不同場合下電阻的選型與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、不同場合下電阻的選型與設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(gè)電子電路中必不可少的元件。本期電阻系列大講臺(tái)將對電阻知識(shí)進(jìn)行整理，從電阻基礎(chǔ)知識(shí)入手，詳細(xì)介紹了電阻的理論基礎(chǔ)，并通過實(shí)際案例來分析電阻在電路設(shè)計(jì)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(gè)電子電路中必不可少的元件。本期電阻系列大講臺(tái)將對電阻知識(shí)進(jìn)行整理，從電阻基礎(chǔ)知識(shí)入手，詳細(xì)介紹了電阻的理論基礎(chǔ)，并通過實(shí)際案例來分析電阻在電路設(shè)計(jì)中的檢測方法以及選型技巧。大講臺(tái)分為三部分，第一部分主要是對電阻的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)

2、行全面的描述，包括電阻的命名、阻值標(biāo)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(diǎn)、性能及各種參數(shù)之后，第二部分進(jìn)一步加深對電阻知識(shí)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(diǎn)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(hù)實(shí)例來講解如何對電阻進(jìn)行選型以及失效分析，提高工程師在電子電路設(shè)計(jì)時(shí)的效率;第三部分從實(shí)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(jì)要點(diǎn)，通過實(shí)際電路設(shè)計(jì)來加深對本期電阻大講臺(tái)知識(shí)的鞏固。電阻是電路元件中

3、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(fù)載使用。本期大講臺(tái)，電子元件技術(shù)網(wǎng)將立足于電阻的基本知識(shí)，從電阻的命名、阻值標(biāo)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)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，第四部分序號(hào)(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。

4、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(gè)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(hào)，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(biāo)等。二、電阻的阻值標(biāo)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(jìn)率：1T=1000G;1G=1000M;1M=1000K;1K=1000。其阻值標(biāo)法通常有直標(biāo)法、文字符號(hào)法、色標(biāo)法和數(shù)碼法，色標(biāo)法在一般的的電阻上是比較常見。(l)直標(biāo)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 k5%”，則阻值為68 k，誤差為(680.05

5、)k。(2)文字符號(hào)法用數(shù)字和文字符號(hào)或兩者有規(guī)律的組合來表示電阻的阻值。文字符號(hào)k，M前面的數(shù)字表示阻值的整數(shù)部分，文字符號(hào)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(biāo)法現(xiàn)在常用的固定電阻都用色環(huán)法來表示它的標(biāo)稱阻值和誤差。色環(huán)法就是用顏色表示元件的標(biāo)稱阻值和誤差，并直接標(biāo)志在產(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(biāo)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(biāo)稱值。數(shù)碼從左到右，前兩位為有效值，第三位為零的

6、個(gè)數(shù)，即表示在前兩位有效之后所加零的個(gè)數(shù)。例如，152表示在15后面加2個(gè)“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(biāo)稱阻值：電阻上面所標(biāo)示的阻值。2、允許誤差：標(biāo)稱阻值與實(shí)際阻值的差值跟標(biāo)稱阻值之比的百分?jǐn)?shù)稱阻值偏差，它表示電阻的精度。允許誤差與精度等級(jí)對應(yīng)關(guān)系如下：0.5%-0.05、1%-0.1(或 00)、2%-0.2(或 0)、5%-級(jí)、10%-級(jí)、20%-級(jí)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/

7、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、1/2、1、2、5、10、25、50、1004、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(shí)，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(fù)溫度系數(shù)。7、老化系數(shù)：電阻在額定功率長期負(fù)荷下，阻值相對變化的百分?jǐn)?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

8、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電容的影響。這時(shí)，電阻器變?yōu)橐粋€(gè)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(dá)幾十微亨，CR 達(dá)幾十皮法，即使是無感繞法的線繞電阻器，LR 仍有零點(diǎn)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(hào)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(jì)是有害的，我們應(yīng)當(dāng)盡量避免。下面我們詳細(xì)探討一下有關(guān)電

9、阻的噪聲相關(guān)概念以及減少噪聲的方法。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(gè)半值的電阻計(jì)算的結(jié)果和用1個(gè)電阻(阻值是兩個(gè)半值的總和)計(jì)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，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?yàn)樗?/f的屬性

10、。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(jì)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?yàn)榫€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不多見，而且附帶電感，在某些情況下它會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)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(huì)越少。4、保持流過電阻的交/直流電流小，接觸噪音是和電流

11、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(dú)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

12、電器的正常工作，通?？稍陔娐分写?lián)一個(gè)可變電阻。當(dāng)改變這個(gè)電阻的大小時(shí)，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(biāo)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，可給用電器串接一個(gè)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(shí)接入幾個(gè)額定電流不同的用電器時(shí)，可以在額定電流較小的用電器兩端并聯(lián)接入一個(gè)電阻，這個(gè)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(shí)，會(huì)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

13、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(jì)等原因。可以做跳線用，* 如果某段線路不用，直接不貼該電阻即可(不影響外觀)* 在匹配電路參數(shù)不確定的時(shí)候，以0歐姆代替，實(shí)際調(diào)試的時(shí)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(shí)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(shí),如果實(shí)在布不過去了,也可以加一個(gè)0歐的電阻* 在高頻信號(hào)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(diǎn)接地(指保護(hù)接地、工作接地、直

14、流接地在設(shè)備上相互分開,各自成為獨(dú)立系統(tǒng)。)* 熔絲作用* 跨接時(shí)用于電流回路，當(dāng)分割電地平面后，造成信號(hào)最短回流路徑斷裂，此時(shí)，信號(hào)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(qiáng)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(shí)用戶會(huì)亂動(dòng)設(shè)置，易引起誤會(huì)，為了減少維護(hù)費(fèi)用，應(yīng)用 0 歐電阻代替跳線等焊在板子?？罩锰€在高頻時(shí)相當(dāng)于天線，用貼片電阻效果好。* 其他用途，布線時(shí)跨線;調(diào)試/測試用;臨時(shí)取代其他貼片器件;作為溫度補(bǔ)償器件;更多時(shí)候是出于 EMC 對策的需要。另外，0 歐姆電阻比過孔的

15、寄生電感小，而且過孔還會(huì)影響地平面(因?yàn)橐诳?。* 把各種“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(jì)的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)、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(hào)和誤差等級(jí)，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(jì)算機(jī)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(jì)算值的一個(gè)標(biāo)稱值，應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際工作電路中的實(shí)際承受的負(fù)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(shí)，參照降功耗曲線，降低使用負(fù)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(shí)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況，或電路中的其他