电阻器：从基础概念到故障排除的全面解析
电阻器：从基础概念到故障排除的全面解析
电阻器是电子电路中常见的基础元件，广泛应用于各种电子设备中。本文将详细介绍电阻器的定义、分类、选型指南、维护保养、注意事项和故障排除等方面的内容，帮助读者全面了解电阻器的相关知识。
电阻器概述
电阻器（Resistor），简称电阻，是一个限流元件。将电阻接在电路中后，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。
电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。
电阻器的分类
- 按伏安特性分类
对大多数导体来说，在一定的温度下，其电阻几乎维持不变而为一定值，这类电阻称为线性电阻。有些材料的电阻明显地随着电流(或电压)而变化，其伏—安特性是一条曲线，这类电阻称为非线性电阻。非线性电阻在某一给定的电压(或电流)作用下，电压与电流的比值为在该工作点下的静态电阻，伏—安特性曲线上的斜率为动态电阻。表达非线性电阻特性的方式比较复杂，但这些非线性关系在电子电路中得到了广泛的应用。
- 按材料分类
线绕电阻器：由电阻线绕成电阻器，用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高，稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用，缺点是高频性能差，时间常数大。
碳合成电阻器：由碳及合成塑胶压制成而成。
碳膜电阻器：在瓷管上镀上一层碳而成，将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低，是目前应用最广泛的电阻器。
金属膜电阻器：在瓷管上镀上一层金属而成，用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。金属膜电阻比碳膜电阻的精度高，稳定性好，噪声，温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。
金属氧化膜电阻器：在瓷管上镀上一层氧化锡而成，在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即是氧化物，所以高温下稳定，耐热冲击，负载能力强。按用途分，有通用、精密、高频、高压、高阻、大功率和电阻网络等。
- 特殊电阻器
保险电阻：又叫熔断电阻器，在正常情况下起着电阻和保险丝的双重作用，当电路出现故障而使其功率超过额定功率时，它会像保险丝一样熔断使连接电路断开。保险丝电阻一般电阻值都小(0.33Ω～10KΩ)，功率也较小。保险丝电阻器常用型号有：RF10型、RF111-5 保险丝电阻器的符号型、RRD0910 型、RRD0911 型等。
敏感电阻器：是指其电阻值对于某种物理量（如温度、湿度、光照、电压、机械力、以及气体浓度等）具有敏感特性，当这些物理量发生变化时，敏感电阻的阻值就会随物理量变化而发生改变，呈现不同的电阻值。根据对不同物理量敏感，敏感电阻器可分为热敏、湿敏、光敏、压敏、力敏、磁敏和气敏等类型敏感电阻。敏感电阻器所用的材料几乎都是半导体材料，这类电阻器也称为半导体电阻器。
电阻器选型指南
在电子电路设计的时候，应根据电子设备的技术指标、电路的具体要求和电阻的特性参数“因地制宜”地来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。
下面是有关电阻的选型基本原则。
- 电阻器的归一化选型
归一化选型原则只是针对电阻选型的一个“轮廓”，根据以往工程师的选型经验总结出来的，具有大众化的选型意义，在要求严格的电路设计中，还需要根据具体电路设计中的电器要求对电阻选型进行进一步的考量。
金属膜电阻器：1W以下功率优选金属膜电阻；1W及1W以上功率优选金属氧化膜电阻；
熔断电阻器：不推荐使用。反应速度慢，不可恢复。建议使用反应快速、可恢复的器件，以达到保护的效果，并减少维修成本。
绕线电阻器：大功率电阻器。
集成电阻器：贴片化。插装项目只保留并联式，插装的独立式项目将逐步淘汰，用同一分类的片状集成电阻器替代。
片状厚膜电阻器：在逐步向小型化、大功率方向发展，优选库会随着适应发展方向的变化而动态调整。这类电阻器是小功率电阻的优选对象。
片状薄膜电阻器：建议使用较高精度类别。
- 选型与应用要求配对表
（1）性能要求——可选用种类
- 电阻的一般特性参数选型要求
（1）精度
在设计中不要盲目的追求电阻本身的精度，即使高精度的电阻受环境的影响，也会超出其范围。所以应该更加的关注可靠性试验的指标。目前选择电阻的精度不建议超过0.1%，常用的厚膜电阻都是5%，1%以上精度要求电阻，建议选用厚膜电阻；1%以下精度要求电阻，建议选用薄膜电阻。
（2）不选用极限和边缘规格
不选用各分类电阻器的极限规格。如电阻器具体系列中的最大最小阻值的边缘规格。
（3）降额使用
降额使用是提高电阻器工作可靠性和寿命的最重要手段。电阻的功率取决于封装的大小，薄膜电阻的功率很小，一般小于1W，电阻在使用时，一定要对功率进行降额。不同类别的电阻具有不同的绝缘介质和自愈机制，对承受应力（主要是工作电压、消耗功率和工作环境温度）的降额程度要求有差异，但一般都在0.6倍额定承受应力下使用，不超过0.75倍。
（4）电阻值变化
电阻器在实际工作时的电阻值不同于标称电阻值，而与以下因素有关：
阻值偏差。实际生产中电阻器的阻值会偏离标称阻值，此偏离应在阻值允许偏差范围内。
工作温度。电阻器的阻值会随温度变化而变化。此特性用TCR值即电阻温度系数来衡量。
电压效应。电阻器的阻值与其所加电压有关，变化可以用电压系数来表示。电压系数是外加电压每改变 1 V时电阻器阻值的相对变化量。
频率效应。随着工作频率的提高，电阻器本身的分布电容和电感所起的作用越来越明显。
时间耗散效应。电阻器随工作时间的延长会逐渐老化，电阻值逐渐变化(一般情况下增大)。
外加应力下电阻值漂移应在电路要求的范围内，同时还应考虑老化因素。应给出设计裕度(一般为电路要求变化范围的一半，如电路要求可在±10%范围内变化，应选择在±5%内变化的电阻器)。
（5）额定工作温度
各种具体型号的电阻器都有规定的额定环境工作温度范围，在实际使用中不应超出规定的环境工作温度范围。
目前TCR小的电阻器只有薄膜电阻，一般情况下，碳膜与陶瓷电阻器TCR为负，对于低TCR设计，首选推荐10ppm。不同材料电阻的TCR有很大的变化，大致范围可以从下表看出：
（6）降功耗曲线
当工作环境温度高于70°C时，应在原使用基础上再进行降额。降额曲线如下图所示：
7）管脚表层金属
管脚表层金属采用Sn/Pb或Sn，焊接性能好，价格便宜，尽量避免采用贵金属管脚或外电极的电阻器。
（8）安装
尽量采用表面贴装的电阻器。表面贴装不仅生产效率高，体积小，且由于大量使用而价格低。为节省空间还可使用表面贴装的集成电阻器。
电阻器的维护保养
电阻器元件损坏必须更换。如起重机正在工作中发现电阻器元件损坏时，可先将损坏的电阻器元件拆下使其短接触继续工作，等工作完毕后再换上新的。新的电阻器元件要与旧的电阻器元件型号相同。
发现电阻器元件有接触不良的地方，应把接触面清理干净，然后把紧固螺栓旋紧。
电阻器的钢棒绝缘层（云母和石棉制成）损坏时，应视具体情况进行修复或更换。
当电阻器元件某一段发生了折断，而其他部分仍然良好，可把折断的部分缩短2～3圈予以焊接。焊接时，必须采取硬焊料，如黄铜、银或铜磷焊料。在有条件的情况下，最好采用电阻焊接，如暂时没有焊接条件时， 可先把折断头弯成环形使之短接，然后用螺栓旋紧，待下次修复时再焊好。
电阻器的阶段电阻，不允许比周围环境温度高过350℃。如果超过此温度，应增大相对的级段电阻或提高整个电阻器的容量。如温度低于100℃时，则表示电阻器的容量过大。铸铁电阻温度每升高100℃其电阻值增大约是原阻值的1/10。
使用注意事项
电阻在使用前要进行检查，检查其性能好坏就是测量实际阻值与标称值是否相符，误差是否在允许范围之内。方法就是用万用表的电阻档进行测量。
测量时要注意两点
要根据被测电阻值确定量程，使指针指示在刻度线的中间一段，这样便于观察。
确定电阻档量程后，要进行调零，方法是两表笔短路（直接相 碰），调节“调零”电器使指针准确的指在Ω刻度线的“0”上，然后再测电阻的阻值。另外，还要注意人手不要碰电阻两端或接触表笔的金属部分。否则会引起测试误差。
用万用表测出的电阻值接近标称值。就可以认为基本上质量是好的，如果相差太多或根本不通，就是坏的。
具体检测方法：
- 外观检查
对于固定电阻首先查看标志清晰，保护漆完好，无烧焦，无伤痕，无裂痕，无腐蚀，电阻体与引脚紧密接触等。对于电位器还应检查转轴灵活，松紧适当，手感舒适。有开关的要检查开关动作是否正常。
- 万用表检测
①固定电阻的检测
用万用表的电阻挡对电阻进行测量，对于测量不同阻值的电阻选择万用表的不同倍乘挡。对于指针式万用表，由于电阻挡的示数是非线性的，阻值越大，示数越密，所以选择合适的量程，应使表针偏转角大些，指示于1/3～2/3满量程，读数更为准确。若测得阻值超过该电阻的误差范围、阻值无限大、阻值为0或阻值不稳，说明该电阻器已坏。
在测量中注意拿电阻的手不要与电阻器的两个引脚相接触，这样会使手所呈现的电阻与被测电阻并联，影响测量准确。另外，不能带电情况下用万用表电阻挡检测电路中电阻器的阻值。在线检测应首先断电，再将电阻从电路中断开出来，然后进行测量。
②保险丝电阻和敏感电阻的检测
保险丝电阻一般阻值只有几到几十欧，若测得阻值为无限大，则已熔断。也可在线检测保险丝电阻的好坏，分别测量其两端对地电压，若一端为电源电压，一端电压为0伏，保险丝电阻已熔断。
敏感电阻种类较多，以热敏电阻为例，又分正温度系数和负温度系数热敏电阻。对于正温度系（PTC）热敏电阻，在常温下一般阻值不大，在测量中用烧热的电烙铁靠近电阻，这时阻值应明显增大，说明该电阻正常，若无变化说明元件损坏，负温度系热敏电阻则相反。
光敏电阻在无光照（用手或物遮住光）的情况下万用表测得阻值大，有光照表针指示电阻值有明显减小。若无变化，则元件损坏。
③可变电阻和电位器的检测
首先测量两固定端之间电阻值是否正常，若为无限大或为零欧，或与标称相差较大，超过误差允许范围，都说明已损坏；电阻体阻值正常，再将万用表一只表笔接电位器滑动端，另一只表笔接电位器（可调电阻）的任一固定端，缓慢旋动轴柄，观察表针是否平稳变化，当从一端旋向另一端时，阻值从零欧变化到标称值（或相反），并且无跳变或抖动等现象，则说明电位器正常，若在旋转的过程中有跳变或抖动现象，说明滑动点现电阻体接触不良。
- 用电桥测量电阻
如果要求精确测量电阻器的阻值，可通过电桥（数字式）进行测试。将电阻插入电桥元件测量端，选择合适的量程，即可从显示器上读出电阻器的阻值。例如，用电阻丝自制电阻或对固定电阻器进行处理来获得某一较为精确的电阻值时，就必须用电桥测量自制电阻的阻值。
故障排除
电阻是电力设备中量最多的元件，但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见，电阻一旦开路，整个电路都会瘫痪。
电阻电容故障的表现及排除方法：
首先要分析原因，电阻损坏一般有两类原因：内部的，外部的。内部原因常见的有几种：电阻质量粗糙，材料不均匀，导致局部电阻发生变化。功率选择很靠近最大功率点，当瞬间干扰时，电阻损坏。
外部的原因有很多，电流过大，导致烧毁或是阻值变化。焊接的电路板因外力作用，发生形变，从而使电阻断裂(尤其在表贴电阻里最常见)。发热的热量不能即使排出，使电阻工作在过热的环境里也容易损坏。
电阻是电器设备中数量最多的元件，但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见，阻值变大较少见，阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。前两种电阻应用最广，其损坏的特点：一是低阻值(100Ω以下)和高阻值(100kΩ以上)的损坏率较高，中间阻值(如几百欧到几十千欧)的极少损坏；二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑，很容易发现，而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。
线绕电阻一般用作大电流限流，阻值不大。圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹，有的没有痕迹。水泥电阻是线绕电阻的一种，烧坏时可能会断裂，否则也没有可见痕迹。保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮，有的也没有什么痕迹，但绝不会烧焦发黑。
根据以上特点，在检查电阻时可有所侧重，快速找出损坏的电阻。我们先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹，再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点，我们就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值，如果量得阻值比标称阻值大，则这个电阻肯定损坏(要注意等阻值显示稳定后才下结论，因为电路中有可能并联电容元件，有一个充放电过程)，如果量得阻值比标称阻值小，则一般不用理会它。
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