概論

  電能、電功率、電流及電壓等,皆是最重要的電之數量,除此之外,電阻也不可忽視.一個電路或一套裝備,其本身的特性,諸如尺寸、形狀與材質的特性,諸如尺寸、形狀與材質等,會影響其電流量.某些會阻礙電流的效應,可稱之為 電阻 ( resistance ).

  在物質中,電荷流動可能會遭遇到類似機械的摩擦力般的阻力.這種阻力是 起因于電子與晶格原子或雜質原子之間的碰撞,這種情況會使電能轉換成熱能. 任何電路或裝置,常因發熱而消耗電功率.電阻發熱而消耗電功率,并非一無是 處,需視其是否有用而定.有些電路就是利用電阻的特性來作功的,例如我們可 利用電熱器取得熱能;但是晶體管發熱則非吾人所需,就屬于能量的浪費了.

  電阻可用來限制電流量,也可用來調整電壓,還有其它的一些功能,專門制 造用來作這些工作的器具稱為電阻器( resistor ).

電阻的定義

一電路欲阻止電流通過,同時使電能轉換為熱能之性質,謂之電阻.電阻以 表示,單位為歐姆或簡稱歐,以希臘字母 Ω ( omega )表示.導體內部有大量 的自由電子,當電壓施于導體的兩端時,會導致電流的產生,但此一電流不可能 無限制的增加,此乃因為當電荷流經某一材料時,必承受其電阻,此種阻力被消 耗轉變成為熱能了.

電阻的種類

(1) 各種物質之電阻

各種物質均有大小不等的電阻值,因其電阻之不同,可分別歸屬于導體、絕緣 體、不良導體及半導體四種材料.

(2) 絕緣電阻

絕緣體有阻止電流通過的特性,但若加上高電壓時,會有少許的漏電流流過絕 緣體的內部或表面.絕緣電阻是阻止漏電流通過的能力,阻值愈大愈好,通常 以百萬歐( MΩ )計.絕緣電阻會因材質劣化、表面附著之有機物、塵埃及水 滴等而減小.

(3) 電解液電阻

將蒸餾水加入容器內,直流電源接上時,幾乎沒有電流流通.但若在蒸餾水中 加入少許食鹽的話,就有電流了.食鹽濃度愈高則電流量愈大,溶液中之食鹽 ( NaCl )因電離而分解成鈉離子( Na+ )及氯離子( Cl- ).類此狀態之溶滌稱 為電解液,如食鹽能分解成離子者稱為電解質.量度電解液之電阻時,必須使 用交流電源以防止極化作用之影響.

(4) 接地電阻

將銅板埋入大地內(接地),加上電壓后,電流如箭頭方向流動.如此意謂地 球是一個大導體,銅板與大地間之電阻稱為接地電阻,其阻質與土質、水分與 含電解質的程度有關.

(5) 接觸電阻

電路之開關使電流通斷,開關的刀片( A )與夾片( B )若無完全密接時即有接 觸電阻存在.接觸電阻大時,電流不易流通,接觸部分容易發熱而引起故障.

圖示電阻的種類

奧姆定律

奧姆( Georg Simon Ohm l787 ~ 1854 德國物理學家)于 1826 年作的實驗,確定 了電阻、電壓及電流的關系,此即奧姆定律:

依穩定電流而言,電路中電流的大小與加于該電路之電動勢成正比,而與該 電路的總電阻成反比.

即

I = V / R

其中 V 代表電壓降或端電壓,單位為伏特.

R 代表被量度部份的電阻,單位為奧姆.

由奧姆定律可界定奧姆之定義如下:

「一伏特電壓產生一安培電流的電阻為一奧姆.」

電阻標準值與標準色碼

  電阻之制造者與使用者均認為不可能致出任意不同電阻直的電阻器,且一般 電路之設計無需極精確的電阻值,允許有限度的誤差值可使價格降低且更換零件 較為迅速.因此,制造廠商只選擇制造某些特定電阻值的固定電阻器以供使用. 下圖為電子工業界認定標準化之額定電阻值,自 0.1Ω 至 22M Ω 有 201 種.

商用固定電阻器之標準額定值

  大都分固定型及可變型電阻器之電阻值均直接印記于其外殼上,但如碳質固 態電阻器之類,由于體積甚小,印字困難,故需探用 色碼系統 ( color code system )以代替數宇.閱讀色碼節即能得知該電阻器之奧姆值及相關 特性.目前
所用的色碼系統有新舊兩類:

( 1 )條紋系統( band system )

  色碼以色帶的形狀繪記于電阻器上,一般有三種方式:

1. 三帶式

三條色帶即代表其奧姆值,誤差一律為 20% .

2. 四帶式

前三帶代表奧姆值,第四帶代表誤差,此為最常用者.

3. 五帶式

前四帶同上,第五帶表示損壞百分率.

下圖所示色碼電阻器及各條紋所代表的意義.

色碼條紋的意義

  色碼的讀法是從最靠近電阻器端線的色碼條紋開始.(另一側之條紋距離另 一端線較遠),在上圖中即從最左邊一條開始的.各顏色代表的數字及各條紋代 表之意義如下圖所示.表中「不用」兩字代表在該條紋中不使用此種顏色.第三 條紋中之金色及銀色代表將前兩位數分別乘以 0.1 及 0.01 ,屬于 10Ω 以下之電阻器 .

條文顏色與數目的關系表

( 2 )體-端-點系統( body-end-dot system )

  這是條紋系統尚未實施以前的舊系統,現已不再使用,但在舊機器中仍可遇 到,故應熟知.此系統依「體-端-點」之順序讀出其所著之顏色.如果另一端 未另著顏色,則表示誤差為 20 %;若兩端都另著色,則其中著金色者,誤差為 5 %,著銀色者,誤差為 10 %.各顏色所代表之意義皆與條紋系統相同.

色碼體- 端- 點之意義

排阻與 DIP Switch

  所謂的排阻,就是將許多電阻的一端接在一起,連接 VCC .電阻的另一端可 以連接電子組件,如 DIP Switch . DIP Switch 為指撥開關,有 0 與 1 兩種狀態. 下圖中,黑點位置下的接腳(即最左腳)接正電源,此為接排阻最需要注意的地 方.

排阻簡圖

DIP Switch 連接排阻時,假設 Switch 全調至上方 (0) ,即 Open 狀態.另外在 Switch 及 排阻之間外接單心線至外部電路以供外部電路使用.而因為 Switch 內 部為開路狀態,電流無法流向接地,所以 VCC 直接向外部電路流去.此時輸出為 1 .而當 Switch 調至下方 (1) ,即 Close 狀態.此時 VCC 到外部電路的阻值比接地 到外部電路還大,所以電流從接地傳到外部電路,即輸出為 0 .