可變電阻電路圖

可变电阻器的符号为 R（Resistance），单位为欧姆（Ω）。可变电阻器是阻值可以调整的电阻器，用于需要调节电路电流或需要改变电路阻值的场合。

可变电阻器电路符号是在普通电阻器电路符号的基础上用一个箭头形象地表示它的阻值可变特点。因为可变电阻器是只有两个接线头的变阻元器件，所以只用一根引线和一个带箭头的折线来表示，或用一个带有箭头的固定电阻器符号来表示。如下图 A、B、C 所示。

为了区别不同种类的电阻，常用几个拉丁字母表示电阻类别。第一个字母 R 表示电阻，第二个字母表示导体材料（T 为碳膜、J 为金属膜、U 为硅碳膜、Y 为金属氧化膜、X 为线绕），第三个字母表示形状性能（X 为大小、J 为精密、L 为测量、G 为高功率）。

此外，通常我们看到可变电阻器上的阻值标称有 w503、w204、w102 等，那么它们是什么意思呢？例如 w503，表示这个可变电阻器的阻值范围是 0Ω~~50KΩ，503 表示：50×10³Ω = 50KΩ。同理 w102 就是 1KΩ，w204 也就是 200KΩ。

可变电阻器也就是阻值可以调整的电阻器，用于需要调节电路电流或需要改变电路阻值的场合。可变电阻器可以改变信号发生器的特性，使灯光变暗，启动电动机或控制它的转速。

可调电阻器件的作用：

1. 可变电阻首先是一种电阻，它在电子电路中可以起电阻的作用，它与一般电阻的不同之处是它的阻值可以在一定范围内连续变化，在一些要求电阻值变动而又不常变动的场合，可使用可变电阻。

2. 可以通过改变自身的电阻，逐渐地改变和它串联的用电器中的电流，也可以逐渐地改变和它串联的用电器的电压，还可以起到保护用电器的作用。在实验中，它还起到获取多组数值的作用。

3. 可变电阻器由于结构和使用的原因，故障发生率明显高于普通电阻器。可变电阻器通常用于小信号电路中，在电子管放大器等少数场合也使用大信号可变电阻器。

（1）可变电阻器电路图形符号。图3-1所示是最新规定的可变电阻器电路图形符号。可变电阻器的电路图形符号是在普通电阻器电路图形符号基础上加一个箭头，形象地表示它的阻值可变这一特点。

从电路图形符号中可以识别两个定片引脚和一个动片引脚，电路图形符号中用RP表示可变电阻器。

（2）可变电阻器旧的电路图形符号。图3-2所示是可变电阻器旧的电路图形符号，这一符号比较形象地表示了可变电阻器阻值调节原理和电路中的实际连接情况。它的动片引脚与一个定片引脚相连，这样将电阻体中的一部分电阻短路，可变电阻器阻值为动片引脚至另一个定片引脚之间电阻体的阻值。

图3-3所示是可变电阻器用作电位器时的电路图形符号，K817P2显然与前面所示的电路图形符号有所不同，它的3根引脚独立，这也是它用作电位器的使用方法。

3．实用电路中可变电阻器电路图形符号

可变电阻器外形特征

关于可变电阻器外形特征说明下列几点：

可变电阻器的外形与普通电阻器在外形上有很大的区别，它具有下列一些特征，根据这些特征可以在线路板中识别可变电阻器：

（1）可变电阻器的体积比一般电阻器的体积大些，同时电路中可变电阻器较少，在线路板中能方便地找到它。

（2）可变电阻器共有三根引脚，这三根引脚有区别，一根为动片引脚，见图2.2所示的可变电阻器外形示意图，另两根是定片引脚，一般两个定片引脚之间可以互换使用，而定片与动片引脚之间不能互换使用。

（3）可变电阻器上有一个调整口，用一字螺丝刀伸入此调整口中，转动螺丝刀可以改变动片的位置，进行阻值的调整。

（4）在可变电阻器上可以看出它的标称阻值，这一标称阻值是指两个定片引脚之间的阻值，也是某一个定片引脚与动片引脚之间的最大阻值。

（5）立式可变电阻器主要使用于小信号电路中，它的三根引脚垂直向下，垂直安装在线路板上，阻值调节口在水平方向。

（6）卧式可变电阻器也使用于小信号电路中，它的三根引脚与电阻器平面成90°，垂直向下，平卧地安装在线路板上，阻值调节口朝上。

（7）小型塑料外壳的可变电阻器体积更小，呈圆形结构，如图2.2（a）所示，它的三根引脚向下，阻值调节口朝上。

（8）如图2.2（b）所示是用于功率较大场合下的可变电阻器（线绕式结构），体积很大，动片可以左右滑动，进行阻值调节。

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可變電阻

可變電阻的構成材料及製造方法大致同前,所異之點在於它必須設計一個能活動的部份以便改變其阻值。依材料可歸類為下列四種:

(1)線繞型──多用於精密級及高電力的電路。

(2)金屬皮膜型──用Cr-SiO或Ta₂O的薄膜加溫成蒸氣後沉積在基體上,基體可以是圓形、馬蹄形或條狀的。多用於精密電路。

(3)陶質型──它是在陶質基板上以玻璃粉末及Ru等金屬粉末及膠著劑混合後,高溫燒結而成(屬Glazs類),它的最大特色是壽命長,不會像碳膜般容易磨耗和氧化。

(4)碳模型──是較普通的品種,一般用途的電路及較廉價的電路裡使用。

茲將上列四種之性能比較列於表九,表中的「分解能力」是指其設定精密度,例如一個1KΩ的可變電阻若能以1Ω的精確度任意設定電阻值,則其設定精確度即達1/1000,線繞型與非線繞型(A)電阻的回轉角度與阻值的關係如圖九,從圖中可見同種用途的可變電阻,線繞型的分解能力較差些,設定精密度的選擇與電路到底有何關係呢?

請看圖九,本例是欲從一個6~7的Zener取得6.000V(即精度為1/1000V)的基準電壓時,如(a)圖只用一個7K可變電阻時,其設定精度就必須達到1/7000,如(b)圖的安排則R1的精度只要1/1000即可,再如(c)圖之安排只需1/100的精度即可得所需的6.000V電壓,這就告訴我們如何安排電阻的精度,以最方便、價廉的方法去獲致所需的電路性能。

可變電阻的阻值隨旋臂轉動的角度而不同,其角度阻值之關係有很多種,圖十所示的曲線關係如下:

A型──15%對數關係

B型──直線關係

C型──15%反對數關係

D型──10%對數關係

E型──25%反對數關係

U型──介於A與B型之中間

W型──相當於S形狀關係

轉動的角度是以全轉角度的百分比表示,若是滑動型的可變電阻,則以滑動全距的百分比表示。其中A、B、C、D、E為標準品種,其餘為特殊用途而設計者。

半固定可變電阻(Trimmer)亦屬可變電阻之類,只不過它在電路上的用途是調整以後經一段時間後才需再去調整,所以它沒有固定用的機械部份而直接焊在PC板上,體型可作得小些,當它一旦調準了之後,就用漆固定之。表十是半固定電阻的構成材料與性能之比較,圖十一則是其中的Cermet型的內部構造剖面圖。

可變電阻的用法除了上面所說的設定精度之外,有些地方還須注意接線的方式,如圖十二是半固定電阻(尤以碳膜為然)用在後級放大器的偏壓電路中之接法,(a)圖的接法顯然有缺點,當半固定電阻之旋臂與電阻體接觸不良時,將使電晶體本身因無偏壓而斷流,因而呈現出較高的阻抗,使得放大器的偏流量大增,極易因此燒毀後級功率晶體,當接成(b)圖時,即使產生接觸不良的現象,也祇引起阻值的稍微變化而已。再看圖十三是一般可調式穩壓電源電路,用作電壓調整的可變電阻(或用半固定的),接如圖(a)的接法,當旋臂的接觸不良時,將會使輸出電壓達於最大值,常會因此而燒毀接用此電源的電路,改成(b)的接線法,可使因接觸不良的電壓變化所生之影響較輕微。

微調電阻顧名思義其阻值可微調,亦即分解度較高,這必須依賴多回轉來達成,其構造如圖十四,其電阻體本身可以是合金皮膜或碳膜,若是線繞的則是一根細線繞成的繞細棒。

電阻集列

最近由於數位,線性IC的大量集積化,把許多外部零件都納入中,而不能納入IC的亦想辦法將之集積化。電阻集列(Resistor Arrays, Resistor Networks,或稱積體電阻)就是應此產生,然而它最大的優點並不只在體積之縮小,這些用薄膜技術作成的電阻,由於以相同的材料,在相同的基體上同時形成,它們之間除了本身已具良好特性之外,對溫度變化的特性都是一致的,這在精密電路中是非常重要的。事實上這種電阻集列最先在厚膜IC中即已使用過,它是用印刷電阻的技術把電阻的技術把電阻材料作成膠狀,印刷成電路後在600℃~700℃的高溫下燒結而成,由於進一步處理的設備很少且技術上困難較多,阻值無法控制得很精確,故大多使用在一般用途的民生機器,例如數位電路中顯示器的限流電阻,它的個數要多但不需精密,此等電阻即可勝任。新進技術製成的大多是薄膜電阻集列,它是用Ni-Cr類,Ta₂N等金屬之氧化薄膜在基板上次真空蒸著或沉積的方式製成,其最大特點是初製出來之後阻值之修整及溫度係數之控制,可以「電氣化學」的方法來達成,以便得到很高的精度與安定性。如圖十五是Ta₂N薄膜電阻集列的製造流程圖,在Photo Etchirg(照相蝕刻)之後所得到的電阻值誤差大約是介於±2%~±10%之間,經確實的測試後利用「陽極處理」的技術使電阻體的厚度產生變化,從而改變電阻體隻截面積而改變了阻值,可控制達到±0.05%的精度,又厚度的改變同時也改變了溫度體數(表11),

所以精度與溫度係數都可藉陽極處理的方法依實際需要而修整。電阻集列的例子如圖十六,它的外型接腳有單排線(SIP)和雙排線(DIP)兩種包裝(照片中為單排線者,雙排線的外型與雙排線之一般IC無異),(a)類常用在圖十七的電路中,它是運算放大器構成的反相及非反相放大器,增益分別決定於R2/R1及1+R2/R1,只要R1 R2的溫度係數相同,則此放大器之增益就與溫度無關,只決定在R2/R1的比值。可作到既精確又穩定。

(b)類常用在數字顯示器(Display)至推動器(Driver)之間作為限流電阻(圖十八),其品種多屬誤差在±5%~10%者,較精密的則常用於OP Amp.差動放大,或AC→DC變換回路等,需要多個精確電阻的電路中。

(c)類常用作數位電路的Pull-up電阻(大多是SIP包裝,誤差在±5%~±10%)或用於OP Amp.的加算電路(圖十九)。

(d)類則用在測試器的輸入,輸出衰減網路(Attenuator)或增益可控放大器(Programable Gain Amp.)如圖廿。

(e)類用於D→A變換回路中的R-2R網路(圖廿一)以便產生階梯波形(Staircase Wave)。

以上所舉只是常用之例,事實上任何一種都可以是用到您所需的電路裡,只看如何去組合罷了。圖廿二就舉出以含有5個獨立且具有相同阻值的電阻集列,可以組合成的阻值表。

其中有括弧的表示重複值,組合的接法則如圖廿三。

至於組合以後的溫度係數變化,請先看圖廿四(a)圖中說明其串聯後的溫度係數

(b)圖是併聯,其溫度係數為

從這兩公式得知,只要阻值,溫度係數皆相等,則不論怎樣組合之後,其溫度係數仍維持與單個一樣。必須注意的是這些電阻的功率都很小,使用時宜特別注意以免燒燬,若燒燬其中一個而以單個獨立的電阻代替,就破壞了整個的精密本質了。

特殊電阻

一、熱敏電阻(Thermal Ersistor:簡稱Thermistor):

熱敏電阻可分為正溫度係數及負溫度係數兩種,以分別適用於各種需要的補償電路,更有在達於某一溫度時阻值會驟升或驟降,可以當電子開關使用,故其溫度與電阻間的關係都不是直線性的。製造熱敏電阻的材料有各種金屬之氧化物如氧化錳(Mn₃O₄),氧化銅(CuO),氧化鎳(NiO),氧化鈷(Co₃O₄)及硫化銀等。

圖廿五(a)所示為負溫度係數感溫急變電阻之典型特性曲線,(b)為其外型,動作點之溫度從48~70℃之間都有,(c)是這種電阻的應用電路示意圖。

一般作為電晶體偏壓補償用的熱敏電阻應採用正或負溫度係數,端看接於線路中的位置而定。圖廿六(a)是正溫度係數之接法,(b)是負溫度係數型之接法。

二、光敏電阻(Photo Resistor)

常稱為CbS是因為它的材料而得名,CbS是硫化鎘[新近也有用CbSe(硒化鎘)者]它的阻值特性是當有光線照射時本身的阻值即減少(光的能量使其內之自由電子數量增加),利用這個阻值與光度的關係可控制數位或類比電路,作成各種用途的電路,如照度計、位置檢出裝置、房門自動開關,進出計數器等。

表十二是日本一家專門生產光敏電阻的Moririca公司之產品規格,圖廿七是用於數位電路中讀孔裝置的應用例。

三、壓敏電阻(Varactor)

壓敏電阻又稱變阻體,按照歐姆定律,加於電阻兩端的電壓增加時;流通於其間的電流應按I=E/R的比例增加,但變阻體裡卻不按此定律,而是以指數的比例增加(即阻值大幅下降)。傳統的變阻體是以SiC(碳化矽)為材料,利用外加電壓能改變其粒子間的接觸電阻之原理而達成,其電流與電壓之關係曲線很類似二極體(Thyristor)之順向特性曲線。較新的變阻體則利用半導體閘流體之特性,當所加電壓高至某一值時即產生崩潰而流通大量電流之特性,常見的用途是將它倂聯在電感負載(如繼電器)或電感負載電路的電源開關之兩端,由於開關動作之際電感兩端將產生極高的瞬時反向感應電壓,此電壓即被變阻體吸收而不致損壞控制元件(如功率晶體或SCR),以及避免開關的接點流通大量的電流而造成氧化。由於變阻體接觸電容相當大,不適用於高頻電路,常用在低頻或控制電路方面。使用時必須注意其耐功率,因為電壓增高時,電流的增加很快(以一般用途來講,大約是電壓的五倍),則相對的功率增加很驚人,以電壓增為兩倍來講,功率即增加了20倍(W=EI),熱散能力之設計,必須考慮到散熱力與散熱速度。

四、磁敏電阻(Gauss Sensor)

磁敏電阻之原理是利用佛萊銘定律,當導體(或半導體)在磁場中切割磁力線時產生之電荷流動作用而成。把半導體作成的磁感應元件(霍爾(Hall)IC或是霍爾電晶體)接於電路中,以一變動的磁場(通常是旋轉或運動中的永久磁鐵)加於其上,使感應元件內部因電荷隨磁場變化而產生的阻值變化,進而使電壓也變化,達成控制之目的。它的特性以SONY出品的SDME-101為例如下:

阻值變化率:47% at 100 Gauss

溫度係數:3500 ppm/℃(定壓驅動)

500 ppm/℃(定流驅動)

電流消耗:6.6mA at 10V

頻率響應:10MHz以上

霍爾元件可用來作為無接點控制用,例如在音響機器中用此元件作成的電位器,可保證有較前述任何一種可變電阻有更低的雜音,其他尚可用於物體位置,速度檢出等用途。圖廿八是霍爾IC用作恆速控制的電路例。

轉載音響技術第48期DEC. 1979 電阻器的認識與選擇/莊焜亮