2、硬件工程师之元器件学习—电阻(二)
硬件工程师之元器件学习—电阻二
- 1、电阻的基本使用及电气特性
- 1.1、电阻的阻值有哪些？
- 1.2、电阻封装及功率的种类有哪些？
- 1.3、电阻的品牌及厂家有哪些？
- 1.4、每种封装电阻的价格大概再什么价位？
- 1.5、贴片阻容器件代用原则
- 1.6、电阻的温度特性即温漂
- 1.6.1、利用电阻的温度特性做软起
- 1.6.2、利用电阻的温度阻值特性做温度检测
- 1.6.3、温度对电阻的阻值有怎样的影响？
- 1.7、电阻在低频特性下电阻呈阻性，那么在高频特性下还需要考虑哪些因素呢？
- 1.8、电阻在电路中一般有哪些作用？
- 1.9、压敏电阻在电路中的作用？
- 1.10、气味传感器
1、电阻的基本使用及电气特性
1.1、电阻的阻值有哪些？
电阻有标定值和实际值，而标定值是一个理想中的值，和实际值会有偏差。即存在误差，这个误差一般分为 ±1% 精度 和 ±5% 精度的。一般精密的电流采样或者电压采样会采用 ±1% 精度的电阻，而电阻用作限流功能时会采用 ±5% 精度的电阻。具体根据实际应用场景选择。
如上图所示，第一张为贴片电阻，第二张为插件电阻。贴片电阻的加工工艺是SMT，上图中的贴片电阻有不同的封装，不同封装电阻的阻值、功率及大小不同。如上图中的 103代表该电阻的阻值为 10x10 ^3=10KΩ，473代表该电阻的阻值为 47x10 ^3 = 47KΩ，30R9代表30.9Ω
1.2、电阻封装及功率的种类有哪些？
功率的计算公式之一：P = I x I x R
电阻的功率有：标定值、额定值、瞬态值。其中标定值由电阻的封装决定，额定值由电路中平均电流计算决定，瞬态值由电路中的最大电流计算决定。
问：假设现在有一个电阻，它的封装是 5W，我们在电路中计算下来，它的额定值是 3W，它的瞬态值是 6W，那么这个时候我应该选怎样的一个封装合适呢？选封装就是选标定值合适呢？
答：由于瞬态的时间比较短，对电阻的衰减、老化影响不是特别大，所以这个时候我们更多的是去看它的额定值，额定值3W的话，现在标定值选的是5W的那肯定够了，但是这里一定要注意放余量，不要说3W的额定值就用3W封装的电阻。余量不够会导致电阻发黑老化，明显5W肯定够了。
我们在保证功率的前提下，还要测试电阻的温度，一般的话，要求不要高于70℃。同时还要考虑你的环境温度，标称理想环境温度为25℃，但是实际可能是 -25℃ 或者 +60℃ ，假如电阻的温升已经是50℃了，那50+25=75℃了，50+60=110摄氏度了，所以要综合考虑环境温度和电阻温升对功率的影响。功率的余量放多少是由温升决定的，而温升的高低又是由电阻的散热快慢决定的，不同材质的电阻，它的散热快慢是不一样的，所以说金属封装的电阻，它的散热比水泥电阻要好。金属封装的电阻在体积不是特别大的情况下，它的功率可以做很大。为什么？主要考虑温度。水泥电阻的散热没有铜好，所以同样做 250W 的话，水泥电阻要做超大。
电阻的封装越大，则功率越大；功率越大，则尺寸越大。
如下图所示常用功率与封装对照关系
如下图所示为封装和尺寸的对照关系：
常规的贴片电阻额定功率及最大工作电压如下图所示：
2512封装用来做检流电阻用的，阻值要很低，一般都是毫欧级别比较多，用作检流电阻用的话要求对电流的影响小，如果阻值大的话会影响电路中的电流，导致检测的电流不准确。
电路设计中用来做检测电流的方法：
1、间接法
间接法的话一般采用互感器去做，但是采用互感器去采样电流的话采样精度不高，由于是间接测量的，没有破坏原有的系统，也没有改变原有系统的阻抗。
2、直接法
直接发的话一般采样电阻，那这种电阻就称为检流电阻，采用串联在原有系统中，破环原有的系统，因此，阻值要低。由于是直接测量的，所以采用精度高。
所以我们说电阻一定要计算功率，它有一定的损耗，要放一定的余量。
**电阻的耐压：**封装越小耐压越低，电路设计的时候，电阻在电路种的节点电压需要确定，然后我们再选一个电阻的耐压标称值，然后要放一定的余量，这个余量要放到 1.5倍-2倍。从上图看，0201封装的耐压标称值是 25V，0402封装的耐压标称值是50V，0603封装的耐压标称值是50V，0805封装的耐压标称值是150V，1206到2512封装的耐压标称值都是200V。
如果现在有个需求，要求耐压达到400V，那么当电阻的耐压标称值低于电路节点电压的时候，可以通过多个电阻串联的方式，比如1206封装的串两个就是400，三个就是600，它们的耐压是平均分配的。
在电路设计中，有节点电压和节点电流，采用节点法来计算节点的功率。或者说直到了节点电流和内阻可以计算功率。
常用的工业类产品使用0805封装，消费类产品使用0402或者0603封装的，目前0603封装的用的最多，如果功率要求比较大的可以使用1206封装的电阻。
用万用表测量电阻阻值的时候不要在板子上直接测量，因为板子上测量存在并联电阻的情况，导致测量的阻值不准确，所以建议是要将电阻拆下来测量。
1.3、电阻的品牌及厂家有哪些？
贴片电阻：
| UNI-ROYAL(厚声) | YAGEO(国巨) | RALEC(旺诠) |
| 华新科(Walsin) | FH(风华) | EVER OHMS(天二科技) |
| 台湾大毅 | LIZ(丽智电子) | KOA |
| PANASONIC(松下) | ResistorToday(开步电子) | Tyohm(幸亚电阻) |
| ROHM(罗姆) | HKR(香港电阻) | BOURNS |
| 光颉(Viking) | KAMAYA(釜屋電機) | SEI(Stackpole Electronics Inc.) |
| Multicomp | EYANG(宇阳科技) | VISHAY(威世) |
| SANYEAR(叁叶源) | TE Connectivity(美国泰科) | PSA(信昌电陶) |
| HDK(北陆电气) | Cyntec(乾坤) | SUP(美隆) |
| SUSUMU | ASJ | Keystone |
金属膜电阻：
| YAGEO(国巨) | Tyohm(幸亚电阻) | CCO(千志电子) |
| UNI-ROYAL(厚声) | 台湾双羽 | 台湾大毅 |
| FlyWin(粤翔) | SUSUMU | Firstohm(台湾第一电阻) |
| KOA | SEI(Stackpole Electronics Inc.) | 光颉(Viking) |
| TE Connectivity(美国泰科) | PANASONIC(松下) |
热敏电阻：
| STE(松田) | 时恒 | muRata(村田) |
| FH(风华) | VISHAY(威世) | PANASONIC(松下) |
| Sunlord(顺络) | TDK | RUILON(瑞隆源) |
| SOCAY(硕凯) | ResistorToday(开步电子) | EPCOS |
| Ametherm | HEL鸿志 | 国产 |
| Amphenol |
压敏电阻：
| STE(松田) | TDK | Brightking(台湾君耀) |
| Littelfuse(美国力特) | COV(德欣) | RUILON(瑞隆源) |
| HEL鸿志 | EPCOS | VDR(台灣嵩隆) |
| Dersonic(德尔创) | SOCAY(硕凯) | Sunlord(顺络) |
| FH(风华) | PANASONIC(松下) | AVX |
| AMOTECH(阿莫泰克) | AEM | YAGEO(国巨) |
| JKSEMI(金开盛) |
光敏电阻：
| JCHL(晶创和立) | 森霸 | Seeed(矽递科技) |
1.4、每种封装电阻的价格大概再什么价位？
贴片电阻：
| 封装 | 价格 |
|---|---|
| 0201 | |
| 0402%1 | 0.002767元 |
| 0402%5 | 0.001859元 |
| 0603%5 | 0.003726元 |
| 0603%1 | 0.005042元 |
| 0805%5 | 0.006881元 |
| 0805%1 | 0.009397元 |
| 1206%5 | 0.010907元 |
| 1206%1 | 0.014542元 |
| 2010 | |
| 2512 |
封装越小价格越低，精度越高价格越高
金属膜电阻：
| 封装 | 价格 |
|---|---|
| %1 | 0.03元 |
热敏电阻：NTC热敏电阻：0.16-----0.89元
压敏电阻：0.25元
光敏电阻：
（5-10）、（10-20) 0.23元
（20K-30K) 0.42元
（40-50K） 0.40元
1.5、贴片阻容器件代用原则
贴片电阻器的相互代用必须确保其代用元件之间的参数完全相同，贴片电阻参数主要包括：标称电阻阻值、外形尺寸、精度等级、标称功率等。
贴片电容器的相互代用也必须确保其代用元件之间的参数完全相同，贴片电容参数主要包括：标称电容容值、外形尺寸、精度等级、温度系数、耐压值等。
贴片阻容器件之间的代用必须坚持参数完全相同的原则，特殊情况下高端参数可以替代低端参数，但必须报请产品工艺技师的批准。
贴片电阻器精度等级从高到低的顺序是：
D—±0.5%、F—±1%、G—±2%、J—±5%、K—±10%、M—±20%
贴片电容器精度等级从高到低的顺序是：
B—±0.1pf（≤10pf）、C—±0.25pf（≤10pf）、D—±0.5pf（≤10pf）、F—±1%pf（＞10pf）、J—±5%（＞10pf）、K—±10%（＞10pf）、M—±20%
1.6、电阻的温度特性即温漂
正常的精度值是在环境温度为25℃的情况下给定的，当环境温度在 -55℃ ~ 70℃之间进行变化时，电阻有阻值，一旦有电流流过，则也会做功，一旦做功就会发热，这个就是电阻的温升。再加上标称环境温度 25℃，但实际环境温度一般在 -55℃ ~ 70℃之间，所以，综上所述，温漂是指随着电阻的绝对温度在变化的时候，电阻的阻值也会发生变化。
普通绝大多数的电阻都是负温度特性的，就是说电阻的阻值随着温度的升高，值在下降。但有些特殊电阻是正温度特性的，电阻的阻值随着温度的升高，值在上升。比如白炽灯泡就是正温度特性的，我们也可以利用正温度特性做保护。
如上图所示，要检测一块电源板是否存在短路现象，可以按上图所示将一个白炽灯泡和电源板进行串联，当电源板中存在短路现象时，刚开始的时候，i1电流很大，白炽灯的阻值很小，一旦有电流流过，白炽灯开始做功，产生热量，则电阻上去，在t2时刻，由于白炽灯泡的阻值变的十分大，R2 > R1，则 i2<i1，使流过电源板的电流变小了，由于白炽灯阻值十分大，和电源板是串联的关系，所以分到的电压也很大，白炽灯亮，而电源板上的电阻几乎为0，对电源板起到了保护的作用。实际现象就是看到白炽灯泡亮那就说明，电源板上存在短路现象。
既然电阻的阻值受温度的影响，那么究竟温度对电阻的阻值有多大的影响呢？或者说我温度没变化 1℃ 阻值会变化多少？
那么就要引进 ppm/度，即温度每变化1度，对应的阻值的变化量，如 1 ppm/度就是指温度每变化1度，对应的阻值变化一百万分之1；330 ppm/度 就是指温度每变化1度，对应的阻值变化一百万分之330。
1.6.1、利用电阻的温度特性做软起
如上图所示，在刚上电的时候，电容电压为0，电容等效为短路，但是一上电时有浪涌电流，需要有一个物体：在电容初始上电的时刻，电阻很大，当电容充满电之后，电阻特别小。由于这种需求，就产生了NTC热敏电阻器件，电阻具有负温度特性。如上图在电路种串一个热敏电阻，当一开始上电时，电阻很大，限制了浪涌电流流向电容，随着有电流流过电阻，电阻做功发热，导致阻值降低，使流过的电流逐渐增大，使电容慢慢充满电，这个上电过程称之为软起。
1.6.2、利用电阻的温度阻值特性做温度检测
要知道，在电路种，电阻的阻值、电流都是无法直接采样或测量的，在电子世界中，直接测量的使电压，所以说要把阻值的变化变成电压的变化。
1.6.3、温度对电阻的阻值有怎样的影响？
电路中一般有负温度特性 NTC，以及正温度特性 PTC、灯泡。NTC是指电阻的阻值随着温度的升高而减小，而PTC则是指电阻的阻值随着温度的升高而升高。以及上面讲到的，电阻有一个【ppm/度】的参数，即 1 ppm/度就是指温度每变化1度，对应的阻值变化一百万分之1；大多数情况下可以忽略不计。
1.7、电阻在低频特性下电阻呈阻性，那么在高频特性下还需要考虑哪些因素呢？
还需要考虑电阻的容性和感性
1.8、电阻在电路中一般有哪些作用？
分压、限流、采样
1.9、压敏电阻在电路中的作用？
阻值后电压影响而变化，使线性变化关系吗？不是的。一般压敏电阻有一个阈值电压，低于阈值电压的时候，压敏电阻的阻值特别大，高于阈值电压的时候，压敏电阻的阻值特别小。可以用在防雷击、防波峰群干扰的电路中，保护元器件。
1.10、气味传感器
给气味传感器供电，即在一定的电压下，特殊电阻在燃烧，会产生一定的阻值，当空气发生变化的时候，这个阻值会发生相应的变化，则电压分压就会发生变化。
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