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电阻的这些知识点,一定有你不知道的

2020-7-29 10:41:40 显示全部楼层
看似简单的电阻,它的14个知识点,工程师知道10个以上算你牛

来源:芯片哥 今日头条

1,电阻的本质
在芯片哥与小伙伴们探讨电阻的相关内容之前,首先必须要明确电阻的定义,也即什么是电阻?电阻到底是什么?它的本质是什么?从微观电子的角度分析,电阻是指电子在按照某一种趋势自由流动时受到的阻力;是不是很难理解?没关系,芯片哥给你举例说明
铝原子,众所周知,它的原子核内部包含13个质子,外部包含13个电子,其中最外层的3个电子由于受到原子核的约束力较小,因此可以自由流动;如果在外部引入一个电压,即相当于给铝原子外部加入电场,那么铝原子的最外层3个电子就可以按照电场的方向趋势性的流动,这样就形成了电子的定向流动,也就是形成了电流;然而铝原子的最外层3个电子,除了受到外部的电场牵引力作用,还会受到铝原子之间的作用力,如质子与电子的吸引力,不同电子与电子之间的排斥力等等,这些作用力是阻碍电子的定向流动,从宏观上表现就是工程师常说的电阻;
从电子的微观本质分析,芯片哥和小伙伴们可以清楚的得出以下结论:
(1)电阻是物体的固有属性,因为任何物体的电子流动都会受到自身的内部作用力;
(2)温度能影响电阻的大小,这是因为温度能影响原子核外层的电子能量
2,电阻的计算
工程师可能就会问了,电阻的特性还不简单吗?不就是电压除以电流吗?也就是
R=U/I
没错,电阻的大小的确是可以通过这个R=U/I计算公式测量出,但芯片哥又需要从微观电子的角度去分析,电阻是物体的固有属性,因此外界的电压电流无关;电阻的真正计算公式是
R=ρ*L/S
其中ρ是材料的电阻率,L为材料的长度,S为材料的横截面积,电阻材料如常见的铝等;
只是工程师通常设计电路经常需要处理电压与电流参数,因此使用R=U/I的概率较多而已
3,电阻的作用
芯片哥通过多年的项目开发经验与拜访客户研发工程师的沟通得知,电阻在电路设计中的常用作用,包含5点:
3.1 分压:电阻分压是指在电路中通过电阻将某一电压变小到某一比例值,实现达到目标的电路电压值;如两个电阻将VCC电压5.0V分压至2.5V输出
电阻分压电路

3.2 限流:限流是指通过电阻将电路的某一回路电流限制在某一值附近,防止电路电流过大,造成损害;如LED灯限流电路
电阻限流电路

3.3 隔离:隔离是指两个电路系统的信号通过电阻既能实现传输,也能实现隔离;
电阻隔离电路

在此隔离电路中,VCC为5V电压,当输入12V,OUT则由于电阻R7的隔离与二极管D1的钳位,使输出OUT电压为5.7V左右,保证电阻R7左右两个12V与5V电路系统互不干涉的工作;
3.4 上拉:上拉是指通过电阻将某一电路提高至某一电压,最典型的应用电路是三极管的OC输出;
电阻上拉电路

3.5 下拉:下拉同上拉原理一样,只是通过电阻下拉到某一电压;
电阻下拉电路

在此电路中,芯片CS片选引脚通过电阻R6下拉至GND,使单片机的CS引脚在悬空时芯片也能因为下拉电阻R6的存在保持稳定的低电平状态,而非悬空高阻引起不确定状态
4,电阻的类型
既然电阻是物体的固有属性,那么电阻的制造工厂就可以根据电阻的公式 R=ρ*L/S生产不同体积大小的电阻,也就是不同封装类型的电阻;常用的电阻封装类型主要包含直插电阻与贴片电阻
5,电阻的封装
所谓电阻封装,是指电阻的形状大小;电阻的封装包含直插电阻的封装与贴片电阻的封装
5.1 直插电阻封装:常见的直插电阻封装包含AXIAL-0.3,AXIAL-0.4,AXIAL-0.5,AXIAL-1,AXIAL-2,AXIAL-5等等;
5.2 贴片电阻封装:常见的贴片电阻封装包含0402,0603,0805,1206,1210,2010与2512等;当然由于现在电子产品功能逐渐小型化,因此0201与01005在一些项目中也会得到试用;
不同封装大小的贴片电阻

在贴片电阻封装中,有一个类型的封装比较特殊---网络电阻(排阻),它是将两个、四个或多个相同阻值相同封装集成在一起;
排阻

6,电阻的阻值
电阻的阻值包含两个内容:一个是电阻阻值的表示方法,另一个是电阻阻值的选取原则
6.1 阻值表示方法:
  • 直插电阻,阻值通常采用色环的方法表示;如棕色代表1,红色代表2,橙色代表3等等;
  • 贴片电阻,阻值通常采用有效数字方法表示;如473表示47K,1002表示10K,683表示68K等等;
6.2 阻值选取原则:
工程师在电路设计研发需要选取电阻的阻值,一般优先考虑通用的阻值,如51K,22K,1K等等;尽量避免选用一些非常规阻值的电阻,如阻值为31.893K的电阻;工程师如果实在无法避免选择特殊的阻值,可以通过电路的优化设计来绕开;
7,电阻的精度
电阻的精度是指阻值的精度,通常用百分比表示,如1%,表示电阻的阻值在其标定的阻值上下偏离不超过1%;
  • 直插电阻,精度种类一般分为1%,10%,20%等;
  • 贴片电阻,精度种类一般分为0.5%,1%,5%等;
技术开发人员常用的直插电阻精度10%,贴片电阻精度5%;在一些特殊的电路需要高精度电阻,比如传感器采集电路,仪表运放电路等,则考虑使用1%或者更高精度的电阻;
8,电阻的测量
在使用电阻焊接电路之前,一般都会需要确认其阻值;万用表作为一个基础功能强大的测量工具,操作简单易上手,非常适合对电阻阻值的测量;值得提醒的内容是万用表难以测量电阻的阻值精度,比如10K 1%的电阻与10K 5%的电阻,万用表是测量区别不出来的;高精度的阻值测量需要专业的测量工具,如电阻测试仪等
9,电阻的材料
在电阻的公式 R=ρ*L/S中,ρ就是与电阻的材料有关;材料的不同,电阻的电路性质也不一样;
  • 直插电阻材料:碳膜电阻,金属膜,氧化膜,水泥电阻,热敏电阻,压敏电阻等等;
  • 贴片电阻材料:厚膜电阻,薄膜电阻,金属膜柱电阻,防硫化电阻等等;
比如,碳膜电阻特点就是阻值可选择的范围宽,能满足各种阻值的选型要求,而且体积小;金属膜电阻特点就是功率比较大,稳定性能好;厚膜贴片电阻特点是价格便宜,用量大等等;
10,电阻的功率
电阻的功率是指电阻在电路工作的条件下承受最大的功率;电阻功率一般与电阻的封装大小有关,而且是存在一定的对应关系;比如
  • 贴片电阻 0603封装,对应的功率为1/10W;
  • 贴片电阻 1210封装,对应的功率为1/2W;
11,电阻的品牌
电阻的品牌,也就是生产电阻的制造商,不同的品牌制造商在电阻生产制造的工艺与管理水平参差不齐,造成电阻的性能也不尽相同;比较主流的电阻品牌包含国巨,厚生,大毅,威世,风华,合科泰等等;
12,特殊的电阻---合金电阻
为什么芯片哥把合金电阻定位为特殊的电阻呢?这是因为合金电阻只有在一些特殊的电路项目中才会使用,比如在一些大功率低阻值的采集电路中,合金电阻就是不二选择,这是因为普通材料的直插电阻与贴片电阻很难同时满足大功率与低阻值的要求;如在电磁炉项目中使用的锰铜电阻,就是合金电阻;
锰铜电阻

13,电阻的超导
按照电阻的微观理论分析,要想实现电阻阻值为零,可以通过两个方面途径实现
第一:特殊的材料,使电阻率ρ无限接近于零;
第二:温度的变化,减小原子核内部对外层电子自由流动的阻碍约束力;
假设超导功能在常温下得以实现,那么所有的电子产品,比如手机,电脑等都不在需要电池供电,因为电阻为零不再损耗电能,这是一个多么令人期待的世界啊;
14,电阻的应用
电阻由于是一个基础电子元器件,因此可以被广泛应用在航空航空,工业控制,汽车电子,消费类电子等各种不同类型的领域;只是在不同类型的领域应用中,需要选取对应的电阻类型;
举例说明,比如在工业控制类领域应用的电阻就不适合应用在汽车类领域,因为工业控制类电阻温度范围要求在-40~85℃,而汽车类电阻温度要求在-40~120℃,二者温度范围不兼容;
最后,在总结电阻的所有这些知识点内容后,研发技术人员需要依据实际开发的项目电路选择匹配的电阻,才能达到一个优秀的电路设计功能效果;勿以为电阻的“简单”,而忽视它存在的重要意义;


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