《模電想說愛你不容易》之無源器件篇：電阻，歐姆定律中的導(dǎo)體

硬小妹：“李工，LED燈的限流電阻選擇666歐姆大小的可以嗎？”

油條李：“那你咋不選擇520歐姆的電阻呢？！”

硬小妹：“好像也可以哦，520比666好聽！”

油條李：“哎！年輕人，總以為自己有的選，其實能選的有限！”

    1827年，歐姆大叔經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灪蛿?shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流成正比，這一結(jié)論奠定了早期電子發(fā)展史的基礎(chǔ)，而電阻作為電路學(xué)中典型的元件，其特性在一定條件內(nèi)遵守歐姆定律。在電子電路中，電阻是我們常見的元器件，它有哪些特點和使用注意事項呢？下面我們一起學(xué)習(xí)一下吧。

一、電阻的類別

    電子行業(yè)發(fā)展至今，已產(chǎn)生了多種多樣的電阻，按照不同的分類方式，電阻可以分為不同的類別：

（1）安裝方式分類。根據(jù)不同的電阻安裝方式，電阻可分為貼片電阻和插件電阻，而插件電阻也就是我們常說的色環(huán)電阻；由于貼片電阻便于批量的生產(chǎn)加工，已成為主流的電阻類型，特別是隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展，體積越來越小，對元器件尺寸的要求也越來越高，普通尺寸的貼片元件已無法滿足要求，需要更加小巧的元件。

（2）伏安特性分類。根據(jù)電阻伏安特性的不同，電阻可分為線性電阻和非線性電阻；線性電阻也就是我們常見的電阻，其阻值大小是穩(wěn)定的，而非線性電阻在一定的電壓或者電流條件下，其阻值大小是變化的，比如熱敏電阻、光敏電阻和壓敏電阻等。

（3）用途不同分類。根據(jù)電阻不同的用途可分為通用型電阻、精密型電阻、高頻型電阻、高壓型電阻、高阻值型電阻、排阻、敏感型電阻。

（4）材料不同分類。根據(jù)電阻制作材料的不同可分為碳膜電阻、合成碳膜電阻、金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、實芯電阻、金屬玻璃釉電阻、繞線電阻。其中碳膜電阻和金屬膜電阻是我們常見的電阻類型，碳膜電阻的成本較低，但穩(wěn)定性差、誤差大；而金屬膜電阻成本高，但體積小、噪聲小、穩(wěn)定性好。

二、電阻的常見品牌

我們常見的電阻品牌主要有以下幾種：

1.國巨Yageo

2.厚聲Uniohm

3.旺詮Ralec

4.羅姆ROHM

5.風(fēng)華高科FengHua

6.華新科Walsin

7.大毅TA-I

8.松下Panasonic

9.威世Vishay

10.幸亞TYOHM

    電阻的制造工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，國內(nèi)和國外廠商的技術(shù)差異較??；在電子產(chǎn)品中電阻是基礎(chǔ)元器件，其價格也是非常低廉的，每年電阻廠商的出貨量都是以億為單位的，比如國巨的年出貨量達(dá)1000億顆以上，風(fēng)華高科的年出貨量達(dá)100億顆以上！

三、色環(huán)電阻

    由于色環(huán)電阻的體積較大，占用PCB板空間，已不是當(dāng)今電子產(chǎn)品的主流電阻類型，但其在電源、家電、玩具等產(chǎn)品中仍有一定的市場。色環(huán)電阻最大的特點就是通過其表面色環(huán)的顏色可以讀出其阻值大小和精度，而無需通過萬用表測量。色環(huán)電阻可分為4道色碼色環(huán)電阻和5道色碼色環(huán)電阻，且5道色碼電阻的精度更高，色環(huán)電阻的讀數(shù)規(guī)則如下所示：

（1）4道色碼色環(huán)電阻。如下圖所示，4道色碼色環(huán)電阻的前三個顏色表示具體的阻值大小，其中前兩個顏色表示具體的數(shù)值，第三個顏色表示乘積倍數(shù)，與這三個顏色相距較遠(yuǎn)的一個顏色表示該阻值的精度；比如，一個4道色碼電阻的顏色為棕、黑、橙、金，查看下圖對應(yīng)顏色可知該色環(huán)電阻的阻值為10x1000 = 10K，精度為5%。

圖源|厚聲官網(wǎng)

（2）5道色碼色環(huán)電阻。如下圖所示，5道色碼色環(huán)電阻的前四個顏色表示具體的阻值大小，其中前三個顏色表示具體的數(shù)值，第四個顏色表示乘積倍數(shù)，與這四個顏色相距較遠(yuǎn)的一個顏色表示該阻值的精度；比如，一個5道色碼電阻的顏色為棕、黑、黑、紅、棕，查看下圖對應(yīng)顏色可知該色環(huán)電阻的阻值為100x100 = 10K，精度為1%。

圖源|厚聲官網(wǎng)

四、貼片電阻

    貼片電阻憑借小巧的體積和易批量生產(chǎn)加工已成為當(dāng)今電子產(chǎn)品的主流電阻類型，其封裝尺寸也越來越小，以滿足電子產(chǎn)品小型化的需求。

1.貼片電阻的封裝。貼片電阻的封裝尺寸單位有公制（mm）和英寸（inch）兩種，我們常說的0402封裝、0603封裝、0805封裝等都是以英寸為單位的；目前電阻的制程工藝最小電阻封裝可以達(dá)到0201、01005以及0075，下表是常用電阻封裝尺寸兩種單位對照表：

2.貼片電阻的阻值。對于0603封裝及其以上封裝尺寸的電阻，其表面可以絲印字符以指示其阻值大小，而對于0402封裝及其以下封裝尺寸的電阻，由于尺寸過小，無法絲印字符，不能指示其阻值大??；那么如何通過電阻表面的絲印字符準(zhǔn)確讀出其阻值大小呢？

（1）純數(shù)字絲印字符。純數(shù)字絲印字符包括兩種：三位數(shù)字和四位數(shù)字，其中數(shù)字的前兩位或者前三位表示數(shù)值，最后一位表示幾個零，比如三位數(shù)字153，表示153 = 15000 = 15K；四位數(shù)字2372，表示2372 = 23700 = 23.7K。另外，三位數(shù)字代表電阻的精度為5%，四位數(shù)字代表電阻精度為小于等于1%。

（2）數(shù)字+R絲印字符。在此R字母表示的是小數(shù)點的意思，用來指示10歐姆以下的電阻值，比如絲印3R24，表示3.24歐姆的電阻。

（3）兩位數(shù)字+字母絲印字符。此種絲印一般出現(xiàn)在0603封裝電阻當(dāng)中，對于小于等于1%精度的0603封裝電阻，其表面絲印空間有限，無法絲印四位數(shù)字，所以采用數(shù)字+字母組合的方式實現(xiàn)，具體如下表所示：

圖源|厚聲官網(wǎng)

如上表所示，此時前兩位的數(shù)字已不代表具體數(shù)值而是某一個阻值的代號，字母代表相應(yīng)的乘積倍數(shù)，比如絲印字符29B，表示196x10 = 1960 = 1.96K。雖然0603封裝以上的貼片電阻能夠通過絲印字符讀出其阻值大小，但是無法區(qū)分出來精度是1%、0.5%還是0.1%，這一點沒有色環(huán)電阻直觀。

五、電阻的特性

    我們在使用電阻的過程中一般關(guān)注的是其阻值大小、封裝尺寸，但是電阻其它的一些參數(shù)也是非常重要的，在一些電路應(yīng)用當(dāng)中需要特別注意的，下面就以貼片電阻為例一起學(xué)習(xí)一下吧。

1.電阻的精度

根據(jù)國際EIA（電氣工業(yè)協(xié)會）規(guī)定，電阻的精度大小分為E24、E48、E96等系列，這些符號表示在1~10之間有多少個標(biāo)準(zhǔn)電阻值，比如E24表示在1~10之間有24個標(biāo)準(zhǔn)電阻值，常規(guī)電阻值在此基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)的10的倍數(shù)，因此這些符號的數(shù)值越大，其代表的精度越高，如下表所示：

2.電阻的功率

常規(guī)貼片電阻的額定功率大小與其封裝尺寸有直接的關(guān)系，封裝越大其額定功率也就越大，比如0402封裝的電阻其額定功率一般為1/16W,0603封裝的電阻其額定功率一般為1/10W,不同電阻廠商相同封裝的電阻其功率大小也會有所差異，如下圖所示：

另外，貼片電阻的功率與環(huán)境溫度是有關(guān)系的，電阻的額定功率是在環(huán)境溫度為70攝氏度以下的條件下測定的，環(huán)境溫度大于70攝氏度時電阻的額定功率會隨之下降，如下圖所示，因此，當(dāng)我們產(chǎn)品的使用環(huán)境溫度大于70攝氏度時，對于電阻的額定功率要降額計算。

圖源|羅姆官網(wǎng)

3.電阻的耐壓值

一般情況下我們都不關(guān)心電阻的耐壓值的大小，盡管電阻的耐壓值都是非常高的，但是實際上也是有限制的，封裝越小的電阻其耐壓值也就越低，比如0201封裝的電阻其耐壓值為25V，0402封裝的電阻其耐壓值為50V，所以在存在高壓信號的電路中我們要充分考慮電阻的耐壓值，預(yù)留一定的余量，以免減小電阻的使用壽命。不同封裝電阻其耐壓值的大小如下圖所示：

4.電阻的溫度系數(shù)

電阻的溫度系數(shù)T.C.R表征的是電阻在不同溫度環(huán)境中的穩(wěn)定性，其值越小表示該電阻值越穩(wěn)定，其計算公式如下圖所示：

其中，t1為25攝氏度或者室溫環(huán)境溫度，t2為實際測試環(huán)境溫度，R1為電阻在t1溫度下的電阻值，單位為歐姆，R2為電阻在t2溫度下的電阻值，單位為歐姆。一般電阻的溫度系數(shù)為100ppm/℃、200ppm/℃或者300ppm/℃。

5.失效分析

碳膜電阻、金屬膜電阻、繞線電阻以及電阻網(wǎng)絡(luò)的失效類型主要包括開路和參數(shù)漂移兩種類型，其中開路占主要原因，這也是我們常見的電阻損壞的形式。電阻的失效一般是由于外界應(yīng)力的擠壓、PCB板熱效應(yīng)、焊接工藝不良等原因造成的，那么電阻失效的概率有哪些因素決定呢？下圖是羅姆公司給出的電阻失效概率計算公式：

其中，這幾項因子分別代表的是基準(zhǔn)失效率、溫度因素、功率因素、過載因素、質(zhì)量因素以及環(huán)境因素，基準(zhǔn)失效率是常數(shù)0.0037，質(zhì)量因素是常數(shù)3，環(huán)境因素是常數(shù)1，其他因子的數(shù)值見下表：

從上表可以看出，電阻的失效概率是比較低的，影響電阻失效概率的因素主要是環(huán)境溫度和負(fù)載功率，因此在實際使用過程中，嚴(yán)格控制使用環(huán)境溫度和負(fù)載電流是有效保護電阻的方式。

六、電阻的應(yīng)用

電阻作為電子電路中常用的元器件，那么它有哪些作用呢？

1.限流

在電路中，將一定阻值大小的電阻與負(fù)載串聯(lián)，進(jìn)而能夠減小流過負(fù)載的電流大小，起到限流的作用，比如將一個220歐姆的電阻與LED燈串聯(lián)，能夠有效減小LED燈的電流，保護LED燈免受損壞。

2.分流

在電路中，將多個電阻并聯(lián)或者將電阻與其它元器件并聯(lián)能夠起到分流的作用，大大增加電路通過的電流大?。煌ㄟ^電阻分流，也能夠提高電路耐壓值的大小。

3.分壓

在硬件電路設(shè)計當(dāng)中，我們經(jīng)常遇到需要將一個高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓的情況，比如將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，此時最簡單有效的方式就是通過兩個電阻分壓實現(xiàn)，另外，如果分壓后的輸出電壓有電流大小的要求，則應(yīng)注意分壓電阻阻值大小和功率的選擇。

4.濾波

電阻和電容、電感配合使用組成了無源濾波電路，包括低通濾波電路和高通濾波電路，濾波電路是我們經(jīng)常使用的，比如電源濾波、信號濾波等，它對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾性起到了關(guān)鍵的作用。

5.阻抗匹配

在通信電路當(dāng)中，一般需要進(jìn)行阻抗匹配的調(diào)整，以使信號正常的傳輸，比如，RS485通信電路、CAN通信電路等需要進(jìn)行120歐姆的阻抗匹配。

6.上拉/下拉

在開漏輸出結(jié)構(gòu)的電路中，需要增加上拉電阻，以使信號正常的輸出；在上電瞬間需要確定電平的信號管腳上增加下拉或者上拉電阻。

    話說歐姆大叔的研究結(jié)論中的電阻是理想的導(dǎo)體，而現(xiàn)實電路中的電阻則是非理想的導(dǎo)體，它會受多種因素的影響而改變其特性，這就是科學(xué)研究與生產(chǎn)加工的差距、理想與現(xiàn)實的差距！電阻作為電路學(xué)中的基礎(chǔ)元器件，它就像是一塊塊的基石，默默無聞，兢兢業(yè)業(yè)，串聯(lián)起了高聳的電子大廈！

    “藥，藥，藥，切克鬧，我是電阻，你在何處，為何拋下我一人痛苦；茫茫電路，不知何故，信號總是阻塞不住；心里發(fā)慌，身體腫脹，你再不來我就要拜拜；哎，終是我一人扛下了所有！”