電阻和電容、電容一起，被稱為電子學領域的三大基本"粒子"，就像復仇者聯(lián)盟中的那幾個奇幻寶石一樣，組成了豐富且神奇的電子世界。
從能量的角度來看，電阻本質上是一個耗能元件，他通過設置障礙，阻礙電子的移動，并讓電子不斷地摩擦而產生熱量。
在歐姆定律中，我們定義電阻為在一個恒定的電壓下，可以流過多少電流，也就是 R = U / I 。
如果使用焦耳定律來理解，可以闡述為在電阻上流過一個電流，單位時間內產生的熱量。
電阻(Resistance，通常用“R”表示)是一個物理量，在物理學中表示導體對電流阻礙作用的大小。導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。不同的導體，電阻一般不同，電阻是導體本身的一種性質。導體的電阻通常用字母R表示，電阻的單位是歐姆，簡稱歐，符號為Ω。
一、電阻的基本原理
電阻和電容、電容一起，被稱為電子學領域的三大基本"粒子"，就像復仇者聯(lián)盟中的那幾個奇幻寶石一樣，組成了豐富且神奇的電子世界。
從能量的角度來看，電阻本質上是一個耗能元件，他通過設置障礙，阻礙電子的移動，并讓電子不斷地摩擦而產生熱量。
在歐姆定律中，我們定義電阻為在一個恒定的電壓下，可以流過多少電流，也就是 R = U / I 。
如果使用焦耳定律來理解，可以闡述為在電阻上流過一個電流，單位時間內產生的熱量。
下圖展示了實際電阻元件的等效模型
真實的電阻器件都是非理想的，存在一定引線電感和極間電容，當應用在頻率較高的場景下時，這些因素不能忽略。
薄膜電阻的頻率特性
上圖是一個薄膜電阻的頻率特性曲線，可以看到這個電阻的高頻特性非常好，它的極間電容只有0.0262pF，引線電感只有0.00189nH，其中75Ω 阻值的電阻在30GHz的頻率下工作還是穩(wěn)定的。
當然，這種薄膜電阻肯定是一種特殊工藝制成的，我們通常使用的貼片電阻主要是以厚膜電阻為主，性能遠達不到上圖中的高頻特性，厚膜電阻的引線電感通常在幾個 nH，兩引線點的極間電容在幾個 pF，因此大多數(shù)厚膜電阻只能使用在幾百 MHz 到 GHz 左右。
二、電阻值的標準
我們在電路設計中所選用的電阻都遵循著一些標準，這主要是為了方便生產和設計，我們不能隨便選一個電阻，比如：5.28Ω。
并不是我們無法生產出來，只是這樣做會導致市場的需求散亂，趨于定制化，自然就沒有辦法進行大批量地制造和供應。
因此，國際上的 IEC 阻值就制定了一個電阻阻值和容差相關的標準。
要注意以下三點：
不同精度的電阻對應著不同精度的系列。通常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。
系列名中的數(shù)字代表著該系列有幾個標準阻值，通常為6的倍數(shù)。例如，E12系列有12個不同的阻值，E192系列有192個不同的阻值。
每個系列的阻值都近似是一個等比數(shù)列，公比為10開多少次方，基數(shù)是10Ω。例如E12系列的公比是10開12次方，E96系列的公比都是10開96次方。
有興趣的可以按照上表數(shù)一數(shù)，算一算是不是上述規(guī)律。
三、阻值標記
我們在設計中選擇最多的是精度為5%和 1%的貼片電阻，一般 0603 及其以上的電阻封裝都會有對應阻值的標記，我們可以先了解一下這些標記的意義。
E24系列(5%精度)
對于大于10Ω的阻值，通常用3位數(shù)字表示阻值，前兩個表示阻值基數(shù)，最后一位表示乘以10的幾次方。
例如標記100代表10Ω，而不是100Ω，472代表4.7kΩ。小于10Ω通常用R來表示小數(shù)點，例如2R0，表示2Ω。
E96系列(1%精度)
E96 系列通常由2位數(shù)字加一個字母表示，2位數(shù)字代表是E96系列的第幾個阻值，字母表示乘以10的幾次方，其中Y代表-1，X代表0，A代表1，B代表2，C代表3，以此類推。
上面說的是貼片類的電阻標識阻值的方式，對于軸向引線封裝的電阻，也就是我們常說的直插電阻，它是利用電阻上的色環(huán)顏色來標識阻值的，因此我們也稱他們?yōu)樯h(huán)電阻。目前市面上除了一些超大功率的地方需要用到色環(huán)電阻外，隨著電路密度不斷地增加，已經(jīng)很少看到色環(huán)電阻了。
色環(huán)電阻的阻值標記都是一圈一圈的色環(huán)。
從左往右，前兩個或三個環(huán)代表數(shù)字，接下來的環(huán)代表乘數(shù)，與前面的數(shù)字相乘便是阻值。再接下來的環(huán)代表電阻的容差，最后就是電阻的溫度系數(shù)。
四、電阻的工藝與結構
這里我們只談固定電阻，也就是我們設計中最常使用的固定阻值的電阻，這種電阻目前在設計選用中分為兩類，一類是軸向引線式的，也就是我們提到的色環(huán)標識的直插電阻，另一類就是片狀電阻。
1 軸向引線電阻
這類軸向引線電阻軸線通常都是圓柱形，兩個外電極是圓柱體兩端的軸向導線。
再從材料和工藝上區(qū)分，可以更細致的分為繞線電阻，
繞線電阻
繞線電阻是將鎳鉻合金導線繞在氧化鋁陶瓷基底上，使用繞制的圈的多少來控制電阻大小。
繞線電阻精度高，容差可以做到 0.005%。
繞線電阻溫度系數(shù)低，主要在于鎳鉻合金材料。
繞線電阻寄生電感大，看繞制方式便知，因此不能用于高頻場景。
繞線電阻可以做大功率電阻。
碳合成電阻
碳合成電阻主要是由碳粉末和粘合劑一起燒結成圓柱型的電阻體，其中碳粉末的濃度決定了電阻值的大小，在兩端加鍍錫銅引線，最后封裝成型。
碳合成電阻工藝簡單，原材料也容易獲得，所以價格最便宜，也就是我們常用的色環(huán)電阻了。
1. 碳合成電阻性能較差，精度只能做到 5% 和 1% ，大多數(shù)場合夠用了。
2. 碳合成電阻的溫度特性不好，因此噪聲也會比較大，適合消費類低端產品。孩子們做實驗用可以。
3. 碳合成電阻的耐壓比較高，因此內部是一個碳棒，基本不會燒毀。
碳膜電阻
碳膜電阻主要是在陶瓷棒上形成一層碳混合物膜。
比如直接在陶瓷棒上涂一層，其中碳膜的厚度和內含的碳濃度可以控制電阻值的大小，這個方式和很多催化燃燒的氣體傳感器一模一樣。
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2024-03-15
如果想更加精確，細分地控制電阻阻值，可以在碳膜上加工出螺旋狀溝槽，這就類似于繞線電阻一樣，只不過繞在上面的是碳膜。螺旋越多電阻越大，最后加金屬引線，樹脂封裝成型。
1. 碳膜電阻可以做的精度更高，因此可以控制碳膜濃度和厚度，且可以雕刻螺紋。
2. 碳膜電阻的溫度特性較差，因為它用的材料還是碳。
金屬膜電阻
與碳膜電阻結構一樣的，金屬膜電阻主要是利用真空沉積技術在陶瓷棒上形成一層鎳鉻合金鍍膜，然后在鍍膜上加工出螺旋溝槽來精確控制電阻。
1. 金屬膜電阻因為采用了鎳鉻合金，因此精度高。
2. 金屬膜電阻的溫度特性也非常好，因此用的是鎳鉻合金。
金屬氧化物膜電阻
把金屬膜電阻的材料換成金屬氧化物就變成了金屬氧化物膜電阻。金屬氧化物膜主要是在陶瓷棒形成一層錫氧化物膜，為了增加電阻，可以在錫氧化物膜上加一層銻氧化物膜，然后在氧化物膜上加工出螺旋溝槽來精確控制電阻。
金屬氧化物膜電阻最大的優(yōu)勢就是耐高溫，因為使用了氧化物。
2 片狀電阻
金屬箔電阻
金屬箔電阻是通過真空熔煉形成鎳鉻合金，它通常是通過滾碾的方式先制作成金屬箔，再將金屬箔黏合在氧化鋁陶瓷基底上，最后通過光刻工藝來控制金屬箔的形狀，從而控制電阻。
金屬箔電阻是目前性能可以控制到最好的電阻。
厚膜電阻
厚膜電阻改善了工藝，采用絲網(wǎng)印刷法，先在陶瓷基底上貼一層鈀化銀電極，然后在電極之間印刷一層二氧化釕作為電阻體，厚膜電阻的電阻膜大約100um，還是比較厚的。
厚膜電阻是目前應用最多的電阻，價格便宜，容差有5%和1%，絕大多數(shù)產品中使用的都是5%和1%的片狀厚膜電阻，現(xiàn)在做設計拍腦袋想到的電阻都是這一類。
薄膜電阻
薄膜電阻就是在氧化鋁陶瓷基底上，通過真空沉積形成鎳化鉻薄膜，通常只有0.1um厚，只有厚膜電阻的千分之一，然后通過光刻工藝將薄膜蝕刻成一定的形狀。
看到?jīng)]，一個是換了材料，一個是換了工藝，把印刷工藝改為真空沉積，精度和穩(wěn)定性一下都提高了。
五、應用與選型
電阻的廠商主要有國巨、光頡，羅姆、威世。大陸主要是風華高科。
1 電阻的應用
發(fā)熱
幾乎所有的電路板上，電阻原件是必不可少的，電路板上使用最多的器件就是電容和電阻，比如各種上下拉電阻，反饋電阻等等。
電阻最常用的作用之一就是發(fā)熱，比如我們冬季常用的電暖氣，電熱毯，電水壺等等，都是利用電阻的發(fā)熱特性制成的。
看上去那些電水壺之類的應用并不是使用的我們上面提到的電阻呀?
不要覺得貼片電阻就沒有加熱作用，當我們在一些工業(yè)極端場景下，很多電子設備無法在極冷天氣啟動，或者在極冷的溫度下精度無法保障，這時候就會用到貼片電阻的發(fā)熱作用。
通常我們會使用一個大功率電阻做預加熱功能，當溫度上來后，設備啟動了再關掉，之所以關掉，因為設備自己工作的功耗也會發(fā)熱，可以保持溫度，反正本身電阻也要發(fā)熱，順手就利用了一下，就好像汽油車冬天開暖風一樣。
比如下面這個設計，就是利用了貼片電阻的發(fā)熱功能，在一個小腔體內部實現(xiàn)了一個恒溫環(huán)境，保證陀螺儀的精度。
跳線
我們可以把 0R 電阻叫做跳線電阻。在電路設計中，為了調試方便或者做兼容設計經(jīng)常使用，通常需要用 0R 電阻將電源分成多路。
使用 0R 電阻作電源分配的時候，需要計算功耗來判斷選擇的電阻是否滿足要求，這時我們要注意，0R 電阻的阻值不是真的為 0，他是一個很小的電阻值，一般不會超過 50mR，我們可以查看數(shù)據(jù)手冊，一般都會注明阻值和過流能力。
有些時候電路中需要一些幾十毫安的電源，比如驅動一個 LED 發(fā)光二極管，電路中的電源往往電壓比較高，并且電流輸出能力比較大，弄一組恒流源來驅動實不可取，因為電流太小，此時可以使用電阻限流作用驅動二極管，這個應該不用多少。
另外，我們可以利用電阻和穩(wěn)壓二極管實現(xiàn)一個小電流的穩(wěn)壓器，這種電路中的電阻就是用來做電流限制的。
分壓
單片機往往工作在 3.3V 的電壓下，有的甚至更低，我們在使用 ADC 進行采樣的時候，肯定允許的最高輸入電壓低于 3.3V，這時候就需要使用電阻進行分壓。
其他的分壓應用比如DCDC輸出電壓反饋，5V 和 3.3V 的電平轉換電路等等。
匹配電阻
高速信號中，PCB走線需要考慮傳輸線模型，要保證阻抗的連續(xù)性，防止信號反射會影響信號完整性。
最常用，最簡單的措施就是源端串聯(lián)匹配電阻，即在信號源端串聯(lián)一個電阻，該電阻和源內阻之和等于傳輸線特征阻抗。
這樣即使負載端不匹配，信號反射回來也會被源端吸收，不會再次反射。
此外，還有各種非線性的靈敏電阻，可以用作傳感器、保護電路，比如溫敏電阻，壓敏電阻，還有氣體傳感器等等，我們單獨用一個篇章來介紹。
2 電阻的選型
選型，簡單地說，就是根據(jù)器件的規(guī)格書，提取關鍵參數(shù)，判斷是否滿足應用的要求。
首先，我們需要根據(jù)應用場景選擇電阻的類型，如果常見的消費類小型化產品，我們肯定以厚膜電阻和金屬膜電阻這種片狀電阻為主。
如果我們的電阻是用來做檢流電阻的，那么記得選擇合金電阻，根據(jù)最大電流和持續(xù)電流來選擇功率，目前這種合金電阻可以做到 5W 的級別。
其次，所有電阻的選擇都需要根據(jù)電流來計算電阻的功率，從而進行封裝的鎖定，一定要有降額設計。
封裝不僅僅由功率決定，很多場景也和我們的產品相關，比如我們的產品是需要維修的，那么我們應該選擇封裝大一些的電阻。
最后，不要忘了電阻的耐壓，別以為電阻沒有耐壓，如果電路中涉及到 220V 甚至更高的電壓時，可不能在高壓中間串聯(lián)一個 1MR 0402 的電阻就認為沒問題，一定要注意小封裝電阻的耐壓。
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