IoT硬件-电阻器

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什么是电阻？

什么是电阻？简单来说，电阻就是指电流在电路中所遇到的阻力，或者说是指物体对电流的阻碍才能。电阻越大，电流所遭到的阻力就越大，因而电流就越小。反之，电阻越小，电流所遭到的阻力就越小，因而电流就越大。

电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

电阻的定义: 比值定义法 R=U/I 和 决定式 R=ρl/s 

电阻的符号是“R”。电阻的单位为欧姆，简称欧，用字母“Ω”表示。

注：电阻是一种能力，电阻器是一种元器件。

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电阻器的分类

电阻器根据材料用途可进行如下分类：

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电阻的高频特性

为什么要把这个特性单独拎出来说，电阻器在高频场合中使用时，必须考虑电阻器固有电感和固有电容的影响。此时电阻器的等效电路相当于一个直流电阻Ro 与分布电感LR 串联，然后再与分布电容CR 并联，如图1所示。一般情况下，非线绕电阻器的高频分布参数较小， LR 为0.01- 0.09μH，CR 为0.1-5pF 。线绕电阻器的高频分布参数较大， LR 为几十微亨， CR 为几十皮法。

电阻器在高频场合中使用时，必须考虑电阻器固有电感和固有电容的影响。此时电阻器的等效电路相当于一个直流电阻Ro 与分布电感LR 串联，然后再与分布电容CR  并联，如图1所示。

图1 高频场合下电阻器的等效电路

根据电阻的等效电路图，可以方便的计算出整个电阻的阻抗：

Z = jwL+1/(jwC+1/R)

下图描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系，正像看到的那样，低频时电阻的阻抗是R，然而当频率升高并超过一定值 时，寄生电容的影响成为主要的，它引起电阻阻抗的下降。当频率继续升高时，由于引线电感的影响，总的阻抗上升，引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。

电阻阻值的标示法：

1、色环标示法：

1、直标法：

直标法分为数码标示法和文字符号标示法

数字法一般为三个数字， 前两位数字为有效数字， 第三位数字为倍率10X（倍率X=0~8）当X为9时，则表示为10-1

例如：103=10*103Ω=10K    471=47*101Ω=470Ω    

            2R2=2.2Ω R15=0.15Ω

文字标示法是用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来标称阻值，其允许误差也用文字符号表示。

例如：1R5J=1.5Ω±5%         2K7M=2.7KΩ±20%

            R1F=0.1Ω±1%          2.2GK=2200MΩ±10%

电阻器的误差

在具体的电路应用中， 电路对电阻器阻值的大小需求是无限的， 但工厂生产的电阻器不可能满足使用者对电阻器参数的所有要求。为了保证使用者能在一定范围内选择合适的电阻器， 就需要按一定的规律科学地设计其阻值，同时亦便于厂家生产。通过数学分析，电阻器的标称阻值包括： E6、E12、E24、E48、E96和E192 系列，它们分别适用于允许误差为± 20%（M）、±10%（K)、±5%(J)、±2%(G)、± 1%(F)、± 0.5%(D) 的电阻器。

E6中“E”代表指数间隔的意思(Exponential Spacin 的首字母），后面的“ 6”表示只有6 种数字系列。

E6的基本数值： 1.0 、1.5 、2.2 、3.3 、4.7 、6.8 。

E6 的公比系数为 =1.4687≈ 1.56 系列的电阻规定几个基本系数，

这些系数再乘以10n( 其中n为整数) ，即为某一具体电阻器阻值。如 1.5 ×102=150Ω。

电阻的额定功率

电阻额定功率符号标示法：

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电阻器的选型

在电子电路设计的时候，应根据电子设备的技术指标、电路的具体要求和电阻的特性参数“因地制宜”地来选用电阻的型号和误差等级；额定功率应大于实际消耗功率的1.5-2倍；电阻装接前要测量核对，尤其是要求较高时，还要人工老化处理，提高稳定性。下面是有关电阻的选型基本原则。

1、电阻器的归一化选型

归一化选型原则只是针对电阻选型的一个“轮廓”，根据以往工程师的选型经验总结出来的，具有大众化的选型意义，在要求严格的电路设计中，还需要根据具体电路设计中的电器要求对电阻选型进行进一步的考量。

1.1、金属膜电阻器：1W以下功率优选金属膜电阻；1W及1W以上功率优选金属氧化膜电阻；

1.2、熔断电阻器：不推荐使用。反应速度慢，不可恢复。建议使用反应快速、可恢复的器件，以达到保护的效果，并减少维修成本。

1.3、绕线电阻器：大功率电阻器。

1.4、集成电阻器：贴片化。插装项目只保留并联式，插装的独立式项目将逐步淘汰，用同一分类的片状集成电阻器替代。

1.5、片状厚膜电阻器：在逐步向小型化、大功率方向发展，优选库会随着适应发展方向的变化而动态调整。这类电阻器是小功率电阻的优选对象。

1.6、片状薄膜电阻器：建议使用较高精度类别。

性能要求——可选用种类

额定功率——电阻值范围

2、电阻的一般特性参数选型要求

2.1、精度：在设计中不要盲目的追求电阻本身的精度，即使高精度的电阻受环境的影响，也会超出其范围。所以应该更加的关注可靠性试验的指标。目前选择电阻的精度不建议超过0.1%，常用的厚膜电阻都是5%，1%以上精度要求电阻，建议选用厚膜电阻；1%以下精度要求电阻，建议选用薄膜电阻。

2.2、不选用极限和边缘规格：不选用各分类电阻器的极限规格。如电阻器具体系列中的最大最小阻值的边缘规格。

2.3、降额使用：降额使用是提高电阻器工作可靠性和寿命的最重要手段。电阻的功率取决于封装的大小，薄膜电阻的功率很小，一般小于1W，电阻在使用时，一定要对功率进行降额。不同类别的电阻具有不同的绝缘介质和自愈机制，对承受应力（主要是工作电压、消耗功率和工作环境温度）的降额程度要求有差异，但一般都在0.6倍额定承受应力下使用，不超过0.75倍。

2.4、电阻值变化：电阻器在实际工作时的电阻值不同于标称电阻值，而与以下因素有关：

a.阻值偏差：实际生产中电阻器的阻值会偏离标称阻值，此偏离应在阻值允许偏差范围内。

b.工作温度：电阻器的阻值会随温度变化而变化。此特性用TCR值即电阻温度系数来衡量。

c.电压效应：电阻器的阻值与其所加电压有关，变化可以用电压系数来表示。电压系数是外加电压每改变 1 V时电阻器阻值的相对变化量。

d.频率效应：随着工作频率的提高，电阻器本身的分布电容和电感所起的作用越来越明显。

e.时间耗散效应：电阻器随工作时间的延长会逐渐老化，电阻值逐渐变化(一般情况下增大)。

外加应力下电阻值漂移应在电路要求的范围内，同时还应考虑老化因素。应给出设计裕度(一般为电路要求变化范围的一半，如电路要求可在±10%范围内变化，应选择在±5%内变化的电阻器)。

2.5、额定工作温度：各种具体型号的电阻器都有规定的额定环境工作温度范围，在实际使用中不应超出规定的环境工作温度范围。

目前TCR小的电阻器只有薄膜电阻，一般情况下，碳膜与陶瓷电阻器TCR为负，对于低TCR设计，首选推荐10ppm。不同材料电阻的TCR有很大的变化，大致范围可以从下表看出：

2.6、降功耗曲线：当工作环境温度高于70°C时，应在原使用基础上再进行降额。降额曲线如下图所示：

2.7、管脚表层金属：管脚表层金属采用Sn/Pb或Sn，焊接性能好，价格便宜，尽量避免采用贵金属管脚或外电极的电阻器。

2.8、安装：尽量采用表面贴装的电阻器。表面贴装不仅生产效率高，体积小，且由于大量使用而价格低。为节省空间还可使用表面贴装的集成电阻器。

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