《全彩图解电子工程师入门手册》

2.1 电阻基础知识

电阻（resistor）的应用非常广泛，可被用作负载、偏置或反馈元件。电阻器与电容结合使器用可用于放电、滤波、定时、耦合、脉冲形成等。电阻器也可用于设置工作电流与信号电平。电阻器用于电源电路中可损耗功率，减小相应电压，也可用于测量电流、电压。

2.1.1 基本概念

什么是电阻（resistance）？

任何物质都有阻碍电流流动的特性，这种特性称为电阻。不同的物质对电流的“阻力”大小不同。导体对电流的“阻力”小，如金、银、铜、铁；绝缘体对电流的“阻力”大，如木头和橡胶。

图2.1 电阻器的电路图形符号

人们通常讲的“电阻”实际上是指一个个的电阻器（Resistor），是一种电子元件。在电路图中，通常用图2.1（a）或图2.1（b）中的图形符号来标识。为了便于识别与区分描述，除图形符号外，还会用字母 R+数字来标注每一个独立的电阻器个体，如 R203、R104 等。R 是电阻的姓，R 后面的数字是电阻的名。

电阻的单位

电阻的单位是欧姆，以德国物理学家 Georg Simon Ohm的名字命名，用希腊字母Ω表示。常用的单位还有兆欧（MΩ）、千欧（kΩ），在一些特殊W的场合还会用到毫欧（mΩ），其换算关系如下所示：任何导体的电阻都与其横截面和长度相关，如图2.2所示。金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，非金属和一些金属氧化物的电阻率更大，而绝缘体的电阻率极大。锗、硅、氧化铜、硼等的电阻率比绝缘体小而比金属大，人们把这类材料叫做半导体（semiconductor）。

图2.2 导体的横截面积和长度

导线的电阻与其长度成正比，与其截面积成反比，可用式（2.1）表示。公式中的ρ 是物质的电阻率，是用来表示电阻率物质电阻特性的物理量。电阻率的单位是欧姆•米（Ω •m）。

式（2.1）中 S的单位是m ₂ ,L的单位是m，所得结果的单位为Ω。

表2.1所示的是部分导体、半导体、绝缘体的电阻率。在一定温度下，同一种材料的ρ是常数。

表2.1 部分导体、半导体、绝缘体的电阻率

习题2.1：请计算，100m的6mm ₂ 铜导线的电阻是多少？

2.1.2 欧姆定律

在了解欧姆定律前，先来看一个生活中可用于欧姆定律类比的例子（参见图2.3）：水龙头上接一软水管。这水管就是水的导体（导管），就好比导线是电流的导体一样。

图2.3 水流与水压

拧开水龙头，即开始给水管加水压，好比给导体加上电压。水管A点处的水压肯定大于B点处的水压，才可能有水流出。水龙头拧开一部分时的水压明显小于全部拧开时的水压，与之相对应的是水流大小的不同。很明显，水流与水压的大小成正比。

挤压水管相当于给水流施加阻力，这个阻力就好比电流通道中的电阻。施加的阻力小，水流的减少量就小；阻力大，水流的减小量就大。即水流的大小与遇到的阻力的大小成反比。

电流与电压、电阻的关系

我们知道，在导体两端加上电压后，导体中才有持续的电流。那么，导体中的电流与所加的电压有什么样的关系呢？以德国物理学家 Georg Simon Ohm的名字命名的、著名的欧姆定律可以解答上面的问题。简单地讲，欧姆定律就是描述流过电阻的电流与电阻两端电压的关系，如图2.4所示。欧姆定律表明：流过电阻的电流与其端电压成正比，而与本身的阻值成反比。

图2.4 欧姆定律

当电路两端的电压为1V，通过的电流为1A 时，则该段电路的电阻值为1Ω。

给电阻两端加上电压，会有电流流过电阻。电流流过电阻时会在电阻两端产生电压降。

例2.1：通过下面几个例子，进一步加深对欧姆定律的理解。注意公式的变换；电阻电压指的是电阻两端的电压，注意与电源电压的区别。

对电阻两端电压所对应的电阻电流在平面坐标上作图，很容易得到这样一个结论：电阻中的电流与加在电阻两端的电压呈线性变化关系。

欧姆定律仅适用于线性电阻（电路）。如果流过一个器件的电流随电压的变化而呈线性变化，则该器件是一个线性元件，如图2.5（a）所示；否则，该器件是非线性器件，如图2.5（b）所示。

图2.5 线性电阻与非线性器件的伏安特性曲线

注意了，若一个电阻器在一定的使用条件下，加在其两端的电压与通过的电流的关系遵循欧姆定律，则该电阻器是线性元件，如各种膜式电阻器、线绕电阻器等。

在规定的使用条件下，若加在电阻器上的电压和通过的电流的关系不遵循欧姆定律，这种电阻器称为非线性电阻器，如压敏电阻器、热敏电阻器等。

2.1.3 电阻的功率

电阻的主要物理特征是变电能为热能，因此说电阻是一个耗能元件，或者说电阻会消耗功率。

电阻消耗功率产生热量是无法避免的，因此需要了解功耗情况，以便防止由此产生的问题或者合理地利用它。

虽然电压与电流是电路中的两个基本参数，但仅利用这两个量是远远不够的。出于实用的目的，人们还需要了解。假若你去买灯泡，你是说“买个40瓦的灯泡”，还是功率（或电功率）说“买个两安培的灯泡”？这里提到的40 瓦中的瓦指的就是功率，全称为瓦特，用字母 W 标识。稍有生活常识的人都知道，100W的灯泡要比 40W的灯泡亮很多。但在同等时间内，100W的灯泡比 40W的灯泡消耗更多的电能。

通常，我们还需要了解电功率，即电流在单位时间内所做的功，简称功率。

功率的计算公式是：