几种阻值规格的电阻为何使用频率非常高?
电路一点通 2024-06-14
工程师,尤其是电子研发工程师,在进行电路项目开发时,都会选用一些基础的电子元器件与芯片,通过不同的电路理论将它们组合构成一个完整的项目原理图方案。例如
  • 手机充电器项目,工程师在评审完设计方案后,会选用AC-DC电源芯片、QC快充协议芯片、整流桥、MOS管、同步整流芯片、PWM控制芯片、高频变压器、二极管、电阻、电容以及压敏电阻等等设计详细的电路原理图;
  • 变频空调项目,工程师在评审完设计方案后,会选用IPM功率模块、32位M0内核单片机、LDO电源芯片、电解电容、MOS管、温湿度传感器、LCD显示屏、红外接收管、二极管、三极管以及贴片电阻与贴片电容等设计详细的电路原理图;
  • 工业电机控制项目,工程师在评审完设计方案后,会选用电机驱动芯片、MOS管Gate Driver芯片、DSP处理器、霍尔传感器、运算放大器、ADC采集芯片、TVS瞬态抑制二极管、时钟芯片、LED灯、功率三极管、肖特基二极管、电阻、电容以及保险丝等设计详细的电路原理图;
电子元器件与芯片在这些各种不同项目的电路原理图中,工程师都会使用电阻这类元器件,主要是因为电阻在电路中可以实现较多的功能,比如
  1. 限流:在LED驱动电路中,被串联的68K电阻就是充当限流功能;
  2. 分压:在10K电阻A与47K电阻B组成的两个电阻串联电路中,被串联的电阻A就是充当电阻B的分压功能;
  3. 取样:在电流的采集电路中,低阻值4mΩ的电阻就是充当电流的取样功能;
  4. 滤波:在RC滤波电路中,被并联的22K电阻就是充当滤波功能;
  5. 隔离:在模拟地AGND与数字地DGND电路中,最后都会通过0Ω电阻与电源的GND连接在一起,被连接的0Ω电阻就是充电隔离功能;

电阻电阻虽然在不同功能的电路项目中都会出现,只是区别在于使用电阻的数量、精度、类型、封装、阻值等这些参数不同;令人惊讶的现象是,在这些电路项目使用的电阻中,有几种阻值规格的电阻会反复出现,出现的概率特别高,这是为什么呢?


工程师在电路项目设计过程中,使用电阻的阻值规格较多的包含:(1)10系列整数阻值:100、1K、10K、100K、1M;(2)22系列整数阻值:222、2.2K、22K、222K、2.2M;(3)33系列整数阻值:333、3.3K、33K、333K、3.3M;(4)47系列整数阻值:470、4.7K、47K、470K;(5)51系列整数阻值:510、5.1K、51K、510K;(6)68系列整数阻值:680、6.8K、68K、680K;(7)82系列整数阻值:820、8.2K、82K、820K;其他规格的阻值电阻也会被工程师使用,在电路图中也会出现,只是这几种规格的阻值电阻出现的频率相对而言更高一些这些阻值规格的电阻,为什么会在各种不同电路项目中会反复出现?为什么会被工程师经常使用?为什么在电路原理图中存在的概率那么高?正所谓解铃还须系铃人,犹如两个相恋中的男女为什么最后会选择分手一样,要想找到分手的原因,还是需要从他们两个当事人中分析获得;同样地,要想找到“这几种规格的阻值电阻为什么会在各种不同的电路中反复出现”的原因,也只能从电阻这个最根本的源头去寻找;


问题的答案在于3个方面因素:

方面1:电阻在电路项目设计中的因素,即电路设计因素;

方面2:电阻在安排批量生产中的因素,即电阻生产因素;

方面3:电阻在产品采购交货中的因素,即电阻采购因素;

01 电路设计因素

电路设计,一般可以分为两类:一类为模拟电路设计,另一类为数字电路设计。在同一个项目的电路原理图方案中,可能只存在模拟电路,可能只存在数字电路,也有可能模拟电路与数字电路共同存在;一个众所周知的事实,现在的电路设计方案越来越倾向于使用数字电路方案,因为无论是工程师非常喜欢的单片机MCU,还是DSP处理器、亦或是FPGA处理器,这些都是在处理数字信号。模拟电路在项目的方案设计中会越来越被当做某个特殊功能使用而出现,如传感器的采集功能电路。因此,在项目的电路方案中,数字电路所占的比重远远超过模拟电路。数字电路在数字电路中,信号被分为高电平与低电平,没有严格的精确电压幅值限制。高电平被定义为3.5V~5.5V,只要电压幅值在此范围,都被数字电路识别为高电平;低电平被定义为0V~1.8V,只要电压幅值在此范围,都被数字电路识别为低电平;正是高低电平没有严格的精确电压幅值要求,所以在处理数字信号的电路中,分压、限流、隔离、滤波功能的电阻阻值就与之对应,同样没有严格的精确阻值要求;例如
  • 在三极管基极的偏置电阻分压电路中,电阻的阻值选取只需要满足三极管基极电压大于0.7V即可,无需精确;
  • 在控制LED亮灭的电阻限流电路中,电阻的阻值选取只需要满足LED发光即可,无需精确;
  • 在去除高频的RC滤波电路中,电阻的阻值选取只需要满足过滤掉300MHz的频段杂波即可,无需精确;
这些数字电路中,电阻的阻值,工程师在设计详细原理图时,都会优先选用10K,而非选用10.1K或者9.8K;优先选用47K,而非选用44K或者49K;优先选用6.8K,而非选用6.6K或者6.9K;


这些都是电阻在电路设计过程中阻值确定的依据,也是解释了为什么一些阻值如33.6K、84K、102K、1.25M等的电阻很少出现的原因;

02 电阻生产因素

了解完电阻在电路设计的因素后,工程师还需要兼顾不同阻值规格的电阻生产因素。电阻制造公司会依据市场的电阻订单或者依据之前电阻行业的大数据,制定每个季度的生产计划,用以补充库存数量。举例说明封装0603,精度1%,阻值51K的电阻,计划生产2千万PCS数量;封装1210,精度5%,阻值820K的电阻,计划生产3千万PCS数量;封装0201,精度1%,阻值10K的电阻,计划生产5千万PCS数量;封装1206,精度5%,阻值680Ω的电阻,计划生产6千万PCS数量;封装0805,精度1%,阻值6.92Ω的电阻,计划生产1万PCS数量;封装1210,精度5%,阻值765K的电阻,计划生产4万PCS数量;电阻假如工程师在电路方案研发中,选用了封装1210、精度5%、阻值为766K的规格电阻,而电阻制造公司却没有安排此规格电阻的生产计划,这导致的结果是项目方案无法得到有效的执行。工程师在电路方案的电阻阻值确定之前,合格的电阻制造公司(电阻供应商)会提前推荐他们经常生产的规格阻值,比如51K、820K、10K、680Ω等等,一般不会向工程师推荐使用非常规的阻值电阻,比如766K、43.2K、2.86K等等;从电阻制造公司的角度,也能解释为什么这些阻值10K、47K、510K、6.8K与82K等规格的电阻会在电路图中经常出现,而那些像4.35Ω、89Ω、15.6K、89K等阻值的电阻,在项目的电路图中出现的概率会明显低很多;这是因为电阻制造公司追求的是商业利益最大化,阻值规格越少,数量越大,生产的成本费用会越小,获得利益也就越大。

03 电阻采购因素

工程师在初步设计完项目的电路方案后,将PCB文件以及BOM元器件清单提交至采购部门,进行第一次的样品制作,也就是首次打样。采购部人员在拿到新的BOM元器件清单,会进行一个初步的审核,具体包含
  • 型号:如0603 10K的电阻型号是不规范的,缺少电阻的精度参数;
  • 品牌:如0805 1% 510K的电阻,虽然电阻参数规范,但没有标注品牌的要求
  • 数量:如一个BOM表相同规格的电阻数量是5个或者是7个等等;
电阻在核查BOM元器件清单的过程中,如若发现一些非常规的型号0603 5% 20.1K电阻,采购人员第一时间与研发工程师沟通,了解为什么在BOM表中会存在这个特殊型号阻值的电阻,并询问是否可以更换成0603 5% 20K的规格型号?采购人员为什么核查BOM元器件清单的这些现象呢?采购的职责是负责把工程师研发项目需要的电子元器件,在批量生产时安全无误地采购到;BOM表中的一些非常规的型号0603 5% 20.1K电阻,存在供应商难以交付或者难以采购的隐患,因为非常规阻值的型号电阻,其他同行用量较少,可能只存在一些特殊的客户项目中使用,因此容易出现断货的风险。基于此,采购人员像电阻制造公司同样地会督促研发工程师使用常见的规格阻值的电阻,这也解释了为什么这些阻值10K、47K、510K、6.8K与82K等规格的电阻会在电路图中经常出现,而那些像4.35Ω、89Ω、15.6K、89K等阻值的电阻,在项目的电路图中出现的概率会明显低很多。

最后的结语

总结完电路设计因素、电阻生产因素与电阻采购因素3个原因后,工程师或许就可以从3个不同的角度理解,为什么有些规格阻值的电阻,即使在各类功能不同的电路项目中,也能经常出现;而有些规格阻值的电阻,却只能出现在一些极个别的特殊项目应用中。这对工程师在后续的项目研发工作中,或多或少也能带来一些启迪与收获吧!


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