基本元器件——电阻

基本元器件——电阻

一、基本概念

电阻：是某种材料所固有的，在一定程度上阻碍电流通过，并将所消耗的电能转化为热能的一种物理性质。

电阻器：在电路中起电阻性能的电子元件。

电阻值：衡量某种该材料物体电阻性能大小的一个物理量。

电阻单位：欧姆。

其他常用的有：太欧（TΩ）,吉欧（GΩ）, 兆欧（MΩ）, 千欧（KΩ）,毫欧（mΩ）,纳欧（nΩ）皮欧（pΩ）的标识，其换算公式如下：

1TΩ=1000 GΩ; 1GΩ=1000 MΩ;1MΩ=1000;1KΩ=1000Ω;1Ω=1000mΩ;1 mΩ=1000nΩ; 1nΩ=1000pΩ;

电阻器的英文缩写：R，排阻（RN）

二、电阻分类

电阻的分类方式有很多，主要可以从结构工艺、材料、用途以及阻值特性等几个维度来划分。

2.1 按阻值特性

这是最基本的分类方式，决定了电阻在电路中是恒定的还是变化的。

• 固定电阻：不能调节的,我们称之为定值电阻或固定电阻。比如大部分碳膜电阻、金属膜电阻、绕线电阻。
• 可变电阻： 阻值可以在一定范围内手动调整，常见的可调电阻是滑动变阻器,例如收音机音量调节的装置是个圆形的滑动变阻器,主要应用于电压分配的,我们称之为电位器。

2.2 按特性分类

阻值随外界物理条件（如温度、光照、电压等）的变化而变化。这类电阻通常属于半导体器件。

• 热敏电阻：阻值随温度变化。
  • NTC（负温度系数）：温度升高，阻值降低（常用于抑制浪涌电流、测温）。
  • PTC（正温度系数）：温度升高，阻值升高（常用于自恢复保险丝、消磁电路）。
• 光敏电阻：阻值随光照强度变化（常用于光控开关、路灯控制器）。
• 压敏电阻：阻值随电压变化。电压低于额定值时阻值很大，电压超过额定值时阻值急剧减小（常用于浪涌保护和防雷击）。
• 湿敏电阻：阻值随湿度变化（常用于湿度传感器）。
• 气敏电阻：阻值随特定气体浓度变化（常用于煤气报警器）。
• 力敏电阻：阻值随外加力大小而改变，是一种能将机械力转变为电信号的特殊元件。（主要用在压力传感器上）。

什么是浪涌电流？

浪涌电流是电气设备开机瞬间或电路异常时产生的瞬态过载电流，峰值可达稳态电流的数十倍，可能对设备造成损害。

2.2 按电阻材料分类

这是从制造工艺和材质角度划分的，也是常见的分类方式。

1. 线绕电阻
   • 工艺：用镍铬合金、锰铜合金等电阻丝缠绕在陶瓷骨架上制成。
   • 特点：耐高温、功率大（可达几百瓦）、精度高、稳定性好；但体积大、高频性能差（自身电感大）。
   • 用途：大功率负载、限流、分压。
2. 膜式电阻
   • 碳膜电阻
     • 工艺：在陶瓷骨架上沉积一层碳氢化合物膜。
     • 特点：成本低、制作简单；但精度和稳定性一般，噪声较大。
     • 用途：早期电子产品，现已逐渐被金属膜取代。
   • 金属膜电阻
     • 工艺：在陶瓷骨架上沉积一层金属合金膜。
     • 特点：精度高、温度系数小（受温度影响小）、噪声低、高频特性好。目前最常用的通用电阻
     • 用途：精密仪器、通信设备、大多数通用电子电路。
   • 金属氧化膜电阻
     • 工艺：在陶瓷骨架上沉积一层锡氧化物。
     • 特点：耐高温、抗氧化、抗腐蚀性强；但阻值范围通常较窄。
     • 用途：适用于在恶劣的环境下工作，兼备低杂音，稳定，高频特性好的优点。
   • 贴片电阻
     • 表面贴装元件，无引脚或引脚极短。
     • 特点：体积小、适合自动化生产、高频特性好。
     • 用途：现代电子设备（如手机、电脑主板）中99%使用此类电阻。
3. 实心电阻
   • 工艺：由碳墨、填料和粘合剂混合压制而成。
   • 特点：成本极低、抗过载能力强；但精度差、噪声大、稳定性差。
   • 用途：已被淘汰，基本不再使用。

2.3 按用途或特殊功能分类

1. 精密电阻
   • 误差范围极小（如 ±0.01%、±0.1%），温度系数低。常用于测量仪器、高精度电路。
2. 功率电阻
   • 体积大，专为承受较大功率设计（几瓦到几百瓦），通常需要配合散热器。
3. 熔断电阻（保险丝电阻）
   • 兼具电阻和保险丝功能。当电路过载导致温度过高时，它会像保险丝一样断开，保护后级电路。
4. 水泥电阻
   • 实际上是线绕电阻的一种封装形式，将电阻丝绕好后用陶瓷外壳封装并用水泥填充。耐冲击、功率大。

三、电阻器的标识法

1、直标法

通过一些代码符号将电阻器的参数标注在电阻器上，如阻值、功率、允许偏差等，通过识别电阻器上的代码符号可直接了解电阻器的电阻值和相关参数。其允许误差直接用百分数表示，若电阻上未注偏差，则均为±20%。

2、色环法

用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。国外电阻大部分采用色标法。

3、文字符号法

用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值。

4、数码法

在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。数码从左到右，第一、二位为有效值，第三位为指数，即零的个数，单位为欧。

例：“223”表示22000Ω，即22KΩ±5%

   “102”表示1000Ω，即1KΩ ±5%

​ “3R1”表示3.1Ω，即3.1Ω ±5%

四、贴片电阻

1、封装尺寸

封装与尺寸如下表：

注释： 由封装可得元件封装的长，宽尺寸 。方法：前两位一组，后两位一组分别除以4即可得元件封装大致长和宽，单位为毫米

2、常规的贴片电阻的封装尺寸及额定功率

封装代号 (英制)	封装代号 (公制)	长×宽 (L×W) 典型值	额定功率 @70°C	最大工作电压
0201	0603	0.60mm × 0.30mm	1/20W (0.05W)	25V
0402	1005	1.00mm × 0.50mm	1/16W (0.0625W)	50V
0603	1608	1.60mm × 0.80mm	1/10W (0.1W)	50V
0805	2012	2.00mm × 1.25mm	1/8W (0.125W)	150V
1206	3216	3.10mm × 1.55mm	1/4W (0.25W)	200V
1210	3225	3.10mm × 2.50mm	1/3W (0.33W)	200V
1812	4532	4.50mm × 3.20mm	1/2W (0.5W)	200V
2010	5025	5.00mm × 2.50mm	3/4W (0.75W)	200V
2512	6432	6.35mm × 3.20mm	1W	200V

选型及注意事项：

• 功率降额：为了保证电路的长期可靠性，不建议让电阻长时间满功率工作。通常的做法是按额定功率的60%~70% 进行降额设计。例如，一个电路需要消耗0.08W的功率，选择额定1/10W (0.1W)的0603电阻会比较勉强，最好选用额定1/8W (0.125W)的0805电阻，留有足够余量。
• 温度影响：表中的额定功率是基于环境温度70°C给出的。如果电阻工作的环境温度超过70°C，其所能承受的功率会下降。此时需要参考厂商提供的“温度降额曲线图”来调整实际使用功率。
• 电压限制：除了功率，电阻两端能承受的电压也是有限制的。从表中可见，小封装的电阻（如0201）最高只能承受25V，如果用在更高电压的电路中，即便功率没超标，也可能被击穿。

3、国内常规贴片电阻的标称阻值及偏差

贴片电阻生产过程采用激光调阻，加之其电阻膜是高稳定的玻璃釉材料，因此贴片电阻的精度比较高，最普通阻值系列的是E24系列，即±5%的偏差；另外还比较常用的E96阻值系列（即±1%的偏差），称做精密贴片电阻；也有极少数场合用到的E192系列（即±0.5%精度的）；其他系列基本不采用。

贴片电阻的阻值一般标注在电阻体表面上，阻值代码规则如下：

E24系列： 两位有效数字+零的个数

E96系列： 三位有效数字+零的个数

举例如下：

需要指出的是在贴片电阻的中零欧姆电阻的应用很广泛，应用时注意各尺寸片阻允许的额定电流这一参数。

4、最大工作电压

该参数是指可以连续施加在电阻两端的最大直流电压或交流有效值电压；元件极限电压取决于电阻器的尺寸和制造工艺。一般情况下该参数不被提起，但是在进行环境试验时必须参考此参数。

5、温度系数

电阻的阻值随着工作温度的变化而变化，这种变化用温度系数来表达，单位是ppm/℃。这种变化对电路的工作稳定性将产生不良影响，电路要求越高，选用的电阻温度系数越小，特别是作为基准电压和提供工作点的电阻，更应该注意这一点。贴片电阻的温度系数比较小，大概在（100~500）ppm/℃，选用时注意参考厂家提供的技术资料。 各尺寸规格及阻值段温度系数可以不同，这些一定注意。

五、电阻器的作用

电阻器在电子电路中起阻碍电流作用的元器件，其工作原理为电能转化为热能来实现限流限压的功能。

1、分压电路

分压电路实际上是电阻的串联电路，如图所示，它有以下几个特点：

①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；
②在串联电路中，电阻大的导体，它两端的电压也大，电压的分配与导体的电阻成正比，因此，导体串联具有分压作用。总电压等于各电阻上的电压降之和，即V= V1 + V2 + V3；
③总电阻等于各电阻之和，即R＝R1 +R2+R3：

2、分流电路

分流电路实际上是电阻器的并联电路，如图所示。它有以下几点特点:

①各支路的电压等于总电压；
②总电流等于各支路电流之和，即I = I1 + I2 + I3;
③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

3、上拉和下拉电阻的作用

上拉电阻和下拉电阻二者共同的作用是：避免电压的“悬浮”，造成电路的不稳定。

上拉电阻如图所示：

​ 1、概念：将一个不确定的信号，通过一个电阻与电源VCC相连，固定在高电平；
​ 2、上拉是对器件注入电流，灌电流；
​ 3、当一个接有上拉电阻的IO端口设置为输入状态时，它的常态为高电平。

应用场景：

1. 按键电路（最经典）：
   • 场景：一个按键一端接地，另一端接单片机引脚，同时接上拉电阻到VCC。
   • 作用：按键没按时，引脚通过上拉电阻保持高电平；按键按下时，引脚直接接地，变为低电平。这样单片机就能准确识别按键动作。
2. 开漏输出（I2C总线）：
   • 场景：I2C总线的SDA和SCL线。
   • 作用：I2C设备的输出级是开漏的，只能拉低电平，不能主动输出高电平。必须依靠上拉电阻将线路拉高。这也允许多个设备并联在同一根线上（线与逻辑）。
3. 增加输出电流驱动能力：
   • 场景：有些芯片输出高电平时电流很小（即拉电流能力弱）。
   • 作用：加上拉电阻后，负载所需的电流可以从电源通过上拉电阻直接提供，而不是完全从芯片内部流出，有助于提高高电平的稳定性。
4. 为OC门（集电极开路门）提供工作电压：
   • 类似于I2C，TTL电路的OC门输出端必须接上拉电阻才能输出高电平。

下拉电阻如图所示：

​ 1、 概念：将一个不确定的信号，通过一个电阻与地GND相连，固定在低电平；
　2、下拉是从器件输出电流，拉电流；
　3、当一个接有下拉电阻的IO端口设置为输入状态时，它的常态为低电平。

应用场景：

1. 按键电路：
   • 场景：按键一端接电源，另一端接单片机引脚，同时接下拉电阻到地。
   • 作用：按键没按时，引脚通过下拉电阻保持低电平；按键按下时，引脚接通电源，变为高电平。
2. 防止误触发：
   • 场景：在复位电路、使能引脚等关键控制脚上。
   • 作用：在系统上电瞬间或芯片逻辑未稳定时，通过下拉电阻确保引脚为确定的低电平，防止芯片在上电过程中误复位或误开启。
3. 三极管基极偏置：
   • 场景：在NPN三极管开关电路中，基极常常通过一个下拉电阻接地。
   • 作用：确保在没有输入信号时，三极管可靠截止（不导通），防止因感应噪声导致误导通。

六、0欧电阻在电路中的作用

1、做为跳线使用。

2、在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。

3、做保险丝用。由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱（其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已），过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。

4、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。

5、在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻

6、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IC Pin间。

参考资料：电阻详解 - 轻轻的吻 - 博客园(https://www.cnblogs.com/yuanqiangfei/p/11330430.html)