電路設計之電阻選擇有妙招!
發布時間:2018-12-06 責任編輯:xueqi
【導讀】電阻是最普通的器件,同時也是電路中不可或缺的器件,選好用好電阻對產品的穩定運行及使用可靠性是至關重要的。
電阻在電子產品中是最常用的器件之一,基本上隻要是電子產品,內部就會存在電阻。電阻可以在電路中用作分壓器、分流器和負載電阻;它與電容器—起可以組成濾波器及延時電路;在電源電路或控製電路中用作取樣電阻;在半導體管電路中用作偏置電阻 確定工作點;使用特殊性質的電阻如壓敏電阻、熱敏電阻實現防浪湧電壓、抑yi製zhi衝chong擊ji電dian流liu,實shi現xian過guo溫wen保bao護hu等deng等deng。電dian阻zu是shi最zui普pu通tong的de器qi件jian,同tong時shi也ye是shi電dian路lu中zhong不bu可ke或huo缺que的de器qi件jian,選xuan好hao用yong好hao電dian阻zu對dui產chan品pin的de穩wen定ding運yun行xing及ji使shi用yong可ke靠kao性xing是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。
引言
電阻的種類很多,普通常用的電阻有碳膜電阻、水泥電阻、金屬膜電阻和線繞電阻等;特殊電阻有壓敏電阻、熱敏電阻、光(guang)敏(min)電(dian)阻(zu)等(deng)。不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)電(dian)阻(zu)其(qi)特(te)性(xing)參(can)數(shu)都(dou)有(you)一(yi)定(ding)的(de)差(cha)異(yi),在(zai)電(dian)路(lu)使(shi)用(yong)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)點(dian)也(ye)不(bu)一(yi)樣(yang)。對(dui)於(yu)剛(gang)接(jie)觸(chu)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)來(lai)說(shuo)很(hen)可(ke)能(neng)會(hui)忽(hu)略(lve)電(dian)阻(zu)的(de)某(mou)些(xie)特(te)殊(shu)的(de)參(can)數(shu),導(dao)致(zhi)產(chan)品(pin)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)得(de)不(bu)到(dao)保(bao)證(zheng)。正(zheng)確(que)的(de)理(li)解(jie)電(dian)阻(zu)各(ge)個(ge)參(can)數(shu)及(ji)選(xuan)型(xing)的(de)注(zhu)意(yi)事(shi)項(xiang),且(qie)全(quan)麵(mian)的(de)理(li)解(jie)電(dian)阻(zu)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)起(qi)到(dao)的(de)真(zhen)正(zheng)作(zuo)用(yong),才(cai)能(neng)夠(gou)從(cong)底(di)層(ceng)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)上(shang)保(bao)證(zheng)產(chan)品(pin)的(de)優(you)質(zhi)性(xing)。
電阻的基本參數
新接觸硬件電路設計的工程師,可能對電阻的第一印象就是物理書上描述的導電體對電流的阻礙作用稱為電阻,用符號R表示,單位為歐姆、千歐、兆 歐,分別用Ω、KΩ、MΩ表示。
主要關注的參數為:
1)標稱阻值:電阻器上麵所標示的阻值;
2)允許誤差:標稱阻值與實際阻值的差值跟標稱阻值之比的百分數稱阻值偏差,它表示電阻器的精度。
而在電路的設計上,隻關注這兩個參數是不夠的,還有兩個重要的參數必須要在設計當中引起重視:額定功率和耐受電壓值,這兩個參數對整個係統的可靠性影響非常大。
如電路中流過電阻的電流為100mA,阻值為100Ω,那麼在電阻上的功率消耗為1W,選擇常用的貼片電阻,如封裝為0805或1206等是不合適的,會因電阻額定功率小而出現問題。因此,選擇電阻的額定功率要滿足在1W以上(電路設計選擇電阻的功率餘量一般在2倍以上),否則電阻上消耗的功率會使電阻過熱而失效。
同樣,耐壓值選擇不合適的情況下,也會因為電阻被擊穿而導致係統設計的失敗。舉個例子:AC-DC開關電源模塊在設計的輸入前端,根據安規 GB4943.1標準的要求,在保證插頭或連接器斷開後,在輸入端L、N上的滯留電壓在1S之內衰減到初始值的37%,因此,在設計時一般會采用並接一個 或兩個MΩ級(ji)阻(zu)抗(kang)的(de)電(dian)阻(zu)進(jin)行(xing)能(neng)量(liang)泄(xie)放(fang),而(er)輸(shu)入(ru)端(duan)是(shi)高(gao)壓(ya),即(ji)電(dian)阻(zu)兩(liang)端(duan)是(shi)要(yao)承(cheng)受(shou)高(gao)壓(ya)的(de),當(dang)電(dian)阻(zu)的(de)耐(nai)壓(ya)值(zhi)低(di)壓(ya)輸(shu)入(ru)端(duan)高(gao)壓(ya)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)失(shi)效(xiao)。以(yi)下(xia)表(biao)一(yi)是(shi)常(chang)見(jian)SMT厚膜電阻的參數,最終選型時還要和選購器件的廠家核實。

注:隻做參考,以最終選擇的廠家說明為準
電阻在電路中的作用
1、基本作用
電子工程師都學習過電阻的基本作用,即在電路中用作分壓器、分流器和負載電阻;它與電容器—起可以組成濾波器及延時電路、在電源電路或控製電路 中用作取樣電阻;在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)管(guan)電(dian)路(lu)中(zhong)用(yong)作(zuo)偏(pian)置(zhi)電(dian)阻(zu)確(que)定(ding)工(gong)作(zuo)點(dian)等(deng),對(dui)於(yu)這(zhe)些(xie)作(zuo)用(yong),電(dian)路(lu)中(zhong)應(ying)用(yong)是(shi)非(fei)常(chang)多(duo)的(de),也(ye)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao),就(jiu)不(bu)做(zuo)過(guo)多(duo)的(de)描(miao)述(shu)。下(xia)麵(mian)主(zhu)要(yao)給(gei)大(da)家(jia)介(jie)紹(shao)0Ω電阻及特殊電阻在電子電路設計中的作用及使用注意事項。
2、0歐姆電阻在電路上的作用
相信有很多新電工,在看一些前輩設計的電子產品時會經常看到電路上存在0Ω的電阻,為什麼要設計這麼一個電阻呢,直接畫板連一塊不就好了,還畫蛇添足幹嘛?通過對資料搜索和整理,要點如下:
a)模擬地和數字地單點接地
隻要是地,最終都要接到一起,然後入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在壓差,容易積累電荷,造成靜電。地是參考0電(dian)位(wei),所(suo)有(you)電(dian)壓(ya)都(dou)是(shi)參(can)考(kao)地(di)得(de)出(chu)的(de),地(di)的(de)標(biao)準(zhun)要(yao)一(yi)致(zhi),故(gu)各(ge)種(zhong)地(di)應(ying)短(duan)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)。人(ren)們(men)認(ren)為(wei)大(da)地(di)能(neng)夠(gou)吸(xi)收(shou)所(suo)有(you)電(dian)荷(he),始(shi)終(zhong)維(wei)持(chi)穩(wen)定(ding),是(shi)最(zui)終(zhong)的(de)地(di)參(can)考(kao)點(dian)。雖(sui)然(ran)有(you)些(xie)板(ban)子(zi)沒(mei)有(you)接(jie)大(da)地(di),但(dan)發(fa)電(dian)廠(chang)是(shi)接(jie)大(da)地(di)的(de),板(ban)子(zi)上(shang)的(de)電(dian)源(yuan)最(zui)終(zhong)還(hai)是(shi)會(hui)返(fan)回(hui)發(fa)電(dian)廠(chang)入(ru)地(di)。如(ru)果(guo)把(ba)模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)大(da)麵(mian)積(ji)直(zhi)接(jie)相(xiang)連(lian),會(hui)導(dao)致(zhi)互(hu)相(xiang)幹(gan)擾(rao),不(bu)短(duan)接(jie)又(you)不(bu)妥(tuo),有(you)四(si)種(zhong)方(fang)法(fa)解(jie)決(jue)此(ci)問(wen)題(ti):① 用磁珠連接;② 用電容連接;③ 用電感連接;④ 用0歐姆電阻連接。
磁ci珠zhu的de等deng效xiao電dian路lu相xiang當dang於yu帶dai阻zu限xian波bo器qi,隻zhi對dui某mou個ge頻pin點dian的de噪zao聲sheng有you顯xian著zhu抑yi製zhi作zuo用yong,使shi用yong時shi需xu要yao預yu先xian估gu計ji噪zao點dian頻pin率lv,以yi便bian選xuan用yong適shi當dang型xing號hao。對dui於yu頻pin率lv不bu確que定ding或huo無wu法fa預yu知zhi的de情qing況kuang,磁ci珠zhu不bu合he;電容隔直通交,造成浮地;電感體積大,雜散參數多,不穩定;0歐電阻相當於很窄的電流通路,能夠有效地限製環路電流,使噪聲得到抑製。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗),這點比磁珠強。
b)跨接時用於電流回路
當(dang)分(fen)割(ge)電(dian)地(di)平(ping)麵(mian)後(hou),造(zao)成(cheng)信(xin)號(hao)最(zui)短(duan)回(hui)流(liu)路(lu)徑(jing)斷(duan)裂(lie),此(ci)時(shi),信(xin)號(hao)回(hui)路(lu)不(bu)得(de)不(bu)繞(rao)道(dao),形(xing)成(cheng)很(hen)大(da)的(de)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji),電(dian)場(chang)和(he)磁(ci)場(chang)的(de)影(ying)響(xiang)就(jiu)變(bian)強(qiang)了(le),容(rong)易(yi)幹(gan)擾(rao)/被幹擾。在分割區上跨接0歐電阻,可以提供較短的回流路徑,減小幹擾。
c)配置電路
一般,產品上不要出現跳線和撥碼開關。有時用戶會亂動設置,易引起誤會,為了減少維護費用,應用0歐電阻代替跳線等焊在板子上。空置跳線在高頻時相當於天線,用貼片電阻效果好。
d)其他用途
布線時跨線調試/測試用:在(zai)開(kai)始(shi)設(she)計(ji)時(shi),要(yao)串(chuan)一(yi)個(ge)電(dian)阻(zu)用(yong)來(lai)調(tiao)試(shi),但(dan)是(shi)還(hai)不(bu)能(neng)確(que)定(ding)具(ju)體(ti)的(de)值(zhi),加(jia)了(le)這(zhe)麼(me)一(yi)個(ge)器(qi)件(jian)後(hou)方(fang)便(bian)以(yi)後(hou)電(dian)路(lu)的(de)調(tiao)試(shi),如(ru)果(guo)調(tiao)試(shi)的(de)結(jie)果(guo)不(bu)需(xu)要(yao)加(jia)電(dian)阻(zu),就(jiu)加(jia)一(yi)個(ge)0歐姆的電阻。臨時取代其他貼片器件作為溫度補償器件,更多時候是出於EMC對策的需要。另外,0歐姆電阻比過孔的寄生電感小,而且過孔還會影響地平麵(因為要挖孔)。
總結如下:
1)在電路中沒有任何功能,隻是在PCB上為了調試方便或兼容設計等原因。
2)可以做跳線用,如果某段線路不用,直接貼該電阻即可(不影響外觀)。
3)在匹配電路參數不確定的時候,以0歐姆代替,實際調試的時候,確定參數,再以具體數值的元件代替。
4)想測某部分電路的耗電流的時候,可以去掉0歐的電阻,接上電流表,這樣方便測耗電流。
5)在布線時,如果實在布不過去了,也可以加一個0歐的電阻。
6)在高頻信號下,充當電感或電容(與外部電路特性有關)用,主要是解決EMC問題。如地與地,電源和IC Pin間。
7)單點接地(指保護接地、工作接地、直流接地在設備上相互分開,各自成為獨立係統)。
3、特殊電阻在電源模塊外圍防護電路的作用
最常見的特殊電阻有壓敏電阻和熱敏電阻,這個在AC-DC開關電源設計和應用中起著關鍵的作用,了解下這兩種電阻的特性和具體的作用。
壓敏電阻MOV是在電路電磁兼容EMC中(zhong)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)器(qi)件(jian)之(zhi)一(yi),廣(guang)泛(fan)的(de)被(bei)應(ying)用(yong)在(zai)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)中(zhong),來(lai)防(fang)護(hu)因(yin)為(wei)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)係(xi)統(tong)的(de)瞬(shun)時(shi)電(dian)壓(ya)突(tu)變(bian)所(suo)可(ke)能(neng)對(dui)電(dian)路(lu)的(de)傷(shang)害(hai)。其(qi)特(te)性(xing)通(tong)俗(su)理(li)解(jie)為(wei)前(qian)端(duan)電(dian)壓(ya)高(gao)於(yu)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)開(kai)啟(qi)電(dian)壓(ya)時(shi),壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)被(bei)擊(ji)穿(chuan),壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)降(jiang)低(di)而(er)將(jiang)電(dian)流(liu)予(yu)以(yi)分(fen)流(liu),防(fang)止(zhi)後(hou)級(ji)受(shou)到(dao)過(guo)大(da)的(de)瞬(shun)時(shi)電(dian)壓(ya)破(po)壞(huai)或(huo)幹(gan)擾(rao), 從cong而er保bao護hu了le敏min感gan的de電dian子zi組zu件jian。電dian路lu防fang護hu就jiu是shi利li用yong壓ya敏min電dian阻zu的de非fei線xian性xing特te性xing,當dang過guo電dian壓ya出chu現xian在zai壓ya敏min電dian阻zu的de兩liang極ji間jian,壓ya敏min電dian阻zu可ke以yi將jiang電dian壓ya鉗qian位wei到dao一yi個ge相xiang對dui固gu定ding的de電dian壓ya值zhi,從cong而er實shi現xian對dui後hou級ji電dian路lu的de保bao護hu。壓ya敏min電dian阻zu的de主zhu要yao參can數shu有you:壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。
不bu過guo,不bu要yao把ba壓ya敏min電dian阻zu的de作zuo用yong想xiang的de太tai大da了le,壓ya敏min電dian阻zu是shi不bu可ke以yi提ti供gong完wan整zheng的de電dian壓ya保bao護hu的de,壓ya敏min電dian阻zu所suo能neng承cheng受shou的de能neng量liang或huo功gong率lv是shi有you限xian的de,不bu能neng提ti供gong持chi續xu性xing的de過guo電dian壓ya保bao護hu。持chi續xu的de過guo電dian壓ya會hui破po壞huai保bao護hu裝zhuang置zhi(壓敏電阻),並對設備造成損害。壓敏電阻不能提供保護的部分還有:開機時的衝擊電流、短路時的過電流、電壓突降等情況,這些情況需要其他方式的防護。
熱敏電阻是一種跟溫度相關的器件,一般分為兩種,NTC為負溫度係數熱敏電阻,即溫度越高,阻抗越小;PTC為正溫度係數熱敏電阻即溫度越高,阻抗越大。利用阻抗對溫度的敏感特性在電路設計中起到了重要的作用。
NTC在電路中主要為抑製電路啟動過程中的啟動電流,當係統啟動過程中,由於係統內部存在功率電路、rongxingjiganxingfuzai,yincizaiqidongshunjianhuichuxianfeichangdadechongjidianliu。ruguodianluqijianxuanxingguochengzhongmeiyoukaolvqijianshunshidekangdianliunengli,namexitongzaiduociqidongdecaozuoguochengzhong,jiuhenrongyidaozhiqijianbeijichuansunhuai,erzaidianluzhongjiaruNTC,等於在輸入回路啟動時提高輸入阻抗減少衝擊電流,而係統處於穩定狀態時,由於NTC發熱,根據其負溫度特性,阻抗降低,從而在NTC上的損耗也降低,減少了係統的整體損耗。
PTC在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)可(ke)以(yi)起(qi)到(dao)保(bao)險(xian)絲(si)的(de)作(zuo)用(yong),所(suo)以(yi)其(qi)還(hai)有(you)另(ling)一(yi)個(ge)名(ming)字(zi)為(wei)自(zi)恢(hui)複(fu)保(bao)險(xian)絲(si)。在(zai)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong),電(dian)路(lu)出(chu)現(xian)異(yi)常(chang),導(dao)致(zhi)出(chu)現(xian)大(da)電(dian)流(liu)時(shi),如(ru)果(guo)該(gai)部(bu)分(fen)電(dian) 路中串有一個PTC,那麼也就等於在PTC中存在有大電流流過,PTC發熱,根據其正溫度特性,其阻抗將變得很大,使整個回路的阻抗變大,從而使回路的電 流變小,起到了保險絲的作用。根據其正溫度的特性,PTC的另一個作用是在電路中實現過溫保護。
結語
電(dian)阻(zu)的(de)知(zhi)識(shi)涵(han)蓋(gai)非(fei)常(chang)多(duo),不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)知(zhi)道(dao)歐(ou)姆(mu)定(ding)律(lv)後(hou)就(jiu)能(neng)應(ying)用(yong)好(hao),其(qi)中(zhong)還(hai)包(bao)括(kuo)了(le)材(cai)質(zhi)及(ji)其(qi)特(te)殊(shu)性(xing)能(neng),如(ru)電(dian)阻(zu)元(yuan)件(jian)的(de)電(dian)阻(zu)值(zhi)大(da)小(xiao)一(yi)般(ban)與(yu)溫(wen)度(du),材(cai)料(liao),長(chang)度(du),還(hai)有(you)橫(heng)截(jie)麵(mian)積(ji)有(you)關(guan),衡(heng)量(liang)電(dian)阻(zu)受(shou)溫(wen)度(du)影(ying)響(xiang)大(da)小(xiao)的(de)物(wu)理(li)量(liang)是(shi)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu),其(qi)定(ding)義(yi)為(wei)溫(wen)度(du)每(mei)升(sheng)高(gao)1℃時電阻值發生變化的百分數;電阻的主要物理特征是變電能為熱能,也可說它是一個耗能元件,電流經過它就產生損耗,以熱能的形式表現;電阻在電路中通常起分壓、分流的作用;duixinhaolaishuo,jiaoliuyuzhiliuxinhaodoukeyitongguodianzudeng。zuoweiyingjiangongchengshi,xiangyaobayuanqijianyongdedexinyingshou,jiuxuyaotongguoduiqicaizhi,dianqitexingheqiteshuxingzuoshenrudelejie。
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