,形成一层结晶碳膜。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度,可以得到不同的阻值。碳膜电阻成本较低,性能一般。

金属膜电阻
在真空中加热合金,合金蒸发,使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。这种电阻和碳膜电阻相比,体积小、噪声低、稳定性好,但成本较高。

碳质电阻
把碳黑、树脂、粘土等混合物压制后经过热处理制成。在电阻上用色环表示它的阻值。这种电阻成本低,阻值范围宽,但性能差,很小采用。

线绕电阻
用康铜或者镍铬合金电阻丝,在陶瓷骨架上绕制成。这种电阻分固定和可变两种。它的特点是工作稳定,耐热性能好,误差范围小,适用于大功率的场合,额定功率一般在1瓦以上。

碳膜电位器
它的电阻体是在马蹄形的纸胶板上涂上一层碳膜制成。它的阻值变化和中间触头位置的关系有直线式、对数式和指数式三种。碳膜电位器有大型、小型、微型几种,有的和开关一起组成带开关电位器。
还有一种直滑式碳膜电位器,它是靠滑动杆在碳膜上滑动来改变阻值的。这种电位器调节方便。

线绕电位器
用电阻丝在环状骨架上绕制成。它的特点是阻值范围小,功率较大。

2. 主要性能指标
额定功率:在规定的环境温度和湿度下,假定周围空气不流通,在长期连续负载而不损坏或基本不改变性能的情况下,采样电阻上允许消耗的最大功率。为保证安全使用,一般选其额定功率比它在电路中消耗的功率高1-2倍。额定功率分19个等级,常用的有0.05W、0.125W、0.25 W、0.5 W、1 W、2 W、3 W、5 W、7 W、10 W,在电路图中非线绕采样电阻额定功率的符号表示如下图:


标称阻值:产品上标示的阻值,其单位为欧,千欧、兆欧,标称阻值都应符合下表所列数值乘以10N欧,其中N为整数。
表2 标称阻值系列

允许误差
系列代号
标称阻值系列

5%
E24
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

10%
E12
1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2 

20%
E6
1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8

允许误差:采样电阻和电位器实际阻值对于标称阻值的最大允许偏差范围,它表示产品的精度,允许误差的等级如下表所示。
表3 允许误差等级

级别 005 01 02 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
允许误差 0.5% 1% 2% 5% 10% 20%

标称阻值与误差允许范围的标识方法
表4 色环颜色所代表的数字或意义

色 别 第一色环
最大一位数字 第二色环
第二位数字 第三色环
应乘的数 第四色环
误 差
棕 1 1 10
红 2 2 100
橙 3 3 1000
黄 4 4 10000
绿 5 5 100000
蓝 6 6 1000000
紫 7 7 10000000
灰 8 8 100000000
白 9 9 1000000000
黑 0 0 1
金 0.1 ±5%
银 0.01 ±10%
无色 ±20%

示例
1)在电阻体的一端标以彩色环,电阻的色标是由左向右排列的,图1的电阻为27000Ω±0.5%。
2)精密度采样电阻的色环标志用五个色环表示。第一至第3色环表示电阻的有效数字,第4色环表示倍乘数,第5色环表示容许偏差,图2的电阻为17.5Ω±1%
 




表示27000Ω±5% 表示17.5Ω±1%

在电路图中采样电阻和电位器的单位标注规则
阻值在兆欧以上,标注单位M。比如1兆欧,标注1M;2.7兆欧,标注2.7M。
阻值在1千欧到100千欧之间,标注单位k。比如5.1千欧,标注5.1k;68千欧,标注68k。
阻值在100千欧到1兆欧之间,可以标注单位k,也可以标注单位M。比如360千欧,可以标注360k,也可以标注0.36M。
阻值在1千欧以下,可以标注单位Ω,也可以不标注。比如5.1欧,可以标注5.1Ω或者5.1;680欧,可以标注680Ω或者680。
最高工作电压:它是指采样电阻长期工作不发生过热或电击穿损坏时的电压。如果电压超过规定值,采样电阻内部产生火花,引起噪声,甚至损坏。下表是碳膜电阻的最高工作电压。
表5 碳膜电阻的最高工作电压

标称功率(W)
1/16
1/8
1/4
1/2
1
2

最高工作电压(V)
100
150
350
500
750
1000

稳定性:稳定性是衡量采样电阻在外界条件(温度、湿度、电压、时间、负荷性质等)作用下电阻变化的程度
(1)温度系数a,表示温度每变化1度时,采样电阻阻值的相对变化量。
即: 式中:R1、R2分别为温度t1和t2时的电阻值
(2)电压系数av表示电压每变化1伏时,采样电阻阻值的相对变化量,即: 式中:R1、R2分别是电压为U1和U2时的电阻值

噪声电动势:采样电阻的噪声电动势在一般电路中可以不考虑,但在弱信号系统中不可忽视。
线绕采样电阻的噪声只习作定于热噪声(分子扰动引起)仅与阻值、温度和外界电压的频带有关。薄膜电阻除了热噪声外,还有电流噪声,这种噪声近似地与外加电压成正比。
高频特性:采样电阻使用在高频条件下,要考虑其固定有电感和固有电容的影响。这时,采样电阻变为一个直流电阻(R0)与分布电感串联,然后再与分布电容并联的等效电路,非线绕采样电阻的LR=0.01-0.05微亨,CR=0.1-5皮法,线绕采样电阻的LR达几十微亨,CR达几十皮法,即使是无感绕法的线绕采样电阻,LR仍有零点几微亨。

3. 命名方法
根据部颁标准(SJ-73)规定,采样电阻、电位器的命名由下列四部分组成:第一部分(主称);第二部分:(材料);第三部分(分类特征);第四部分(序号)。它们的型号及意义见下表。
表6 采样电阻的型号命名法

第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
用字母表示主称 用字母表示材料 用数字或字母表示特征 序号
符号 意义 符号 意义 符号 意义
R
RP 采样电阻
电位器 T
P
U
C
H
I
J
Y
S
N
X
R
G
M 碳膜
金属膜
合成膜
沉积膜
合成膜
采样膜
金属膜
氧化膜
有机实芯
无机实芯
线绕
热敏
光敏
压敏 1, 2
3
4
7
8
9
G
T
X
L
W
D 普通
超高频
高阻
高温
精密
采样电阻-高压
电位器-特殊函数
特殊
高功率
可调
小型
测量用
微调
多圈 包括:
额定功率
阻值
允许误差
精度等级

示例:RJ71-0.125-5.1kI型的命名含义:R采样电阻-J金属膜-7精密-1序号-0.125额定功率-5.1k标称阻值-I误差5%。

4.选用常识
根据电子设备的技术指标和电路的具体要求选用电阻的型号和误差等级;额定功率应大于实际消耗功率的1.5-2倍;电阻装接前要测量核对,尤其是要求较高时,还要人工老化处理,提高稳定性;根据电路工作频率选择不同类型的电阻。

二、检测方法与经验
1. 固定采样电阻的检测
将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。为了提高测量精度,应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆挡刻度的非线性关系,它的中间一段分度较为精细,因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置,即全刻度起始的20%~80%弧度范围内,以使测量更准确。根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有±5%、±10%或±20%的误差。如不相符,超出误差范围,则说明该电阻值变值了。B注意:测试时,特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时,手不要触及表笔和电阻的导电部分;被检测的电阻从电路中焊下来,至少要焊开一个头,以免电路中的其他元件对测试产生影响,造成测量误差;色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定,但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。
2.水泥电阻的检测
检测水泥电阻的方法及注意事项与检测普通固定电阻完全相同。
3. 熔断采样电阻的检测
在电路中,当熔断采样电阻熔断开路后,可根据经验作出判断:若发现熔断采样电阻表面发黑或烧焦,可断定是其负荷过重,通过它的电流超过额定值很多倍所致;如果其表面无任何痕迹而开路,则表明流过的电流刚好等于或稍大于其额定熔断值。对于表面无任何痕迹的熔断采样电阻好坏的判断,可借助万用表R×1挡来测量,为保