电阻最详科普：事理分类结构应用与选型_电阻_阻值

电阻，和电感、电容一起，是电子学三大基本无源器件；从能量的角度，电阻是一个耗能元件，将电能转化为热能。

数年前，涌现了第四种基本无源器件，叫忆阻器(Memristor)，代表磁通量和电荷量之间的关系。
XX文库里也有很多资料，有兴趣可以理解一下。

常日，都是根据欧姆定律来定义电阻，给电阻加一个恒定电压，会产生多大电流；也可以，通过焦耳定律来定义，当电阻流过一个电流，单位韶光内会产生多少热量。
实际电阻的等效模型

同样的，实际电阻都是非空想的，存在一定引线电感和极间电容，当运用处所频率较高，这些因数不能忽略。

上图电阻的高频特性非常好，可以看到极间电容只有0.03pF，引线电感只有0.002nH，个中75Ω的电阻可以到30GHz。
我们常日利用的贴片电阻大都是厚膜电阻，性能远达不到如此，其引线电感有几个nH，极间电容也有几个pF，大多只能用到几百MHz或几个GHz。

标准阻值表

常日电阻阻值都是标准，上图给出了不同精度(容差)的电阻的标准阻值，常日乘以10的倍数或除以10的倍数，就可以得到所有阻值。

如何记住上述阻值表呢？实在也很大略，把稳以下三点：

不同精度的电阻对应着不同精度的系列。
常日10%精度的是E12系列，2%和5%是E24系列，1%是E96系列，而0.1%、0.25%和0.5%是E192系列。

系列名中的数字代表着该系列有几个标准阻值，常日为6的倍数。
例如，E12系列有12个不同的阻值，E192系列有192个不同的阻值。

每个系列的阻值都近似是一个等比数列，公比为10开多少次方，基数是10Ω。
例如E12系列的公比是10开12次方，E96系列的公比都是10开96次方。

有兴趣的可以按照上表数一数，算一算是不是上述规律。
其余，根据IEC的规定，2%精度对应是E48系列有48个阻值，有兴趣的可以算一下是哪些值。
上表中，Vishay可能不生产该系列了。

阻值标记(Marking)

常日我们利用最多的便是5%和1%的片状电阻，一样平常0603以上的电阻封装上都有标记表示电阻值。

E24系列(5%)对付大于10Ω，常日有3位数字表示阻值，前两个表示阻值基数，末了一位表示乘以10的几次方。
例如标记100代表10Ω，而不是100Ω，472代表4.7kΩ。
小于10Ω常日用R来表示小数点，例如2R2，表示2.2Ω。

E96系列(1%)

常日由2位数字加一个字母表示，2位数字代表是E96系列的第几个阻值，字母表示乘以10的几次方，个中Y代表-1，X代表0，A代表1，B代表2，C代表3，以此类推。
例如47C，从表中数到47个阻值，是30.1，C代表乘以10的3次方，便是30.1kΩ。

其余，对付轴向引线封装的电阻，阻值标记都是一圈一圈的色环，详细含义如下图所示：

从左往右，前两个或三个环代表数字，接下来的环代表乘数，与前面的数字相乘便是阻值。
再接下来的环代表电阻的容差，末了便是电阻的温度系数。

二、电阻的工艺与构造电阻的工艺种类繁多，可以根据阻值是否可以变革，分成两大类先容：

固定电阻

可变电阻

2.1 固定电阻固定电阻，顾名思义便是电阻值是定值，不可变。
大多数时候，我们利用的电阻都是固定值的。
可以根据封装的不同大致再分类

2.1.1 轴向引线电阻(Axial Leaded Resistor)

轴线引线电阻常日都是圆柱形，两个外电极是圆柱体两端的轴引导线，根据材料和工艺的不同还可以再分为多种。

绕线电阻(Wire Wound Resistor)

绕线电阻是将镍铬合金导线绕在氧化铝陶瓷基底上，一圈一圈掌握电阻大小。
绕线电阻可以制作为精密电阻，容差可以到0.005%，同时温度系数非常低，缺陷是绕线电阻的寄生电感比较大，不能用于高频。
绕线电阻的体积可以做的很大，然后加外部散热器，可以用作大功率电阻。

碳合成电阻(Carbon Composition Resistor)

碳合成电阻紧张是由碳粉末和粘合剂一起烧结成圆柱型的电阻体，个中碳粉末的浓度决定了电阻值的大小，在两端加镀锡铜引线，末了封装成型。
碳合成电阻工艺大略，原材料也随意马虎得到，以是价格最便宜。
但是碳合成电阻的性能不太好，容差比较大(也便是做不了精密电阻)，温度特性不好，常日噪声比较大。
碳合成电阻耐压性能较好，由于内部是可以看作是碳棒，基本不会被击穿导致被烧毁。

碳膜电阻(Carbon Film Resistor)

碳膜电阻紧张是在陶瓷棒上形成一层碳稠浊物膜，例如直接涂一层，碳膜的厚度和个中碳浓度可以掌握电阻的大小；为了更加精确的掌握电阻，可以在碳膜上加工出螺旋沟槽，螺旋越多电阻越大；末了加金属引线，树脂封装成型。
碳膜电阻的工艺更加繁芜一点，可以做精密电阻，但由于碳质的缘故原由，还是温度特性不太好。

金属膜电阻(Metal Film Resistor)

与碳膜电阻构造类似，金属膜电阻紧张是利用真空沉积技能在陶瓷棒上形成一层镍铬合金镀膜，然后在镀膜上加工出螺旋沟槽来精确掌握电阻。
金属膜电阻可以说是性能比较好的电阻，精度高，可以做E192系列，然后温度特性好，噪声低，更加稳定。

Metal film resistor Â

金属氧化物膜电阻(Metal Oxide Film Resistor)

与金属膜电阻构造类似，金属氧化物膜紧张是在陶瓷棒形成一层锡氧化物膜，为了增加电阻，可以在锡氧化物膜上加一层锑氧化物膜，然后在氧化物膜上加工出螺旋沟槽来精确掌握电阻。
金属氧化物膜电阻最大的上风便是耐高温。

2.1.2 片状电阻

金属箔电阻(Metal Foil Resistor)

金属箔电阻是通过真空熔炼形成镍铬合金，然后通过滚碾的办法制作成金属箔，再将金属箔黏合在氧化铝陶瓷基底上，再通过光刻工艺来掌握金属箔的形状，从而掌握电阻。
金属箔电阻是目前性能可以掌握到最好的电阻。

厚膜电阻(Thick Film Resistor)

厚膜电阻采取的丝网印刷法，便是再陶瓷基底上贴一层钯化银电极，然后在电极之间印刷一层二氧化钌作为电阻体。
厚膜电阻的电阻膜常日比较厚，大约100微米。
详细工艺流程如下图所示。

厚膜电阻是目前运用最多的电阻，价格便宜，容差有5%和1%，绝大多数产品中利用的都是5%和1%的片状厚膜电阻。

http://www.vishay.com/docs/28893/usinglasertrimmableresistors.pdf

薄膜电阻(Thin Film Resistor)

薄膜电阻便是氧化铝陶瓷基底上通过真空沉积形成镍化铬薄膜，常日只有0.1um厚，只有厚膜电阻的千分之一，然后通过光刻工艺将薄膜蚀刻成一定的形状。
Thin Film工艺在此前电容和电感的文章中已经提到过多次了，光刻工艺十分精确，可以形成繁芜的形状，因此，薄膜电容的性能可以掌握的很好。

2.2 可变电阻可变电阻便是电阻值可以变革，可以有两种：一是可以手动调度阻值的电阻；另一种便是电阻值可以根据其他物理条件而变革。

2.2.1 可调电阻

上中学的时候，该当都利用过滑动变阻器做实验，动一动滑动变阻器，小灯泡可以变亮或变暗。
滑动变阻器便是可调电阻，事理都是一样的。

可调电阻，常日分成了三种：

Potentiometer

电位器或分压计，这是一种三端口器件。
电位器被中间抽头分成两个电阻，通过中间抽头可以改变两个电阻的阻值，就可以改变分得的电压。

Rheostat

变阻器，实在便是电位器，唯一的差异便是变阻器只须要用到两个端口，纯粹一个可以精确调度阻值的电阻。

Trimmer

微调器，实在也是电位器，只不过不须要常常调度，例如设备出厂的时候调度一下即可，常日须要用螺丝刀等分外工具才能调度。

2.2.2 敏感电阻

敏感电阻是一类敏感元件，这类电阻大都对某种物理条件特殊敏感，该物理条件一变革，电阻值就会随着变革，常日可以用作传感器， 例如光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等等。
在电路设计运用比较多的该当是热敏电阻和压敏电阻，常用作保护器件。

热敏电阻

PTC便是正温度系数电阻，常日有两种：一种是陶瓷材料，叫CPTC，适用于高电压大电流场合；另一种是高分子聚合物质料，叫PPTC，适用于低电压小电流场合。

陶瓷PTC，其电阻材料是一种多晶体陶瓷，是碳酸钡、二氧化钛等多种材料的稠浊物烧结而成。
PTC温度系数具有很强的非线性，当温度超过一定阈值时电阻会变得很大，相称于断路，从而可以起到短路和过流保护的浸染。

同时还有负温度系数电阻，即NTC就不详细先容了。

压敏电阻

压敏电阻常日都是金属氧化物可变电阻，即Metal Oxide Varistor(MOV)，其电阻材料是氧化锌颗粒和陶瓷颗粒稠浊后一起烧结成型。
MOV的特性便是当电压超过一定阈值的时候，电阻迅速低落，可以通过大电流，因此可以用于浪涌防护和过压保护。

将氧化锌陶瓷采取和MLCC类似的工艺制作成多层型压敏电阻，即 MLV。
MLV封装较小，常日是片状的，额定电压和通流能力都比MOV小很多，适用于低压直流场合。

三、电阻的运用与选型电阻的厂商紧张有国巨、松下、罗姆、威世、还有海内的风华高科等等。

3.1 电阻的运用基本上没有电路板会不用电阻，任何电路板上利用最多的器件便是电容和电阻。
各种高下拉电阻，反馈电阻等等。
水平有限，大略讲述一下。

热效应

根据焦耳定律，电流流过电阻就会发热。
电阻的热效应的运用也有很多，电热毯、电火桶、电水壶。

对付一些室外运用的电子设备，特殊对付一些集成有高性能CPU的SOC，对事情温度哀求很苛刻，大都只能知足商业级运用，大冬天在东北，零下三十多度，温度太低，很可能开不了机。
常日都会加一个大功率电阻做预加热功能，当温度上来后，设备启动了再关掉。
之所有关掉，由于设备自己事情的功耗也会发热，可以保持温度。

作为硬件工程师，常常要跑到环境实验室去定位问题。
为了复现一个高温问题，须要跑到环境实验室搭测试环境，关键温箱就那么几个，还要预约，常常要排队太麻烦了。
于是我就自己作了一个再大略不过的定位神器，便是给水泥电阻焊一个DC电源座子，然后插各种电源适配器，调度温度。
然后往某某芯片上放个几分钟，没有问题，再换一个，问题复现，问题聚焦到某个芯片上，在自己的工位上就完成高温问题的定位。

零欧姆电阻

零欧姆电阻也叫跳线电阻(Jumper)。
在电路设计中，为了调试方便或者作兼容设计常常利用。
例如在作预研设计时，为了调试时能测试芯片的每组电源的事情电流，常日须要用零欧姆电阻将电源分成多路。

利用零欧姆电阻时，最常碰着的问题便是功耗怎么算，如何判断选择的电阻是否知足哀求？

此时，就须要从电阻的规格书中获取干系参数，从下图可以看出RC0402的零欧姆电阻，其电阻值不会超过50mΩ，额定电流不超过1A，由此就可以判断电阻是否知足设计哀求。
常日0402的零欧姆电阻都可以知足1A以下的电流哀求。

限流

有些时候电路中须要一组几十毫安的电源，但是其电压在电路中其他地方都用不到，此时单独弄一组DCDC或者LDO都不太得当，由于电流太小。
此时可以利用稳压管稳压电路。

分压

分压例如ADC采样电路，DCDC输出电压反馈，电平转换等等。

匹配电阻

对付高速旗子暗记，PCB走线须要考虑传输线模型，要担保阻抗匹配，防止旗子暗记反射会影响旗子暗记完全性。
阻抗匹配便是担保负载阻抗与传输线的特色阻抗相等以肃清反射。
最常用最大略的便是源端串联匹配，即在旗子暗记源端串联一个电阻，该电阻和源内阻之和即是传输线特色阻抗，这样纵然负载端不匹配，旗子暗记反射回来会被源端旗子暗记，不会再次反射。

此外，还有各种非线性的灵敏电阻，可以用作传感器、保护电路等等。

3.2 电阻的选型选型大略的说，便是根据器件的规格书，提取关键参数，判断是否知足运用的哀求。

3.2.1 固定值电阻

常见类型的电阻的紧张参数的比拟如下图所示，出货量最大的该当是厚膜电阻和金属膜电阻。

3.2.2 热敏电阻

PTC在电路中的紧张浸染和保险丝类似，便是过流保护，差异便是保险丝是一次性的，而PTC是可规复的，而很多时候换保险丝是不可接管的，影响客户体验。
PTC也属于安规器件，常日哀求通过UL1439认证。

上图是PTC的阻抗温度特性，当过流的时候PTC发热，温度迅速上升，PTC的阻抗迅速变大，形成断路，断路后电流低落，发热减少，温度低落，PTC规复低阻抗。
因此，PTC非常适宜短时过流。

保持电流

选用PTC的时候，首先要考虑设计事情电流，不能超过PTC保持电流，此时PTC可以保持低阻抗状态。
PTC的保持电流会随着事情温度的升高而降落，因此，事情温度时须要考虑的主要成分。

动作电流

动作电流，即PTC进入高阻抗状态，断路保护的电流。

额定电压

即PTC能承受的最大电压，超过额定电压，PTC可能会被击穿短路，进而引起烧毁。
因此，设计时要考虑各种情形下PTC的事情电压不能超过其额定电压。

当PTC断路保护的时候，会承受全体电源电压，PTC选型的时候，额定电压要大于电源电压。
常日考虑降额到80%，即电源电压12V，要选择耐压15V以上的PTC。

在电源输入端口，须要考虑浪涌防护，此时要考虑最大的浪涌电流，乘以PTC的电阻，即PTC承受的浪涌电压，不能超过PTC额定电压。

额定电流

即在额定电压下，PTC能承受的最大短路电流，短路电流超过额定电流，PTC将会破坏。

直流电阻

PTC直流电阻的存在，会使PTC存在一定的直流压降，设计时要把稳压降后的电源电压要知足哀求。

和保险丝比较，PTC的额定电压和额定电流都小很多，而PTC的直流阻抗常日是保险丝的两部旁边。
PTC保护的时候，实际是高电阻状态，因此会有毫安级的泄电流，而保险丝是熔断机制，割断电流利路，基本不存在泄电流。

3.2.3 压敏电阻

压敏电阻的特性与稳压二极管(Zener diode)、TVS类似，都属于钳位型器件，紧张用于防护电路瞬态过压，例如浪涌。

选择防护器件，紧张考虑两个方面：一是防护器件在正常事情条件下不能动作或者破坏，二是在设计范围内的非常情形下要能起到保护电路的浸染，即防护能力。

额定事情电压

额定事情电压可以认为是MOV能保持高阻抗状态的最高持续事情电压。
根据运用处所，MOV可以分为互换和直流两种，两种场合用的器件规格是不一样。
用于直流场合的MOV常日不能用于互换场合。

MOV的额定事情电压，互换场合考虑互换额定电压，即Vrms或Vm(ac)，上图中的器件可以有效值130V的互换电中正常事情。
超过这个电压，MOV可能动作或者破坏，导致电路无法事情。

紧张用于防护瞬态高压，持续的过高电压会导致MOV破坏。

钳位电压

MOV是钳位型器件，碰着瞬态高压时，阻抗会低落，通过大电流，瞬态高压会被抑制，但不会降为零，而是依然保持相对高压，常日是额定事情电压的2到3倍。
选择MOV时，要把稳钳位电压不能超过被防护器件的最高耐压，超过时，须要采取多级防护，例如后级加一个大功率电阻去耦，再加一颗TVS，利用TVS的低钳位电压进一步减小残压。

最大脉冲电流

雷击或者感性负载切换等等，会产生很大浪涌电流，MOV除了钳位住高压以外，还须要泄放浪涌电流。

MOV能否承受住浪涌电流，紧张和一段韶光内MOV承受的能量大小有关，能量过大，MOV过热烧毁。
能量的大小，和浪涌的波形和数目有关，常日，器件的浪涌能力都按8/20us波形能测试。
上图中的MOV，单个3500A的8/20us的浪涌脉冲，连续2个3000A的8/20us的浪涌脉冲，连续20个750A的8/20us的浪涌脉冲。

此外，MOV的寄生电容比较大，不能用在较高速率的旗子暗记线上。
MOV的相应韶光比TVS慢，对一些快速的脉冲，像ESD可能不起浸染。
这些也是我们须要考虑的成分。

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