不同場合下電阻的選型與設(shè)計要點

1、    不同場合下電阻的選型與設(shè)計要點電阻是所有電子電路中使用最多的元件，與電容、電感一起被稱為“電路的三大元素”，是任何一個電子電路中必不可少的元件。本期電阻系列大講臺將對電阻知識進行整理，從電阻基礎(chǔ)知識入手，詳細介紹了電阻的理論基礎(chǔ)，并通過實際案例來分析電阻在電路設(shè)計中的檢測方法以及選型技巧。電阻是所有電子電路中使用最多的元件，與電容、電感一起被稱為“電路的三大元素”，是任何一個電子電路中必不可少的元件。本期電阻系列大講臺將對電阻知識進行整理，從電阻基礎(chǔ)知識入手，詳細介紹了電阻的理論基礎(chǔ)，并通過實際案例來分析電阻在電路設(shè)計中的檢測方法以及選型技巧。&

2、#160;大講臺分為三部分，第一部分主要是對電阻的基礎(chǔ)知識進行全面的描述，包括電阻的命名、阻值標法、特性參數(shù)、分類、作用，以及從簡單的選用層面與大家一起探討電阻的相關(guān)概念及其技術(shù)特征;在熟悉電阻分類、特點、性能及各種參數(shù)之后，第二部分進一步加深對電阻知識的理解，包括電阻的檢測、選型和失效分析，主要針對不同類別的電阻(重點圍繞熔斷、壓敏和熱敏電阻)展開討論，探討如何分辨電阻器的好壞，并在檢測的基礎(chǔ)上，通過電路保護實例來講解如何對電阻進行選型以及失效分析，提高工程師在電子電路設(shè)計時的效率;第三部分從實際出發(fā)，從電路的總功耗及其阻值的變化范圍來探討電阻在限流、分壓、分流等應(yīng)用場合下的設(shè)計要點，通過實

3、際電路設(shè)計來加深對本期電阻大講臺知識的鞏固。 電阻是電路元件中應(yīng)用最廣泛的一種，在電子設(shè)備中約占元件總數(shù)的30%以上，其質(zhì)量好壞對電路工作的穩(wěn)定性有極大影響。它的主要用途是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓，其次還作為分流器、分壓器和負載使用。 本期大講臺，電子元件技術(shù)網(wǎng)將立足于電阻的基本知識，從電阻的命名、阻值標法、特性參數(shù)、分類、作用及其選用層面與大家一起探討電阻的相關(guān)概念及其技術(shù)特征。 一、電阻的型號命名方法 在電子電路中常用的電阻有固定式電阻和電位器，根據(jù)SJ-73標準規(guī)定，電阻器、電位器的命名由四部分組成：第一部分主稱，第二部分材料，第三部分分類特征

4、，第四部分序號(不適用敏感電阻)。 第一部分：主稱 ，用字母表示，表示產(chǎn)品的名字。如R表示電阻，W表示電位器。 第二部分：材料 ，用字母表示，表示電阻體用什么材料組成。 第三部分：分類，一般用數(shù)字表示，個別類型用字母表示，表示產(chǎn)品屬于什么類型。 第四部分：序號，用數(shù)字表示，表示同類產(chǎn)品中不同品種，以區(qū)分產(chǎn)品的外型尺寸和性能指標等。 二、電阻的阻值標法 電阻的單位一般有M(兆歐)，K(千歐)，(歐)，更大的甚至還有TG，它們的換算關(guān)系是一千進率：1T=1000G;1G=1000M;1M=1000K;1K=1000。其阻值標法通常有直標法

5、、文字符號法、色標法和數(shù)碼法，色標法在一般的的電阻上是比較常見。 (l)直標法 直接用數(shù)字表示電阻的阻值和誤差，例如，電阻上印有“68 k±5%”，則阻值為68 k，誤差為±(68×0.05)k。 (2)文字符號法 用數(shù)字和文字符號或兩者有規(guī)律的組合來表示電阻的阻值。文字符號k，M前面的數(shù)字表示阻值的整數(shù)部分，文字符號后面的數(shù)字表示阻值的小數(shù)部分，例如，2k7其阻值表示為2.7 k。 (3)色標法 現(xiàn)在常用的固定電阻都用色環(huán)法來表示它的標稱阻值和誤差。色環(huán)法就是用顏色表示元件的標稱阻值和誤差，并直接標志在

6、產(chǎn)品上的一種方法。常見的色環(huán)電阻有四環(huán)和五環(huán)電阻兩種(其中五環(huán)電阻屬于精密電阻)。一般由四道色環(huán)或五道色環(huán)來表示其標稱阻值和誤差，各種顏色代表不同的數(shù)值，色環(huán)顏色所代表的數(shù)字或意義如表1和表2所示。 (4)數(shù)碼法 數(shù)碼法是用三位數(shù)碼表示電阻的標稱值。數(shù)碼從左到右，前兩位為有效值，第三位為零的個數(shù)，即表示在前兩位有效之后所加零的個數(shù)。例如，152表示在15后面加2個“0”，即1500=1.5 k。此種方法在貼片電阻中使用較多。 三、電阻的主要特性參數(shù) 1、標稱阻值：電阻上面所標示的阻值。 2、允許誤差：標稱阻值與實際阻值的差值跟標稱阻值之比的百分

7、數(shù)稱阻值偏差，它表示電阻的精度。允許誤差與精度等級對應(yīng)關(guān)系如下：±0.5%-0.05、±1%-0.1(或 00)、±2%-0.2(或 0)、±5%-級、±10%-級、±20%-級 3、額定功率：在正常的大氣壓力 90-106.6KPa及環(huán)境溫度為-55+70的條件下，電阻長期工作所允許耗散的最大功率。 線繞電阻額定功率系列為(W)：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500 非線繞電阻額定功率系列為(W)：1/20、1/8、1/4、

8、1/2、1、2、5、10、25、50、100 4、額定電壓：由阻值和額定功率換算出的電壓。 5、最高工作電壓：允許的最大連續(xù)工作電壓。在低氣壓工作時，最高工作電壓較低。 6、溫度系數(shù)：溫度每變化 1所引起的電阻值的相對變化。溫度系數(shù)越小，電阻的穩(wěn)定性越好。阻值隨溫度升高而增大的為正溫度系數(shù)，反之為負溫度系數(shù)。 7、老化系數(shù)：電阻在額定功率長期負荷下，阻值相對變化的百分數(shù)，它是表示電阻壽命長短的參數(shù)。 8、電壓系數(shù)：在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，電壓每變化 1 伏，電阻的相對變化量。 9、高頻特性：電阻器使用在高頻條件下，要考慮其固定有電感和固有

9、電容的影響。這時，電阻器變?yōu)橐粋€直流電阻(R0)與分布電感串聯(lián)，然后再與分布電容并聯(lián)的等效電路，非線繞電阻器的LR=0.01-0.05 微亨，CR=0.1-5 皮法，線繞電阻器的LR 達幾十微亨，CR 達幾十皮法，即使是無感繞法的線繞電阻器，LR 仍有零點幾微亨。 10、噪聲：產(chǎn)生于電阻中的一種不規(guī)則的電壓起伏。 電阻的噪聲在一般電路中可以不考慮，但是在弱信號系統(tǒng)中不可忽視。主要由三大類型組成：熱噪聲，接觸噪聲(contactnoise)，以及shot噪聲，其對電子電路設(shè)計是有害的，我們應(yīng)當(dāng)盡量避免。下面我們詳細探討一下有關(guān)電阻的噪聲相關(guān)概念以及減少噪聲的方法。 

10、熱噪聲： 熱噪聲主要依賴于溫度、頻寬以及阻值，一只電阻的熱噪聲等于： Vt=平方根(4KTBR) 這里：Vt=噪聲的峰值電壓 K=Boltzman常數(shù) T=溫度(kelvin) B=噪聲帶寬 R=阻值 從公式上可以看出，噪聲的不同直接反應(yīng)在阻值平方根上是成比例關(guān)系的，因此，兩個半值的電阻計算的結(jié)果和用1個電阻(阻值是兩個半值的總和)計算的結(jié)果是一樣的，所以總的噪音和材料無關(guān)。 降低熱噪聲的方法：減少應(yīng)用電阻的阻值。 接觸噪音： 接觸噪音依賴于平均直流電流、頻寬、材料類型和幾何形狀。碳芯

11、，碳膜，金屬氧化，以及金屬膜主要噪聲的組成就是接觸噪聲，在低頻部分尤其明顯，因為它有1/f的屬性。線繞電阻沒有此噪聲，僅電阻是碳材或膜制造的才有。 降低接觸噪聲的方法：盡量保持低的直流和交流成分。 Shot噪音： Shot噪音依賴于頻寬以及平均直流電流大小，愈多的平均直流電流流經(jīng)電阻，就將得到愈多的噪音。 降低Shot噪聲的方法：盡量減少直流電流成分。 綜上所述，對于低噪聲設(shè)計可以采取的措施是： 1、使用低阻值。 2、電阻類型的考慮優(yōu)先順序為線繞電阻，其次是金屬膜、金屬氧化、碳膜，最后是碳芯。但是需要注意的是大阻值的線繞電阻

12、不多見，而且附帶電感，在某些情況下它會導(dǎo)致設(shè)計的不穩(wěn)定。 3、使用大瓦數(shù)的電阻(線繞電阻除外)，越大的幾何材料產(chǎn)生的接觸噪音會越少。 4、保持流過電阻的交/直流電流小，接觸噪音是和電流成正比關(guān)系。 5、使用導(dǎo)電塑料元素的電位器，低阻值，大功率。 四、電阻的分類 1、按材料分可以分為碳膜、金屬氧化皮膜、繞線、電阻/無感性繞線、水泥型繞線電阻。 2、按功率分可以分為不同額定功率的電阻，如1/16W，1/8W，1/4W，1/2W，lW，2W 等額定功率的電阻。 3、按電阻值的精確度可以分為普通電阻和精密電阻。 4、按照電

13、阻的敏感度，可分為壓敏、濕敏、光敏、氣敏和力敏電阻。 五、電阻的作用 電阻是表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小，其在電路中的作用一般有四種，包括限流、分壓、分流、轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，特殊的0歐姆電阻還具有其獨特的功能。 1、限流作用 為使通過用電器的電流不超過額定值或?qū)嶋H工作需要的規(guī)定值，以保證用電器的正常工作，通?？稍陔娐分写?lián)一個可變電阻。當(dāng)改變這個電阻的大小時，電流的大小也隨之改變。我們把這種可以限制電流大小的電阻叫做限流電阻。 2、分壓作用 一般用電器上都標有額定電壓值，若電源比用電器的額定電壓高，則不可把用電器直接接在電源上。在這種情況下

14、，可給用電器串接一個合適阻值的電阻，讓它分擔(dān)一部分電壓，用電器便能在額定電壓下工作。我們稱這樣的電阻為分壓電阻。 3、分流作用 當(dāng)在電路的干路上需同時接入幾個額定電流不同的用電器時，可以在額定電流較小的用電器兩端并聯(lián)接入一個電阻，這個電阻的作用是“分流”。 4、將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的作用 電流通過電阻時，會把電能全部(或部分)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。用來把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的用電器叫電熱器。如電烙鐵、電爐、電飯煲、取暖器等等 5、0歐姆電阻的作用 * 在電路中沒有任何功能，只是在PCB上為了調(diào)試方便或兼容設(shè)計等原因?？梢宰鎏€用，* 如果某段線路不用，直

15、接不貼該電阻即可(不影響外觀) * 在匹配電路參數(shù)不確定的時候，以0歐姆代替，實際調(diào)試的時候，確定參數(shù)，再以具體數(shù)值的元件代替。 * 想測某部分電路的耗電流的時候，可以去掉0ohm電阻，接上電流表，這樣方便測耗電流。 * 在布線時,如果實在布不過去了,也可以加一個0歐的電阻 * 在高頻信號下，充當(dāng)電感或電容。(與外部電路特性有關(guān))電感用，主要是解決EMC問題。如地與地，電源和ICPin間 * 單點接地(指保護接地、工作接地、直流接地在設(shè)備上相互分開,各自成為獨立系統(tǒng)。) * 熔絲作用 * 跨接時用于電流回路，當(dāng)分割電地平面后

16、，造成信號最短回流路徑斷裂，此時，信號回路不得不繞道，形成很大的環(huán)路面積，電場和磁場的影響就變強了，容易干擾/被干擾。在分割區(qū)上跨接 0 歐電阻，可以提供較短的回流路徑，減小干擾。 * 配置電路，一般，產(chǎn)品上不要出現(xiàn)跳線和撥碼開關(guān)。有時用戶會亂動設(shè)置，易引起誤會，為了減少維護費用，應(yīng)用 0 歐電阻代替跳線等焊在板子?？罩锰€在高頻時相當(dāng)于天線，用貼片電阻效果好。 * 其他用途，布線時跨線;調(diào)試/測試用;臨時取代其他貼片器件;作為溫度補償器件;更多時候是出于 EMC 對策的需要。另外，0 歐姆電阻比過孔的寄生電感小，而且過孔還會影響地平面(因為要挖孔)。 * 把各種

17、“地”短接起來 六、電阻的選用指南 選擇哪一種材料和結(jié)構(gòu)的電阻，這是困擾了許多工程師多年的問題。在電子電路設(shè)計的時候，應(yīng)根據(jù)電子設(shè)備的技術(shù)指標、電路的具體要求和電阻的特性參數(shù)“因地制宜”地來選用電阻的型號和誤差等級，下面是我們整理的有關(guān)電阻的選用指南： 1、 高頻電路應(yīng)選用分布電感和分布電容小的非線繞電阻。 2、普通線繞電阻常用于低頻電路或中作限流電阻、分壓電阻、泄放電阻或大功率管的偏壓電阻。精度較高的線繞電阻多用于固定衰減器、電阻箱、計算機及各種精密電子儀器中。所選電阻的電阻值應(yīng)接近應(yīng)用電路中計算值的一個標稱值，應(yīng)優(yōu)先選用標準系列的電阻。一般電路使用的電阻允許誤差為 ± 5% ± 10% 。精密儀器及特殊電路中使用的電阻，應(yīng)選用精密電阻。 3、根據(jù)電阻在實際工作電路中的實際承受的負載功耗來選擇電阻的額定功耗。注意環(huán)境溫度超出額定環(huán)境溫度時，參照降功耗曲線，降低使用負載功耗，且電阻的額定功率要符合應(yīng)用電路中對電阻功率容量的要求，一般不應(yīng)隨意加大或減小電阻的功率，若電路要求是功率型電阻，則其額定功率可高于實際應(yīng)用電路要求功率的 12 倍。 4、電阻使用應(yīng)考慮使用于高脈沖電流的或有浪涌電流的情