电阻选型及应用技巧.doc

在第一讲的时候曾经提到过电阻在电路中的作用（包括限流、分压、分流、将电能转化为内能、特殊电阻等作用）。其实电阻在电路中的作用很广泛，除了上面提到过的作用外，电阻和电容器一起还可以组成滤波器及延时电路、在电源电路或控制电路中用作取样电阻、在半导体管电路中用偏置电阻确定工作点、用电阻进行电路的阻抗匹配、用电阻进行降压或限流、在电源电路中作为去耦电阻使用在以上的众多电路应用中，可以归纳为四种基本电路：分压电路、分流电路、阻抗匹配电路、RC充放电电路。本部分共有两讲，前一讲将会先把计算电路设计中确定电阻大小的有关公式、定律作一讲解，接着把四大基本电路的形式以及作用给大家作一一介绍，后一讲会对具体的电阻电路应用进行分析。三大基本定律1、电阻定律导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关系，这个规律就叫电阻定律(law of resistance)，用公式表示为：决定式子：R=L/S计算式：R=U/I其中： 制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧姆 米( m) ； L 绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米(m)； S 绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米(m2) ； R 电阻值，国际单位制为欧姆()。 U 电压值2、欧姆定律在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R，其微分形式为：J=1/*E=E其中E为电场强度，为电导率。该定律反映了电阻的一个特性，可以从下面的特性曲线图看出来： 3、焦耳定律焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：以热的形态在一个均匀导体中发生的功率，与此导体的电阻和通过此电阻的电流平方之乘积成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I2;Rt（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出:Q=W=PT；Q=UIT；Q=（U2/R）T三大基本定律在电阻的大小选择上可以通过计算，起到一个导向选择的作用，可以根据具体的设计要求，通过公式的转换从而选择出大小合适的电阻。下面将在此三大定律的基础上对四大基本电路加以说明。原创文章：/public/art/artinfo/id/80011295?source=lecture【请保留版权，谢谢！】文章出自电子元件技术网。四大基本电路1. 分压电路分压电路实际上是电阻的串联电路，如图2所示，它有以下几个特点： 通过各电阻的电流是同一电流，即各电阻中的电流相等、I = I1 = I2 = I3； 总电压等于各电阻上的电压降之和,，即V= V1 + V2 + V3； 总电阻等于各电阻之和，即RR1 + R2 +R3：在实践中可利用电阻串联电路来进行分压以改变输出电压，如收音机和扩音机的音量调节电路、半导体管工作点的偏置电路及降压电路等。2. 分流电路分流电路实际上是电阻器的并联电路，如图3所示。它有以下几点特点:各支路的电压等于总电压；总电流等于各支路电流之和，即I = I1 + I2 + I3;总电阻的倒数等于各支路倒数之和,即1/R =1/R1 + 1/R2 + 1/R3在实践中经常利用电阻器的并联电路组成分流电路，以对电路中的电流进行分配； 电流表的满度电流为50uA现需将它改成一个最大量程为500uA的电流表,此时只需要在电流表两端并上一只电阻器R1即可。根据图4 (b)并联电路可知I= I1 +I0若I = 500uA,则I1 =I - I0 = 500-50 =450uA由于I0 * R0 =I1* R1(式中R0为电流表内阻)求得R1= (I0* R0)/I1= 200上述的分流电路计算结果表明，只要在50uA表头上并联一个200的电阻,即可使表头的量程由50uA扩大到500uA。原创文章：/public/art/artinfo/id/80011295?page=2【请保留版权，谢谢！】文章出自电子元件技术网。. 阻抗匹配电路图5所是由电阻器组成的阻抗匹配衰减器、它接在特性阻抗不同的两个网络中间,可以起到匹配阻抗的作用。 匹配器中电阻器的阻什可由下式确定，即 式中，Z1和Z2为网络1和网络2的阻抗，它们分别为300和75。将它们代入上面两个公式中，则求得RI=259.8，R286.6。4、 RC充放电电路RC充放电电路是电阻器应用的基础电路，在电子电路中会常常见到，因此了解RC充放电特性是非常有用的。RC充放电电路如图6所示。图中开关S原来停留在B点位置，电容器C上没有电荷,它两端的电压等于零。当开关接到A点时电源E通过R向电容器 C充电，在电路接通的瞬间，电容器电压Vc0，充电电流最大值等于Z/R。随着电容器两极上电荷的积累，Vc逐渐增大，电阻器R上的电压Vr =E -Vc，充电电流i(EVc)/R且随着Vc的增大而越来越小，Vc的上升也越来越慢。当VcE时，i=0，充电过程结束。 试验证明，充电过程可用下面公式描述，即式中：e-自然对数；t-时间。从公式中不难看出，充电过程中Vc和i是按指数规律变化的。而充电的快慢取决于电阻和电容的乘积，因此称RC为时间常数r，即r=RC。如果R和C的的单位取欧姆和法拉，则r的单位为秒。根据公式计算在不同时间内的Vc和i，其结果见表1。从表中可以看出，r越大充电越慢。当t3r时，Vc=0.95E;当t=5r时，Vc=0.993E；一般认为当 t=(3-5)r时，电容器上的电荷已被充满。 当电路开关S在C充满电荷后由A端置于B端时，电容C上的电荷通过R放电，其放电也是按指数规律进行的。利用RC充放电特性可组成很多应用电路，如积分电路、微分电路、去耦电路以及定时电路等。原创文章：/public/art/artinfo/id/80011295?page=3【请保留版权，谢谢！】文章出自电子元件技术网。在上一讲中主要涉及三大基本定律（电阻定律、欧姆定律、焦耳定律）和四大基本电路（串联分压、并联分流、阻抗匹配和RC充放电路），本讲将针对通过一些具体的电路，深入分析电阻的应用。串联分压/并联分流应用这是一道颇具争议性的问题，相信很多高考生、大学生甚至是已经参加工作几年的工程师朋友咋一看都会为之花眼，下面请看题： 如图1所示，三个电阻的阻值相等，电流表A1、A2和A3的内电阻均可忽略，它们的示数分别为I1、I2和I3，则I1：I2：I3=_：_：_.分析：根据电路，画出等效电路图，如图2所示。 其中：第一支线由a点经A2到C点，再经R到d点；第二支线由a点经A2到C点，经R到b点，经A3到d点；第三支线由a点经R到b点，再经A3到d点.不计电流表内电阻时，三个电阻并联.设总电流为I，则通过每个电阻的电流相等，均为 其中，电流表A1测量的是总电流，即I1=I.，电流表A2测量的是流过上面两支路中的电流，即 电流表测量的是流过下面两支路中的电流。原创文章：/public/art/artinfo/id/80011670?source=lecture【请保留版权，谢谢！】文章出自电子元件技术网。反馈应用Buck变换器由于具有效率高的优点而被广泛应用于手机、GPS、MP3等移动多媒体设备上，目前很多电源管理芯片制造厂商都推出了不同电流能力的Buck变换器，这类变 换器虽然在电流能力和保护功能方面存在一些差异，但是他们电路的主框架结构是基本一致的，主要可以分为两个部分：一是实现电能转换的主功率部分，另一部分 是实现负反馈控制的控制电路。下图是BCD半导体公司的Buck变换器AP3406的典型应用图，黄色框里是对反馈电阻的作用做简要分析。反馈作用1：设置输出电压反馈电阻Rf1和Rf2的第一个作用是设置Buck电路的输出电压值，如图3所示，稳态时，运算放大器的反相输入端和同相输入端电压是相等的，于是可以得到输出电压计算公式（其中VREF是芯片内部基准电压(本例中为0.6V)）： 反馈作用2： 影响系统稳定性和动态响应图3黄色框中同时也是电路的补偿网络部分，补偿网络中包括 R1，C1，C2和Rf1(注：Rf2在环路分析中不起作用)，补偿网络的传递函数可以表示为： 从上式可以看出补偿网络产生了两个极点，其中一个极点在0点，另一个极点为同时还产生了一个零点从上面分析可以知道，Rf1在补偿网络中的作用是改变中频段增益，对补偿网络中的零极点不会有影响，随着Rf1的增大，幅频特性往下平移，相频特性不变。因此，当补偿网络进入系统环路之后，Rf1的作用是使环路增益的幅频特性上下平移，同时环路增益的相频特性保持不变。原创文章：/public/art/artinfo/id/80011670?page=2【请保留版权，谢谢！】文章出自电子元件技术网。偏置应用放大电路静态工作点直接影响到放大电路的性能，静态工作点设置过低或者过高都会使放大电路动态范围减小，使得输入信号较大时输出信号产生截止或者饱和失真，下面以“定基流偏置电路”来对电阻的偏置应用作一介绍。 对图4进行静态工作分析，做出静态工作等效电路图，如图5所示： 由电阻定律可得：其中， 很小，可以忽略不计，于是有 上式是偏置电阻的表达式，从式子可以看出偏置电阻阻值不仅与集电极电阻有关，还与三极管电流放大系数、负载有关，也就是说我们可以通过调整负载来调整三极管的偏置情况。上拉和下拉电阻作用和选用原则作用：1、提高電壓准位：a.当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。b.OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的搞电平值。2、加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。3、N/A pin防靜電、防干擾：在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。同時管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。4、电阻匹配，抑制反射波干扰：长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。5、預設空閒狀態/缺省電位：在一些 CMOS 输入端接上或下拉电阻是为了预设缺省电位. 当你不用这些引脚的时候, 这些输入端下拉接 0 或上拉接 1。在I2C总线等总线上，空闲时的状态是由上下拉电阻获得。6. 提高芯片输入信号的噪声容限：输入端如果是高阻状态，或者高阻抗输入端处于悬空状态，此时需要加上拉或下拉，以免收到随机电平而影响电路工作。同样如果输出端处于被动状态，需要加上拉或下拉，如输出端仅仅是一个三极管的集电极。从