不同场合下电阻的选型与设计要点

1、    不同场合下电阻的选型与设计要点电阻是所有电子电路中使用最多的元件，与电容、电感一起被称为“电路的三大元素”，是任何一个电子电路中必不可少的元件。本期电阻系列大讲台将对电阻知识进行整理，从电阻基础知识入手，详细介绍了电阻的理论基础，并通过实际案例来分析电阻在电路设计中的检测方法以及选型技巧。电阻是所有电子电路中使用最多的元件，与电容、电感一起被称为“电路的三大元素”，是任何一个电子电路中必不可少的元件。本期电阻系列大讲台将对电阻知识进行整理，从电阻基础知识入手，详细介绍了电阻的理论基础，并通过实际案例来分析电阻在电路设计中的检测方法以及选型技巧。&

2、#160;大讲台分为三部分，第一部分主要是对电阻的基础知识进行全面的描述，包括电阻的命名、阻值标法、特性参数、分类、作用，以及从简单的选用层面与大家一起探讨电阻的相关概念及其技术特征;在熟悉电阻分类、特点、性能及各种参数之后，第二部分进一步加深对电阻知识的理解，包括电阻的检测、选型和失效分析，主要针对不同类别的电阻(重点围绕熔断、压敏和热敏电阻)展开讨论，探讨如何分辨电阻器的好坏，并在检测的基础上，通过电路保护实例来讲解如何对电阻进行选型以及失效分析，提高工程师在电子电路设计时的效率;第三部分从实际出发，从电路的总功耗及其阻值的变化范围来探讨电阻在限流、分压、分流等应用场合下的设计要点，通过实

3、际电路设计来加深对本期电阻大讲台知识的巩固。 电阻是电路元件中应用最广泛的一种，在电子设备中约占元件总数的30%以上，其质量好坏对电路工作的稳定性有极大影响。它的主要用途是稳定和调节电路中的电流和电压，其次还作为分流器、分压器和负载使用。 本期大讲台，电子元件技术网将立足于电阻的基本知识，从电阻的命名、阻值标法、特性参数、分类、作用及其选用层面与大家一起探讨电阻的相关概念及其技术特征。 一、电阻的型号命名方法 在电子电路中常用的电阻有固定式电阻和电位器，根据SJ-73标准规定，电阻器、电位器的命名由四部分组成：第一部分主称，第二部分材料，第三部分分类特征

4、，第四部分序号(不适用敏感电阻)。 第一部分：主称 ，用字母表示，表示产品的名字。如R表示电阻，W表示电位器。 第二部分：材料 ，用字母表示，表示电阻体用什么材料组成。 第三部分：分类，一般用数字表示，个别类型用字母表示，表示产品属于什么类型。 第四部分：序号，用数字表示，表示同类产品中不同品种，以区分产品的外型尺寸和性能指标等。 二、电阻的阻值标法 电阻的单位一般有M(兆欧)，K(千欧)，(欧)，更大的甚至还有TG，它们的换算关系是一千进率：1T=1000G;1G=1000M;1M=1000K;1K=1000。其阻值标法通常有直标法

5、、文字符号法、色标法和数码法，色标法在一般的的电阻上是比较常见。 (l)直标法 直接用数字表示电阻的阻值和误差，例如，电阻上印有“68 k±5%”，则阻值为68 k，误差为±(68×0.05)k。 (2)文字符号法 用数字和文字符号或两者有规律的组合来表示电阻的阻值。文字符号k，M前面的数字表示阻值的整数部分，文字符号后面的数字表示阻值的小数部分，例如，2k7其阻值表示为2.7 k。 (3)色标法 现在常用的固定电阻都用色环法来表示它的标称阻值和误差。色环法就是用颜色表示元件的标称阻值和误差，并直接标志在

6、产品上的一种方法。常见的色环电阻有四环和五环电阻两种(其中五环电阻属于精密电阻)。一般由四道色环或五道色环来表示其标称阻值和误差，各种颜色代表不同的数值，色环颜色所代表的数字或意义如表1和表2所示。 (4)数码法 数码法是用三位数码表示电阻的标称值。数码从左到右，前两位为有效值，第三位为零的个数，即表示在前两位有效之后所加零的个数。例如，152表示在15后面加2个“0”，即1500=1.5 k。此种方法在贴片电阻中使用较多。 三、电阻的主要特性参数 1、标称阻值：电阻上面所标示的阻值。 2、允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分

7、数称阻值偏差，它表示电阻的精度。允许误差与精度等级对应关系如下：±0.5%-0.05、±1%-0.1(或 00)、±2%-0.2(或 0)、±5%-级、±10%-级、±20%-级 3、额定功率：在正常的大气压力 90-106.6KPa及环境温度为-55+70的条件下，电阻长期工作所允许耗散的最大功率。 线绕电阻额定功率系列为(W)：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500 非线绕电阻额定功率系列为(W)：1/20、1/8、1/4、

8、1/2、1、2、5、10、25、50、100 4、额定电压：由阻值和额定功率换算出的电压。 5、最高工作电压：允许的最大连续工作电压。在低气压工作时，最高工作电压较低。 6、温度系数：温度每变化 1所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的为正温度系数，反之为负温度系数。 7、老化系数：电阻在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻寿命长短的参数。 8、电压系数：在规定的电压范围内，电压每变化 1 伏，电阻的相对变化量。 9、高频特性：电阻器使用在高频条件下，要考虑其固定有电感和固有

9、电容的影响。这时，电阻器变为一个直流电阻(R0)与分布电感串联，然后再与分布电容并联的等效电路，非线绕电阻器的LR=0.01-0.05 微亨，CR=0.1-5 皮法，线绕电阻器的LR 达几十微亨，CR 达几十皮法，即使是无感绕法的线绕电阻器，LR 仍有零点几微亨。 10、噪声：产生于电阻中的一种不规则的电压起伏。 电阻的噪声在一般电路中可以不考虑，但是在弱信号系统中不可忽视。主要由三大类型组成：热噪声，接触噪声(contactnoise)，以及shot噪声，其对电子电路设计是有害的，我们应当尽量避免。下面我们详细探讨一下有关电阻的噪声相关概念以及减少噪声的方法。 

10、热噪声： 热噪声主要依赖于温度、频宽以及阻值，一只电阻的热噪声等于： Vt=平方根(4KTBR) 这里：Vt=噪声的峰值电压 K=Boltzman常数 T=温度(kelvin) B=噪声带宽 R=阻值 从公式上可以看出，噪声的不同直接反应在阻值平方根上是成比例关系的，因此，两个半值的电阻计算的结果和用1个电阻(阻值是两个半值的总和)计算的结果是一样的，所以总的噪音和材料无关。 降低热噪声的方法：减少应用电阻的阻值。 接触噪音： 接触噪音依赖于平均直流电流、频宽、材料类型和几何形状。碳芯

11、，碳膜，金属氧化，以及金属膜主要噪声的组成就是接触噪声，在低频部分尤其明显，因为它有1/f的属性。线绕电阻没有此噪声，仅电阻是碳材或膜制造的才有。 降低接触噪声的方法：尽量保持低的直流和交流成分。 Shot噪音： Shot噪音依赖于频宽以及平均直流电流大小，愈多的平均直流电流流经电阻，就将得到愈多的噪音。 降低Shot噪声的方法：尽量减少直流电流成分。 综上所述，对于低噪声设计可以采取的措施是： 1、使用低阻值。 2、电阻类型的考虑优先顺序为线绕电阻，其次是金属膜、金属氧化、碳膜，最后是碳芯。但是需要注意的是大阻值的线绕电阻

12、不多见，而且附带电感，在某些情况下它会导致设计的不稳定。 3、使用大瓦数的电阻(线绕电阻除外)，越大的几何材料产生的接触噪音会越少。 4、保持流过电阻的交/直流电流小，接触噪音是和电流成正比关系。 5、使用导电塑料元素的电位器，低阻值，大功率。 四、电阻的分类 1、按材料分可以分为碳膜、金属氧化皮膜、绕线、电阻/无感性绕线、水泥型绕线电阻。 2、按功率分可以分为不同额定功率的电阻，如1/16W，1/8W，1/4W，1/2W，lW，2W 等额定功率的电阻。 3、按电阻值的精确度可以分为普通电阻和精密电阻。 4、按照电

13、阻的敏感度，可分为压敏、湿敏、光敏、气敏和力敏电阻。 五、电阻的作用 电阻是表示导体对电流阻碍作用的大小，其在电路中的作用一般有四种，包括限流、分压、分流、转化为内能，特殊的0欧姆电阻还具有其独特的功能。 1、限流作用 为使通过用电器的电流不超过额定值或实际工作需要的规定值，以保证用电器的正常工作，通常可在电路中串联一个可变电阻。当改变这个电阻的大小时，电流的大小也随之改变。我们把这种可以限制电流大小的电阻叫做限流电阻。 2、分压作用 一般用电器上都标有额定电压值，若电源比用电器的额定电压高，则不可把用电器直接接在电源上。在这种情况下

14、，可给用电器串接一个合适阻值的电阻，让它分担一部分电压，用电器便能在额定电压下工作。我们称这样的电阻为分压电阻。 3、分流作用 当在电路的干路上需同时接入几个额定电流不同的用电器时，可以在额定电流较小的用电器两端并联接入一个电阻，这个电阻的作用是“分流”。 4、将电能转化为内能的作用 电流通过电阻时，会把电能全部(或部分)转化为内能。用来把电能转化为内能的用电器叫电热器。如电烙铁、电炉、电饭煲、取暖器等等 5、0欧姆电阻的作用 * 在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。可以做跳线用，* 如果某段线路不用，直

15、接不贴该电阻即可(不影响外观) * 在匹配电路参数不确定的时候，以0欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。 * 想测某部分电路的耗电流的时候，可以去掉0ohm电阻，接上电流表，这样方便测耗电流。 * 在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻 * 在高频信号下，充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用，主要是解决EMC问题。如地与地，电源和ICPin间 * 单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统。) * 熔丝作用 * 跨接时用于电流回路，当分割电地平面后

16、，造成信号最短回流路径断裂，此时，信号回路不得不绕道，形成很大的环路面积，电场和磁场的影响就变强了，容易干扰/被干扰。在分割区上跨接 0 欧电阻，可以提供较短的回流路径，减小干扰。 * 配置电路，一般，产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用 0 欧电阻代替跳线等焊在板子。空置跳线在高频时相当于天线，用贴片电阻效果好。 * 其他用途，布线时跨线;调试/测试用;临时取代其他贴片器件;作为温度补偿器件;更多时候是出于 EMC 对策的需要。另外，0 欧姆电阻比过孔的寄生电感小，而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔)。 * 把各种

17、“地”短接起来 六、电阻的选用指南 选择哪一种材料和结构的电阻，这是困扰了许多工程师多年的问题。在电子电路设计的时候，应根据电子设备的技术指标、电路的具体要求和电阻的特性参数“因地制宜”地来选用电阻的型号和误差等级，下面是我们整理的有关电阻的选用指南： 1、 高频电路应选用分布电感和分布电容小的非线绕电阻。 2、普通线绕电阻常用于低频电路或中作限流电阻、分压电阻、泄放电阻或大功率管的偏压电阻。精度较高的线绕电阻多用于固定衰减器、电阻箱、计算机及各种精密电子仪器中。所选电阻的电阻值应接近应用电路中计算值的一个标称值，应优先选用标准系列的电阻。一般电路使用的电阻允许误差为 ± 5% ± 10% 。精密仪器及特殊电路中使用的电阻，应选用精密电阻。 3、根据电阻在实际工作电路中的实际承受的负载功耗来选择电阻的额定功耗。注意环境温度超出额定环境温度时，参照降功耗曲线，降低使用负载功耗，且电阻的额定功率要符合应用电路中对电阻功率容量的要求，一般不应随意加大或减小电阻的功率，若电路要求是功率型电阻，则其额定功率可高于实际应用电路要求功率的 12 倍。 4、电阻使用应考虑使用于高脉冲电流的或有浪涌电流的情