电阻的选型简介..

电阻的选型简介

电阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。电阻是导体本身的一种特性，不同的导体，电阻一般不同。电阻的决定式，计算式。注意：金属的电阻随温度的升高而增大，半导体随温度的增加而减小，大多数金属在温度降到一定数值时，电阻突然将为零，出现超导现象。   

1.1 电阻的种类

普通电阻：薄膜电阻（包括碳膜电阻、合成碳膜电阻、金属氧化膜电阻、化学沉积膜电阻、玻璃釉膜电阻和金属氮化膜电阻）、线绕电阻（包括通用线绕电阻、功率线绕电阻、高频线绕电阻和精密线绕电阻）、实心电阻（包括无机合成实心碳质电阻和有机合成实心碳质电阻）

特种电阻：湿敏电阻、热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻、力敏电阻、气敏电阻。

另外常听说的电阻有厚膜电阻和薄膜电阻。厚膜与薄膜的区别主要是从生产工艺上区分的。厚膜价格相对便宜，但精度相对较低。一般常见的普通贴片电阻都是厚膜电阻，5%的精度。

1.2 电子电路中常用的电阻的结构和特点

1.3电阻的作用

电阻在电路上的主要作用有分流、限流、分压、偏置、滤波（与电容器组合使用）、阻抗匹配、将电能转化为内能等。

1.电阻的分压作用

一般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。在这种情况下，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。如下图所示的电路，当接入合适的分压电阻后，额定电压为12V 的电灯便可接入电压为24V 的电源上。

2.电阻的限流作用

某些电气元件的电流不能超过额定值或实际工作需要的规定值，以保证电气元件的正常工作，通常可在电路中串联一个可变电阻器。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。

如在可调光台灯的电路中，为了控制灯泡的亮度，也可在电路中接入一个限流电阻（如下图所示），通过调节接入电阻的大小，来控制电路中电流的大小，从而控制灯泡的亮度。

3.电阻的分流作用

当在电路的干路上需同时串接几个额定电流不同的用电气元件时，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”。例如：有两个灯泡，分别是12V、12W和12V、24W，显然两灯泡不能直接串联接入同一电路。但若我们在甲灯两端并联一个合适的分流电阻（如下图所示），则甲、乙两灯便能直接串联接入同一电路正常工作。

4.电阻的滤波作用

电阻的滤波作用一般是和电容组成RC滤波电路，可分为低通和高通电路。

5.电阻与电容组成RC充放电电路

RC充放电电路是电阻应用的基础电路，在电子电路中会常常见到，RC充放电电路下图所示。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Vc＝0，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＝(E—Vc)/R且随着Vc的增大而越来越小，Vc的上升也越来越慢。当Vc＝E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τ，即τ=RC。如果R和C的的单位取欧姆和法拉，则τ的单位为秒。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。

6.电阻的阻抗匹配作用

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。

阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。

右图中R为负载电阻，r为电源E的内阻，E为电压源。由于r的存在，当R很大时，电路接近开路状态；而当R很少时接近短路状态。显然负载在开路及短路状态都不能获得最大功率。

从上式可看出，当R=r时式中的式中分母中的(R-r)的值最小为0，此时负载所获取的功率最大。所以，当负载电阻等于电源内阻时，负载将获得最大功率。这就是电子电路阻抗匹配的基本原理。

下图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值可由下式确定。

    即（Ω），（Ω）

式中，Z1和Z2为网络1和网络2的阻抗，它们分别为300Ω和75Ω。将它们代入上面两个公式中，则求得R₁=259.8Ω，R₂＝86.6Ω。

7.电阻的偏置作用

晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。即应该设置它的工作点。所谓工作点就是通过外部电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位（可根据计算获得）。这些外部电路就称为偏置电路（可理解为，设置PN结正、反偏的电路），偏置电路向晶体管提供的电流就称为偏置电流。

对共射放大电路来说，主流是从发射极到集电极的IC，偏流就是从发射极到基极的IB。相对与主电路而言，为基极提供电流的电路就是所谓的偏置电路。偏置电路往往有若干元件，其中有一重要电阻，往往要调整阻值，以使集电极电流在设计规范内。这要调整的电阻就是偏置电阻。

偏置：在电路某点给一个参考分量，使电路能适应工作需要。偏置可以是DC偏置，也可以是AC偏置。也可分为电流偏置和电压偏置。常见的是DC偏置。即电路某点经过一个起偏置作用的元件接到某个DC电源上。例如单级三极管发射极放大电路，至少需要一个基极偏置电阻。由于三极管放大电路经常用电流放大系数来计算放大效果。因此偏置电阻定义为电流偏置电阻，以便于计算和分析。CMOS门电路输入端，接的上拉电阻或下拉电阻，一般可认为是电压偏置电阻。因为通过这个电阻的电流很少，电阻基本上是给门输入端一个静态参考电压。交流偏置的一个典型应用例子：录音机的交流偏磁。

简言之，偏置电阻用来调节基极偏置电流，使晶体管有一个适合的工作点。

稳定静态工作点原理：设流过基极偏置电阻的电流IR>>IB，因此可以认为基极电位VB只取决于分压电阻，VB与三极管参数无关，不受温度影响。

静态工作点的稳定是由VB和Re共同作用实现，稳定过程如下：设温度升高→IC↑→IE↑→VBE↓→IB↓→IC↓其中：IC↑→IE↑是由电流方程IE＝IB＋IC得出，IE↑→VBE↓是由电压方程VBE＝VB－IERe得出，IB↓→IC↓是由IC＝βIB得出。

由上述分析不难得出，Re越大稳定性越好。但事物总是具有两面性，Re太大其功率损耗也大，同时VE也会增加很多，使VCE减小导致三极管工作范围变窄。因此Re不宜取得太大。在小电流工作状态下，Re值为几百欧到几千欧；大电流工作时，Re为几欧到几十欧。

一般情况下，三极管三个极的电阻功能有：基极电阻主要是限压，控制基极电位正偏值不能过大，过大容易使三极管饱和发射极电阻主要是限流，因为电流过大，容易使三极管产生饱和集电极电阻主要是限幅，限制输出信号过大而产生失真偏置电阻的大小有很多种组合，并且与三极管的放大系数β有关。在工厂生产中，为了适应不同β的三极管，在三极管的直流回路中，都会引入负反馈：在发射极中串联一个电阻Re(Re上要并联电容器，仅对直流工作点有效)，Re越大，工作点越稳定(除了适应电压变化外，还能适应β不同的三极管)，但直流电压降也越大，降低了电源的有效电压；基极采用电阻分压式偏置电路，由Rb1与Rb2对电源分压后接基极，下偏电阻Rb2越小，稳定效果也越好，但降低了输入电阻。上偏置电阻Rb1用来调整工作电流大小。电阻的偏置作用在手机原理中典型用法就在MIC回路。如下图中的R1和R2。

8.电阻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电器叫电热器。如电烙铁、电炉、电饭煲、取暖器等等。

1.4  0欧姆电阻的作用

1.在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容审计，可作跳线用。如果某段线路不用，直接不贴该电阻即可。

2.在匹配电路参数不确定的时候，可以用0欧姆电阻代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值元件代替。

3.测某部分电路的耗电流的时候，去掉0欧姆电阻，接上电流表，方便测量电流。

4.在布线时，如果实在布不过去，可以加一个0欧姆电阻。

5.在高频信号下，充当电感或电容，电感解决EMC问题，如地与地、电源与IC管脚之间。

6.跨接时用于电流回路，当分割电地平面后，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，电场和磁场的影响变强，容易干扰/被 干扰。在分割区域上跨接0欧姆电阻，可以提供较短回流路径，减少干扰。

7.配置电路：一般产品上不允许出现跳线和拨码开关。用0欧姆电阻代替挑选，空置跳线相当于天线，用贴片电阻比较好。

8.其他用途，布线时跨线；测试/调试用；临时取代其他贴片器件；做为温度补偿器件；更多的时候出于EMC对策需要；0欧姆电阻比过孔的寄生电感小。

9.把各种地短接起来。

10.单点接地。

11.熔丝作用。

1.5 电阻的主要参数

1.电阻标称值与误差

国家标准规定了电阻的阻值按其精度分为两大系列，分别为E-24系列和E-96系列，E-24系列精度为5%，E-96系列为1%，在这两种系列之外的电阻为非标电阻，较难采购。

表1.1 电阻精度对照表

2.标称额定功率

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。注意：设计时应使电阻额定值在其实际工作功率值的1.5～2倍以上。

1）线绕电阻额定功率（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500。

2）非线绕电阻额定功率（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100。

3）通常来说贴片电阻封装对应功率：0201 是1/20W、0402是 1/16W、0603是 1/10W、0805是 1/8W、1206是 1/4W、1210是1/3W、1812是1/2W、2010是3/4W、2512是1W。

3.温度系数

温度每变化1℃所引起的电阻值的相对变化为温度系数，单位是ppm/℃。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。

4.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。

5.工作电压。

额定工作电压，即由额定功率和阻值换算得出。允许的最大连续工作电压最为高工作电压，气压越低，最高工作电压越低。

6.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（contact noise），以及shot噪声。

1.6 电阻色环换算为电阻值的方法及举例

表1.2 电阻色环对照表

电阻色环换算为电阻值的举例：

1.7 电阻选型的主要原则

1.电阻的种类和精度满足应用电路设计的要求。

2.电阻的阻值满足应用电路使用。实际计算的电阻值在市场上不一定有，因此要选用标称电阻。

3.电阻的额定功率大于电阻在应用电路实际工作功率。一般按额定功率70%降额设计选用。

4.电阻在应用电路中实际工作电压小于最大工作电压。一般按最高工作电压的75%降额设计选用。

5.电阻的稳定性、工作频率、噪声等特性满足应用电路要求。