本节书摘来华章计算机《电路分析导论(原书第12版)》一书中的第3章 ,第3.6节,(美) Robert L.Boylestad 著 陈希有 张新燕 李冠林 等译更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
3.6 色环与标准电阻标称值
电阻器图3.20 用电位器控制电压图3.21 固定电阻器的颜色编码图3.22 颜色编码图各式各样,无论固定的还是可调的,有许多电阻器有足够大的尺寸,可以将它们的电阻值印刷在外层表面上。然而,有些电阻尺寸太小,难以在它上面印上合适的数字。因此,人们发明了彩色编码技术,用来表示电阻的相关信息。对于薄膜电阻器,可能使用四~六个色环。先介绍四色环结构,稍后再介绍第五和第六色环的用途。
对于四色环结构,色环的阅读总是从最靠近电阻接线端的那一侧开始,如图3.21所示,从它的左侧开始阅读。色环被编码成数字,就像图3.21那样,见下面的讨论。
第一与第二色环分别代表电阻的第一位和第二位数字。它们实际上是电阻值的前两个数字。
第三色环对应一个用10的乘方表示的乘子,用于和前两位数字相乘(对大于10Ω的电阻,实际上也就是第二个数后面零的个数)。
第四色环代表了制造公差,说明电阻的制造精度。
如果第四色环省略,默认公差是±20%。
对应每一颜色的数字如图3.22所示。第四色环代表的公差是±5%还是±10%,分别用金色和银色来表示。记住,表示公差百分数的颜色,±5%的电阻不便宜,公差为金色的电阻比公差为银色的电阻更贵。
简单实践一下,努力记住表示数字的颜色。一般来说,数字从小到大的顺序对应的颜色从深到浅。记忆的最好方法是一遍一遍地复述红是2、黄是4,等等。多多练习,你会在短时间内记住大部分颜色所表示的数字。
例3.11读出图3.23所示的电阻值。
解:从最左边开始读,前两个色环是棕色和红色,分别代表数字1和2。第三色环是橙色,代表数字3,即乘子是103,因此图3.23 例3.11电阻是12×103Ω=12kΩ。
如前面指出的那样,第三色环说明了前两个数字后面0的个数,即12后面跟着3个0,即12000Ω。
对于金色的第四色环,它代表公差为±5%。为了确定制造商能够确保的电阻取值范围,首先将5%写成十进制数
然后,用这个十进制数乘以电阻值
最后,将上述结果加到电阻标称值上,得到最大电阻值;从标称值中减去这个数,得到最小电阻值。即
这个结果就是制造商用金色色环表示的±5%公差的情况,制造商生产的电阻值将落在上述范围内。换句话说,制造商不能保证每个电阻严格是12kΩ,但能保证电阻值一定位于上述范围。
使用上述过程,能够用色环编码表示的最小电阻是10Ω。然而,可以通过扩展范围来表示0.1~10Ω的电阻,方法很简单:在第三色环上,用金色表示乘子是0.1,用银色表示乘子是0.01。
下面举例说明这种表示方法。
解:前两个色环是灰色和红色,分别代表数字8和2。第三个色环是金色,代表乘子是0.1。根据前两个数字和乘子,确定的电阻是82Ω×0.1=8.2Ω。
第四色环是银色,代表公差是±10%,所以电阻最大值和最小值分别是
电阻最大值=8.2Ω+8.2×10%=9.02Ω
电阻最小值=8.2Ω-8.2×10%=7.38Ω
电阻的取值范围是7.38~9.02Ω。
尽管需要花费一些时间才能学会读出色环的数字,但也要鼓励这种努力,并且应意识到:表示数字的颜色结构用在了所有最重要的电路元件中。
在后面的内容中将会发现,对电阻的色环编码规则同样适用于电容和电感。因而,一旦学会一种,后面只需重复使用。
某些制造商愿意使用五色环编码,如图3.25上面的图所示。这种情况下,第四色环代表乘子,在乘子之前提供了三位数字。第五色环用来表示公差。如果制造商希望包括电阻的温度系数,就要使用第六色环,如图3.25下面的图所示,该色环颜色代表了用PPM(百万分之一)表示的温度系数。
对使用四、五或六种颜色的色环,如果公差小于5%,将使用下列颜色来代表公差的百分数:
棕色=±1%,红色=±2%,绿色=±0.5%,蓝色=±0.25%,紫色=±0.1%。
你可能期望提供标称值为十的整数倍的电阻,例如10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω等。然而,典型的商业数值不是这样,而是27Ω、56Ω、68Ω等。选择这些数值作为电阻的标称值是有原因的,考察一下商用标称值电阻列表3.5,就可找到这个原因。表中粗体字是最普通和最典型的电阻值,它们有5%、10%和20%三种公差。
以表中的47Ω-68Ω-100Ω序列电阻为例,它们都有20%的公差。在图3.26a中,用银色彩带表示在满足公差条件下电阻值的可能范围。注意到,在考虑公差以后,电阻值的整个范围是37.6~120Ω。换句话说,制造商制造的电阻值,依靠公差可以覆盖这个范围内的所有数值。当公差为10%时,就需要增加56Ω和82Ω两个标称值,才能填补所有空白电阻值,如图3.26b所示。依此类推,当公差为5%时,就需要增加更多的标称值来填充空白电阻值。总之,电阻值的选择原则是:借助公差能够覆盖电阻值的整个范围。当然,如果你需要的不是标称值电阻,而是一个特殊阻值的电阻,你可以用标称值电阻的组合(串并联等)来满足要求,这种方法得到的总电阻值通常非常接近所希望的电阻。如果这种近似仍然不满意,可以使用电位器,用它将电阻严格调整到所需要的值,然后再接入电路。
在使用本书时你会发现,很多场合并没有使用标称值电阻。这是为了简化计算,由此可能或多或少地影响教学效果。不过,在习题部分经常使用标称值电阻,目的是使你对商用电阻的标称值变得越来越熟悉。