原创 电阻器使用指南

电阻器使用指南

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我们都知道, 任何电气元件都有电阻, 没有一个是纯导体.

也许有人会问,为什么在电路中加入电阻器来减小电流呢? 电阻器不是会将功率作为热消耗掉吗? 电路的效率是不是比没有加入电阻器以前降低了呢? 是的, 电阻器会以热的形式消耗功率, 但是, 它可以优化信号发生或放大电路的性能, 使得电路按设计者的意愿最优化地工作.
电阻器在电气和电子设备中扮演着多种多样的角色. 下面是常用的几种.

电压分配
    我们对分压器可能都有所了解, 电阻在工作时确实会消耗一些功率, 但是通过它们分配的电压可以使晶体管或电子管实现正常的偏置. 这样可以保证放大器或振荡器在最有效, 最可靠的状态下工作.

偏置
    为了更有效地工作, 晶体管或电子管需要正确地被偏置. 也就是说要控制电极--基极, 门极或栅极--必须有特定的电压或电流. 电阻网络被用来完成这项任务. 不同的电路需要不同的偏置电平. 射频发送放大器的偏置通常与振荡器或低电平接收放大器的偏置是不同的. 有时用分压器来实现偏置, 有时不需要. 图1所示的晶体管就是通过把一对电阻接成分压器的形式来实现偏置的.

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图1 用于偏置晶体管基极的分压器

限流
    电阻器会妨碍电路中电子的流动. 有时候这是为了保护某个元件或电路. 接收放大器就是一个很好的例子. 电阻器可以防止晶体管因消耗大量功率而发热. 如果没有电阻器来限制或控制电流, 晶体管就会被与信号无关的直流电流而烧坏. 一个没有正确设计的放大器需要经常更换晶体管, 不是因为在需要的地方没有使用电阻器, 就是所选电阻器的阻值不对.图2所示为与晶体管串联的限流电阻器. 通常它被接在发射极端, 但也可接在集电极端.

图2 晶体管电路中的限流电阻器

功率耗散

把功率以热的形式耗散掉并不总是坏事. 有时电阻器可被用来作为"虚拟"元件, 于是从电路侧"看"电阻器, 就好像它是一个复杂的东西. 例如, 在收音机中, 电阻器可被用来替代天线. 这样就可以测试发射器了, 而不会干扰电视广播的信号. 发射器的输出使电阻器发热, 而不会发射出任何信号. 但是只要测试完毕, 就抑换上天线了.(图3)

在B图中,发射器被接到一个阻性的"虚拟"天线上.

将电阻器用在功率放大器的输入端来耗散功率也是非常有用的. 有时驱动放大器的电路输出功率太大, 这时就需要用一只电阻器或一个电阻器网络来消耗这部分多余的功率, 以使得功率放大器不被过驱动.

泄流电阻器

在高压, 直流(DC)电源中, 电容器被用来滤除输出电压中的波动. 这些电容器需要充电, 并将电能储存一会儿. 在有些电源中, 滤波电容器两端的电压与输出电压一样, 比如有时为50V, 即使在电压关闭后, 或者从插座中将插头拔出后, 电容器仍保持着高压. 如果此时维修这样一个电源, 是很危险的. 泄流电阻器, 并联在电容器的两端, 会消耗电容器储存的能量, 以使电容器两端的电压下降到安全电压范围以内(图4).

在维修高压直流电源前, 用一把带绝缘柄的螺丝刀将所有的滤波电容器短路一会儿, 常常是一个不错的主意. 我想起有一次我在维修一台射频功率放大器时发生的事情. 电容器两端的电压约为2kV. 我的组长, 他不是很了解电子, 站在我的后面看. 我说, "马上要听听放炮声了", 然后我拿了一把螺丝刀, 在确认我只拿着绝缘手柄的情况下, 我用螺丝刀把电容器的两端短路了一下. 砰! 当我的组长在做深呼吸的当儿, 我给他好好解释了一番.
    即使有泄流电阻, 要消耗掉电容器中的残留电荷也需要一定的时间. 为了安全起见, 在工作前要把滤波电容器的两端短一下, 不管你的组长是否在你身边. ^_^

阻抗匹配

电阻器较精细, 较复杂的应用是在放大器链的耦合中, 或者在放大器的输入输出电路中.为了产生最大可能的放大效果, 前级放大器的输出阻抗必须与下一级的输入阻抗相匹配. 在信号源和放大器的输入之间同样需要有这样的关系. 而且, 在放大器链中的最后一个放大器和负载之间也要有这样的关系, 不论负载是扬声器, 耳机, 传真机, 还是别的什么.

Pull-up Resistors / Pull-down Resistors / Damping Resistors

上拉电阻/下拉电阻/阻尼电阻

Digital circuits ordinary have bus line configuration on printed circuit boards.

在印刷电路板上数字电路通常有总线配置。

Bus lines might be better stabilized by pulling up to Vcc using resistors around 1k-100 kΩ, or by using termination resistors matched to signal line impedance.

总线如果想获得比较好的稳定性要通过一个电阻1k-100kΩ上到Vcc，或者用一个与信号线阻抗匹配的终端阻抗。

Or, sometimes, damping resistors of around 10-30Ω  are added in series to signal lines to eliminate reflected waveforms.

有时候，大约10-30Ω的阻尼电阻串行地加在信号线上来减少反射波形。

Network resistors are best fit to these purposes. In case of 8-bit pull-up resistors/termination resistors, if footprint area needed for 8 chip resistors(1608 size) is considered as 100%, area requirement is only 8 for 2 chip network resistors CN1J4 (with 4 elements) and 45% for one CND1J10 (with bussed 8 elements). In case of 8-bit damping resistors, footprint area requirement of one CN1F8K is only 60% of 8 chip  resistors(1608 size).

网络电阻器是最适合这种用途的。如果八个分离的上拉/终端电阻（1608封装）的管脚布线面积认为是100%的话，8的电阻只需要两片网络电阻CN1J4(4个电阻)，而用CND1J10（8的电阻）的话，面积只是分离电阻的45%。对于阻尼电阻来说，如果用CN1F8K只需要8个阻尼电阻布线面积的60%（1608封装）。

图5 Pull-up Resistors / Pull-down Resistors / Termination Resistors

上拉电阻/下拉电阻/终端电阻

图6 Damping Resistors  阻尼电阻

Resistors to terminate digital circuits

数字电路终端电阻

For the high frequency digital circuits, waveforms are distorted due to the reflection if the terminal impedance (e.g. input impedance of IC) mismatches with the specific impedance of the transmission line  (e.g. signal line pattern on the printed circuit board).

对于高速数字电路，如果终端阻抗（比如IC的输入电阻）与传输线的特性阻抗（比如印刷电路板的信号线）不匹配，波形将会变形，并且反射。

 Once the reflection occurs, the distortion varies from point to point.

一旦反射重现，这样的话，波形每一点都会变形。

Therefore it is important to pay attention to such signal lines as the clock lines have so many branches.

因此必须对这样的信号线，比如时钟线多加注意。

Termination to avoid reflection is an analogous technology, but it is today an essential technology for high speed digital circuits which should be considered as distributed constant circuits.

终端匹配避免反射是模拟技术，但今天也是高速数字电路的关键技术，高速电路被认为是分布式常数电路。

Bus lines to connect between printed circuit boards are terminated with matched impedance from long ago. Resistors to prevent reflection should be exactly the value of the transmission lines. Recommended resistors are RK73H, which are precise enough and excellent in high frequency characteristics.

图7

Resistors to terminate differential transmission line

差分线终端电阻

A typical differential transmission scheme is shown below.

一个典型的差分线图如下图。

There are two drivers to transmit analog or digital signals, while one side is positive, the other side goes negative symmetrically.

用两根线传输模拟或数字信号，如果其中一根传输正信号，那么另一个传输负信号。

This is an effective way to reject noise, and therefore the signal level can be low.

这是一种抗干扰很有效的方法，因此信号电平可以很低。

This is thus an excellent communication system, signal source impedance Rs+, Rs-, specific transmission line impedance Zo, input impedance Ri+, and Ri- are requested to be matched good enough to work correctly.

下图中是一个很好的通信系统，信号电源阻抗Rs+和Rs-，传输线特性阻抗Zo，输入阻抗Ri+和Ri-都要求要很好地匹配，使系统工作正常。

On the contrary, if the circuit is not electrically symmetrical enough, the system does not work well, and it even becomes a source of common mode noise.

相反，如果电路不足够对称，系统将不能很好工作，而将变成一个共模噪声源。

Thus, resistors to terminate high frequency transmission lines have effects on signal quality. Resistors of RK73H types are recommended.

高速传输线的终端电阻对于信号的品质起很大的作用，推荐使用RK73H型电阻。

                             图8

参考网站：

1.（文章前半部分）

http://forum.cellphone.eetchina.com/FORUM_POST_10044_1200005245_0.HTM

2.（文章后半部分）翻译自：http://www.koaproducts.com/english/application/ap4.htm

3.厚膜片式网络电阻器参数