电子元器件在电路中的作用

电阻器在电路中的作用

电阻器在电路中用作分压器、分流器和负载电阻;它与电容器—起可以组成滤波器及延时电路、在电源电路或控制电路中用作取样电阻；在半导体管电路中用偏置电阻确定工作点;用电阻进行电路的阻抗匹配；用电阻进行降压或限流；在电源电路中作为去耦电阻使用，等等。总之，电阻器在电路中的作用很多，电路无处不用电阻：下面介绍一些电阻器的基本电路。

一. 限流

为使通过用电器的电流不超过额定值或实际工作需要的规定值，以保证用电器的正常工作，通常可在电路中串联一个可变电阻。当改变这个电阻的大小时，电流的大小也随之改变。我们把这种可以限制电流大小的电阻叫做限流电阻。如图1所示，在给蓄电池充电的电路中，为了使充电电流不超过规定值，可在电路中接入限流电阻。在充电过程中，适当调节接入电阻的大小，可使电流的大小保持稳定。再如在可调光台灯的电路中，为了控制灯泡的亮度，也可在电路中接入一个限流电阻，通过调节接入电阻的大小，来控制电路中电流的大小，从而控制灯泡的亮度。

二. 分流

当在电路的干路上需同时接入几个额定电流不同的用电器时，可以在额定电流较小的用电器两端并联接入一个电阻，这个电阻的作用是“分流”。例如：有甲、乙两个灯泡，额定电流分别是0.2A和0.4A，显然两灯泡不能直接串联接入同一电路。但若我们在甲灯两端并联一个合适的分流电阻则当开关S闭合时，甲、乙两灯便都能正常工作了。

再如，在缺电压表测电阻的实验设计中，可设计如图3所示的实验电路，利用分流电阻R与待测电阻并联，借助于电流表测干路电流和分流电阻R中的电流，利用并联分流公式，可求出待测电阻的阻值。如果只有一个电流表，可将电流表先后接在干路或不同的支路中测出I和（或和或和），也可求出。

分流电路

分流电路实际上是电阻器的并联电路，如图2-2所示。它有以下几点特点:

①各支路的电压等于总电压；

②总电流等于各支路电流之和，即I = I1 + I2 + I3;

③总电阻的倒数等于各支路倒数之和,即1/R =1/R1 + 1/R2 + 1/R3

在实践中经常利用电阻器的并联电路组成分流电路，以对电路中的电流进行分配；

图2-3是用于扩大电流表量程的分流电路。电流表的满度电流为50uA．现需将它改成一个最大量程为500uA 的电流表,此时只需要在电流表两端并上一只电阻器R1即可。

根据图2-3(b)并联电路可知

I= I1 +I0

若I = 500uA,则

I1 =I - I0 = 500-50 =450uA

由于I0 * R0 =I1* R1(式中R0为电流表内阻)

求得R1= (I0* R0)/I1= 200Ω上述的分流电路计算结果表明，只要在50uA表头上并联一个200Ω的电阻,即可使表头的量程由50uA扩大到500uA。

三. 分压

一般用电器上都标有额定电压值，若电源比用电器的额定电压高，则不可把用电器直接接在电源上。在这种情况下，可给用电器串接一个合适阻值的电阻，让它分担一部分电压，用电器便能在额定电压下工作。我们称这样的电阻为分压电阻。如图4所示的电路，当接入合适的分压电阻后，额定电压为3V的电灯便可接入电压为12V的电源上。又如我们常用的测电笔里有一个阻值很大的高电阻，它也是一个分压电阻。人体的电阻一般为高电阻的，这样人站在地面上用测电笔接触220的电源，那么测电笔中高电阻分压约为200V，人体承受的电压就只有20V，低于36V，这样就没有触电的危险了。再如在缺电流表测待测电阻的实验设计中，也常使用分压电阻与待测电阻串联，再利用分压公式，便可求出待测电阻的阻值了。

1. 分压电路

分压电路实际上是电阻的串联电路，如图2-1所示，它有以下几个特点：

①通过各电阻的电流是同一电流，即各电阻中的电流相等、I = I1 = I2 = I3；

②总电压等于各电阻上的电压降之和,，即V= V1 + V2 + V3；

③总电阻等于各电阻之和，即R＝R1 + R2 +R3：

在实践中可利用电阻串联电路来进行分压以改变输出电压，如收音机和扩音机的音量调节电路、半导体管工作点的偏置电路及降压电路等。

四. 将电能转化为内能

电流通过电阻时，会把电能全部（或部分）转化为内能。用来把电能转化为内能的用电器叫电热器。如电烙铁、电炉、电饭煲、取暖器等等。

3. 阻抗匹配电路

图2-4所是由电阻器组成的阻抗匹配衰减器、它接在特性阻抗不同的两个网络中间,可以起到匹配阻抗的作用。

匹配器中电阻器的阻什可由下式确定，即式中，Z1和Z2为网络1和网络2的阻抗，它们分别为300Ω和75Ω。将它们代入上面两个公式中，则求得RI=259.8Ω，R2＝86.6Ω。

4. RC充放电电路

RC充放电电路是电阻器应用的基础电路，在电子电路中会常常见到，因此了解RC充放电特性是非常有用的。

RC充放电电路如图2-5所示。图中开关S原来停留在B点位置，电容器C上没有电荷,它两端的电压等于零。当开关接到A点时．电源E通过R向电容器C充电，在电路接通的瞬间，电容器电压Vc＝0，充电电流最大值等于Z/R。随着电容器两极上电荷的积累，Vc逐渐增大，电阻器R上的电压Vr =E -Vc，充电电流i＝(E—Vc)/R且随着Vc的增大而越来越小，Vc的上升也越来越慢。当Vc＝E时，i=0，充电过程结束。

试验证明，充电过程可用下面公式描述，即式中：e-自然对数；t-时间。

从公式中不难看出，充电过程中Vc和i是按指数规律变化的。而充电的快慢取决于电阻和电容的乘积，因此称RC为时间常数r，即r=RC。如果R和C的的单位取欧姆和法拉，则r的单位为秒。

根据公式计算在不同时间内的Vc和i，其结果见表2-4。从表中可以看出，r越大充电越慢。当t＝3r时，Vc=0.95E;当t=5r时，Vc=0.993E；一般认为当 t=(3-5)r时，电容器上的电荷已被充满。

电容器上的电荷已被充满。当电路开关S在C充满电荷后由A端置于B端时，电容C上的电荷通过R放电，其放电也是按指数规律进行的。

利用RC充放电特性可组成很多应用电路，如积分电路、微分电路、去耦电路以及定时电路等。

电容器在电路中的作用

在直流电路中，电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。

陶制电容器

但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。在中学阶段，有句话，就叫通交流，阻直流，说的就是电容的这个性质。

电容的作用：

1）旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

2）去耦

去耦，又称解耦。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。