電阻在電路中有什么作用

電阻(Resistance，通常用“R”表示)，是一個(gè)物理量，在物理學(xué)中表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性。而且電阻在電路上的主要作用有分流、限流、分壓、偏置、濾波(與電容器組合使用)、阻抗匹配、將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等。下面我們來詳細(xì)的了解其的作用：

1.分流作用

當(dāng)在電路的干路上需同時(shí)接入幾個(gè)額定電流不同的用電器時(shí)，可以在額定電流較小的用電器兩端并聯(lián)接入一個(gè)電阻，這個(gè)電阻的作用是“分流”。例如：有甲、乙兩個(gè)燈泡，額定電流分別是0.2A 和0.4A，顯然兩燈泡不能直接串聯(lián)接入同一電路。但若我們?cè)诩谉魞啥瞬⒙?lián)一個(gè)合適的分流電阻(如圖1所示)，則當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，甲、乙兩燈便都能正常工作了。

圖1 分流電阻

再如，在缺電壓表測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，可設(shè)計(jì)如圖2所示的實(shí)驗(yàn)電路，利用分流電阻R與待測(cè)電阻并聯(lián)，借助于電流表測(cè)干路電流和分流電阻R中的電流，利用并聯(lián)分流公式，可求出待測(cè)電阻 的阻值。如果只有一個(gè)電流表，可將電流表先后接在干路或不同的支路中測(cè)出I和 (或和或和)，也可求出 。

圖2 實(shí)驗(yàn)電路

圖1所示，在給蓄電池充電的電路中，為了使充電電流不超過規(guī)定值，可在電路中接入限流的電阻。在充電過程中，適當(dāng)調(diào)節(jié)接入電阻的大小，可使電流的大小保持穩(wěn)定。再如在可調(diào)光臺(tái)燈的電路中，為了控制燈泡的亮度，也可在電路中接入一個(gè)限流電阻，通過調(diào)節(jié)接入電阻的大小，來控制電路中電流的大小，從而控制燈泡的亮度。

2.限流作用

通過用電器的電流不超過額定值或?qū)嶋H工作需要的規(guī)定值，以保證用電器的正常工作，通?？稍陔娐分写?lián)一個(gè)可變電阻。當(dāng)改變這個(gè)電阻的大小時(shí)，電流的大小也隨之改變。我們把這種可以限制電流大小的電阻叫做限流電阻。圖3所示，在給蓄電池充電的電路中，為了使充電電流不超過規(guī)定值，可在電路中接入限流的電阻。在充電過程中，適當(dāng)調(diào)節(jié)接入電阻的大小，可使電流的大小保持穩(wěn)定。再如在可調(diào)光臺(tái)燈的電路中，為了控制燈泡的亮度，也可在電路中接入一個(gè)限流電阻，通過調(diào)節(jié)接入電阻的大小，來控制電路中電流的大小，從而控制燈泡的亮度。

圖3 限流電路

3.分壓作用

一般用電器上都標(biāo)有額定電壓值，若電源比用電器的額定電壓高，則不可把用電器直接接在電源上。在這種情況下，可給用電器串接一個(gè)合適阻值的電阻，讓它分擔(dān)一部分電壓，用電器便能在額定電壓下工作。我們稱這樣的電阻為分壓電阻。如圖4所示的電路，當(dāng)接入合適的分壓電阻后，額定電壓為3V 的電燈便可接入電壓為12V 的電源上。又如我們常用的測(cè)電筆里有一個(gè)阻值很大的高電阻，它也是一個(gè)分壓電阻。人體的電阻一般為高電阻的 ，這樣人站在地面上用測(cè)電筆接觸220的電源，那么測(cè)電筆中高電阻分壓約為200V，人體承受的電壓就只有20V，低于36V，這樣就沒有觸電的危險(xiǎn)了。再如在缺電流表測(cè)待測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，也常使用分壓電阻與待測(cè)電阻串聯(lián)，再利用分壓公式，便可求出待測(cè)電阻的阻值了。(電路圖設(shè)計(jì)如圖5所示)

圖4 分壓電阻電路

圖5 實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)

電阻在串聯(lián)電路中起到分壓作用，在我們所用的 USB 轉(zhuǎn)串口的線上面，一般的廠家就是用兩顆電阻分壓得到3.3V 或者2.8V電平的串口。

4.偏置作用

晶體管構(gòu)成的放大器要做到不失真地將信號(hào)電壓放大，就必須保證晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。即應(yīng)該設(shè)置它的工作點(diǎn)。所謂工作點(diǎn)就是通過外部電路的設(shè)置使晶體管的基極、發(fā)射極和集電極處于所要求的電位(可根據(jù)計(jì)算獲得)。這些外部電路就稱為偏置電路(可理解為，設(shè)置PN結(jié)正、反偏的電路)，偏置電路向晶體管提供的電流就稱為偏置電流。

對(duì)共射放大電路來說，主流是從發(fā)射極到集電極的IC，偏流就是從發(fā)射極到基極的IB。相對(duì)與主電路而言，為基極提供電流的電路就是所謂的偏置電路。偏置電路往往有若干元件，其中有一重要電阻，往往要調(diào)整阻值，以使集電極電流在設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)。這要調(diào)整的電阻就是偏置電阻。

偏置：在電路某點(diǎn)給一個(gè)參考分量，使電路能適應(yīng)工作需要。 偏置可以是DC偏置，也可以是AC偏置。也可分為電流偏置和電壓偏置。常見的是DC偏置。即電路某點(diǎn)經(jīng)過一個(gè)起偏置作用的元件接到某個(gè)DC電源上。例如單級(jí)三極管發(fā)射極放大電路，至少需要一個(gè)基極偏置電阻。由于三極管放大電路經(jīng)常用電流放大系數(shù)來計(jì)算放大效果。因此偏置電阻定義為電流偏置電阻，以便于計(jì)算和分析。CMOS 門電路輸入端，接的上拉電阻或下拉電阻，一般可認(rèn)為是電壓偏置電阻。因?yàn)橥ㄟ^這個(gè)電阻的電流很少，電阻基本上是給門輸入端一個(gè)靜態(tài)參考電壓。交流偏置的一個(gè)典型應(yīng)用例子：錄音機(jī)的交流偏磁。

簡(jiǎn)言之，偏置電阻用來調(diào)節(jié)基極偏置電流，使晶體管有一個(gè)適合的工作點(diǎn)。

穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)原理：

設(shè)流過基極偏置電阻的電流 IR>>IB，因此可以認(rèn)為基極電位 VB 只取決于分壓電阻、，VB 與三極管參數(shù)無(wú)關(guān)，不受溫度影響。

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定是由 VB 和 Re 共同作用實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定過程如下：

設(shè)溫度升高→IC↑→IE↑→VBE↓→IB↓→IC↓

其中：IC↑→IE↑是由電流方程 IE = IB+IC 得出，IE↑→VBE↓是由電壓方程VBE= VB-IERe 得出，IB↓→IC↓是由 IC =βIB 得出。

由上述分析不難得出，Re 越大穩(wěn)定性越好。但事物總是具有兩面性，Re太大其功率損耗也大，同時(shí) VE 也會(huì)增加很多，使 VCE 減小導(dǎo)致三極管工作范圍變窄。因此 Re 不宜取得太大。在小電流工作狀態(tài)下，Re 值為幾百歐到幾千歐;大電流工作時(shí)，Re 為幾歐到幾十歐。

一般情況下，三極管三個(gè)極的電阻功能有：

基極電阻主要是限壓，控制基極電位正偏值不能過大，過大容易使三極管飽和發(fā)射極電阻主要是限流，因?yàn)殡娏鬟^大，容易使三極管產(chǎn)生飽和集電極電阻主要是限幅，限制輸出信號(hào)過大而產(chǎn)生失真偏置電阻的大小有很多種組合，并且與三極管的放大系數(shù)β有關(guān)。在工廠生產(chǎn)中，為了適應(yīng)不同β的三極管，在三極管的直流回路中，都會(huì)引入負(fù)反饋：在發(fā)射極中串聯(lián)一個(gè)電阻 Re(Re 上要并聯(lián)電容器，僅對(duì)直流工作點(diǎn)有效)，Re 越大，工作點(diǎn)越穩(wěn)定(除了適應(yīng)電壓變化外，還能適應(yīng)β不同的三極管)，但直流電壓降也越大，降低了電源的有效電壓;基極采用電阻分壓式偏置電路，由 Rb1與 Rb2對(duì)電源分壓后接基極，下偏電阻 Rb2越小，穩(wěn)定效果也越好，但降低了輸入電阻。上偏置電阻 Rb1用來調(diào)整工作電流大小。

電阻的偏置作用在手機(jī)原理中典型用法就在MIC回路。如圖6中的R1和R2。

圖6 MIC回路

5.濾波作用

電阻的濾波作用一般是和電容組成 RC 濾波電路，可分為低通和高通電路。

6.阻抗匹配作用

阻抗匹配概念

阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。對(duì)于不同特性的電路，匹配條件是不一樣的。

在純電阻電路中，當(dāng)負(fù)載電阻等于激勵(lì)源內(nèi)阻時(shí)，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。

當(dāng)激勵(lì)源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗含有電抗成份時(shí)，為使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號(hào)相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。

阻抗匹配(Impedance matching)是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于上，來達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來源點(diǎn)，從而提升能源效益。大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力(lumped-circuit matching)，另一種則是調(diào)整傳輸線的波長(zhǎng)(transmission line matching)。

要匹配一組線路，首先把負(fù)載點(diǎn)的阻抗值，除以傳輸線的特性阻抗值來歸一化，然后把數(shù)值劃在史密夫圖表上。

圖7中R為負(fù)載電阻，r為電源 E 的內(nèi)阻，E為電壓源。由于r的存在，當(dāng)R很大時(shí)，電路接近開路狀態(tài);而當(dāng)R很少時(shí)接近短路狀態(tài)。顯然負(fù)載在開路及短路狀態(tài)都不能獲得最大功率。

圖7 阻抗匹配電路

根據(jù)式：

從上式可看出，當(dāng) R=r 時(shí)式中的(

)式中分母中的(R-r)的值最小為0，此時(shí)負(fù)載所獲取的功率最大。所以，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，負(fù)載將獲得最大功率。這就是電子電路阻抗匹配的基本原理。

7.將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的作用

電流通過電阻時(shí)，會(huì)把電能全部(或部分)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。用來把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的用電器叫電熱器。如電烙鐵、電爐、電飯煲、取暖器等等。

圖8 電阻

本文介紹了電阻在電路中起到的作用。不同導(dǎo)體的電阻按其性質(zhì)的不同還可分為兩種類型。一類稱為線性電阻或歐姆電阻，滿足歐姆定律; 另一類稱為非線性電阻，不滿足歐姆定律。而且電阻的量值與導(dǎo)體的材料、形狀、體積以及周圍環(huán)境等因素有關(guān)。

審核編輯黃宇