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元器选型攻略之 电阻

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一提到电阻,大家肯定会想到一个人:欧姆


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欧姆(Georg Simon 0hm,1787~1854年)是德国物理学家。生于巴伐利亚埃尔兰根城。欧姆定律及其公式的发现,给电学的计算,带来了很大的方便。


人们为了纪念他,将电阻的单位定为欧姆,简称“欧” 。



电阻的定义:

导电体对电流的阻碍作用称为电阻,用符号R表示,单位为欧姆、千欧、兆欧,分别用Ω、KΩ、MΩ表示。


电阻是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压和分流的作用,对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻。



电阻作用:

1)分压

当一个电阻R1和另一个元件如LED灯在电路中串联时,流过电阻器R1和LED灯的电流是相同的,当电阻器和LED作为一个整体时,电阻器和LED各自的电压之和等于两端的总电压VCC。此时,电阻作为分压而起作用。


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图片来源:华秋商城


2)分流

  电阻器R2两端的电压与LED1两端的电压相同,是因为一个电阻器R2和另LED2并联在电路中,流过电阻器R2的电流和LED1的电流之和等于流过电阻器R1的电流。此时,电阻R2充当分流器。


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图片来源:华秋商城



选型关键参数

1)电阻封装(贴片电阻):

随着电子产品越来越精密,越来越小型化,对电阻的封装尺寸也就有了更加小型化的需求,01005封装主要应用在手机等高度集成的电子设备中。


如下是常用贴片电阻封装尺寸及对应功率对照表,可以根据设计功率的需求和布局空间大小选择对应的封装规格;


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图片信息整理:华秋商城


2)电阻额定功率

电阻的额定功率是由电阻所承受的热点温度决定的,如前面所讲,电阻是耗能元器件,流过的电流用来发热了。所以选型时一定要评估电阻所处电路中流经电阻的电流,利用P = I²R计算所选的电阻额定功率是否满足要求。


一般地,设计电路时候所用到的功率要低于70%额定功率,例如电阻当中实际功率达到0.7W,那么可以选择额定功率为1W的电阻,这是为了在电路留有足够的余量,进行降额,提高电路可靠性。


3)电阻额定电压

既然已经考虑了额定功率,那么为什么还要考量额定电压呢?


这其实是选型时作为额定功率的辅助条件,当电阻额定功率一定时,额定工作电压随电阻R的增大而增高但随着电压的增高,流过电阻的电流密度也会变大,从而导致电阻局部发热严重,久而久之电阻容易老化并失效,所以在选型时额定电压也是需要考量的重要参数。同样也采用70%的降额设计。


如下是Yageo RC系列电阻规格书中对耐压的标识:


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图片来源:华秋商城


4)电阻温度系数

  电阻虽然是被称为被动器件,它的特性不管外界发生什么变化,他自己的特性是不变的,但是从微观角度来讲,只要是物质就会随着外界条件的变化而发生变化,所以在一些要求高的设计场景,电阻的温度系数也是需要考虑的,在环境温度以及电阻自身发热影响下,电阻的阻值将产生漂移,也就是我们说的温漂,单位为ppm/℃。电阻温度系数主要取决于电阻材料的电阻率与环境温度。一般膜式电阻器和线绕电阻器的温度系数比较小,合成膜电阻器的比较大。在要求阻值稳定性比较高的电路以及环境温差非常大的电路,要充分考虑电阻温度系数对电路的影响。

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图片来源:华秋商城


5)电阻精度

电阻精度也是选择硬件电路电阻的一个重要考虑因素,一般对阻值不严格的电路没必要用精度很高的电阻,但是对于电流检测电路、电压检测电路、阻抗匹配电路等,对电流或者其他对阻值波动影响很大的电路需要用精度电阻,有些电路甚至用到0.01%高的精密电阻。


电阻精度常用字母标识:T:±0.01%;A:±0.05%;B:±0.1%;D:±0.5%;F:±1%;J:±5%;K:±10%


如下是Yageo电阻RC系列电阻规格书中对精度的标识:



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以上内容都是贴片通用电阻,实际的应用中还有很多类型的电阻。



常见电阻类型

1)排阻:即网络电阻器,排阻是将若干个参数完全相同的电阻集中封装在一起,组合制成的。


排阻一般应用在数字电路上,比如:作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。使用排阻比用若干只固定电阻更方便。

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2)MELF电阻:晶圆电阻的英文全名为Metal Electrode Leadless Face Resistor,简称MELF Resistor。中文名称也叫做无引脚电阻,或是无脚电阻。


晶圆电阻介于贴片电阻与直插电阻之间,主要适用于电流较大/耐高压冲击/安全性要求高的高阶电路中,与直插电阻相比,由于去掉了引线,因此很大的降低了直插电阻在高频时引线所产生的寄生电感,同时能够解决直插电阻小阻值中精度与温度系数无法提高。

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图片来源:华秋商城



3)金属膜电阻:金属膜电阻器是膜式电阻器(Film Resistors)中的一种。它是采用高温真空镀膜技术将镍铬或类似的合金紧密附在瓷棒表面形成皮膜,经过切割调试阻值,以达到最终要求的精密阻值,然后加适当接头切割,并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成。

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如下是某厂牌的金属膜电阻MF系列选型表:

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4)碳膜电阻:碳膜电阻器是膜式电阻器(Film Resistors)中的一种。它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜,然后加适当接头切割,并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。

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台湾厚生CFR系列规格展示:

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5)精密微调电阻:是一种能以较高精度调节自身电阻值的可变电阻器,精密可调电阻的别名有微调电位器和微调电阻

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6)压敏电阻:称为"突波吸收器",有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

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7)湿敏电阻:湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻,碳湿敏电阻,氧化物湿敏电阻。


湿敏电阻只能用交流的,直流会导致湿敏失效,因为直流的电场会导致高分子材料中的带电粒子偏向两极,一定时间以后湿敏电阻就会失效。所以必须用交流维持其动态平衡,这也是为什么测湿敏电阻阻值要用电桥而不能用普通万用表的原因。

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8)光敏电阻:光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,又称为光电导探测器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。还有另一种入射光弱,电阻减小,入射光强,电阻增大。

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常用光敏电阻参数

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9)热敏电阻:热敏电阻是一种传感器电阻,其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻PTC和负温度系数热敏电阻NTC。


正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小,它们同属于半导体器件。

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结语:

文中介绍了电阻选型的关键参数,特别是额定功率,那么问题来了,为什么会有OR电阻的存在?既然是OR,那么如何计算额定功率呢?欢迎大家留言告诉我。