電路設計中電阻的選擇及其作用

    摘 要：

    電阻在電子產品中是最常用的器件之一，基本上只要是電子產品，內部就會存在電阻。電阻可以在電路中用作分壓器、分流器和負載電阻；它與電容器—起可以組成濾波器及延時電路；在電源電路或控制電路中用作取樣電阻；在半導體管電路中用作偏置電阻確定工作點；使用特殊性質的電阻如壓敏電阻、熱敏電阻實現防浪涌電壓、抑制沖擊電流，實現過溫保護等等。電阻是最普通的器件，同時也是電路中不可或缺的器件，選好用好電阻對產品的穩定運行及使用可靠性是至關重要的。

    0 引言：

    電阻的種類很多，普通常用的電阻有碳膜電阻、水泥電阻、金屬膜電阻和線繞電阻等；特殊電阻有壓敏電阻、熱敏電阻、光敏電阻等。不同類型電阻其特性參數都有一定的差異，在電路使用時需要考慮的點也不一樣。對于剛接觸電路設計的工程師來說很可能會忽略電阻的某些特殊的參數，導致產品的穩定性和可靠性得不到保證。正確的理解電阻各個參數及選型的注意事項，且全面的理解電阻在電路中起到的真正作用，才能夠從底層最基本的電路設計上保證產品的優質性。

    1 電阻的基本參數：

    新接觸硬件電路設計的工程師，可能對電阻的第一印象就是物理書上描述的導電體對電流的阻礙作用稱為電阻，用符號R表示，單位為歐姆、千歐、兆歐，分別用Ω、KΩ、MΩ表示。主要關注的參數為1）、標稱阻值：電阻器上面所標示的阻值；2）、允許誤差：標稱阻值與實際阻值的差值跟標稱阻值之比的百分數稱阻值偏差，它表示電阻器的精度。而在電路的設計上，只關注這兩個參數是不夠的，還有兩個重要的參數必須要在設計當中引起重視：額定功率和耐受電壓值，這兩個參數對整個系統的可靠性影響非常大。

    如電路中流過電阻的電流為100mA，阻值為100Ω，那么在電阻上的功率消耗為1W，選擇常用的貼片電阻，如封裝為0805或1206等是不合適的，會因電阻額定功率小而出現問題。因此，選擇電阻的額定功率要滿足在1W以上（電路設計選擇電阻的功率余量一般在2倍以上），否則電阻上消耗的功率會使電阻過熱而失效。

    同樣，耐壓值選擇不合適的情況下，也會因為電阻被擊穿而導致系統設計的失敗。舉個例子：AC-DC開關電源模塊在設計的輸入前端，根據安規GB4943.1標準的要求，在保證插頭或連接器斷開后，在輸入端L、N上的滯留電壓在1S之內衰減到初始值的37%，因此，在設計時一般會采用并接一個或兩個MΩ級阻抗的電阻進行能量泄放，而輸入端是高壓，即電阻兩端是要承受高壓的，當電阻的耐壓值低壓輸入端高壓的情況下，就會產生失效。以下表一是常見SMT厚膜電阻的參數，最終選型時還要和選購器件的廠家核實。

    2電阻在電路中的作用：

    2.1基本作用：

    電子工程師都學習過電阻的基本作用，即在電路中用作分壓器、分流器和負載電阻；它與電容器—起可以組成濾波器及延時電路、在電源電路或控制電路中用作取樣電阻；在半導體管電路中用作偏置電阻確定工作點等，對于這些作用，電路中應用是非常多的，也是非常重要，就不做過多的描述。下面主要給大家介紹0Ω電阻及特殊電阻在電子電路設計中的作用及使用注意事項。

    2.2 0歐姆電阻在電路上的作用：

    相信有很多新電工，在看一些前輩設計的電子產品時會經常看到電路上存在0Ω的電阻，為什么要設計這么一個電阻呢，直接畫板連一塊不就好了，還畫蛇添足干嘛？通過對資料搜索和整理，要點如下：

    1) 模擬地和數字地單點接地


　　只要是地，最終都要接到一起，然后入大地。如果不接在一起就是"浮地"，存在壓差，容易積累電荷，造成靜電。地是參考0電位，所有電壓都是參考地得出的，地的標準要一致，故各種地應短接在一起。人們認為大地能夠吸收所有電荷，始終維持穩定，是最終的地參考點。雖然有些板子沒有接大地，但發電廠是接大地的，板子上的電源最終還是會返回發電廠入地。如果把模擬地和數字地大面積直接相連，會導致互相干擾。不短接又不妥，有四種方法解決此問題：1、用磁珠連接；2、用電容連接；3、用電感連接；4、用0歐姆電阻連接。

    磁珠的等效電路相當于帶阻限波器，只對某個頻點的噪聲有顯著抑制作用，使用時需要預先估計噪點頻率，以便選用適當型號。對于頻率不確定或無法預知的情況，磁珠不合；電容隔直通交，造成浮地；電感體積大，雜散參數多，不穩定；0歐電阻相當于很窄的電流通路，能夠有效地限制環路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗)，這點比磁珠強。

    2) 跨接時用于電流回路

    當分割電地平面后，造成信號最短回流路徑斷裂，此時，信號回路不得不繞道，形成很大的環路面積，電場和磁場的影響就變強了，容易干擾/被干擾。在分割區上跨接0歐電阻，可以提供較短的回流路徑，減小干擾。

    3) 配置電路

    一般，產品上不要出現跳線和撥碼開關。有時用戶會亂動設置，易引起誤會，為了減少維護費用，應用0歐電阻代替跳線等焊在板子上。空置跳線在高頻時相當于天線，用貼片電阻效果好。

    4) 其他用途

    布線時跨線調試/測試用：在開始設計時，要串一個電阻用來調試，但是還不能確定具體的值，加了這么一個器件后方便以后電路的調試，如果調試的結果不需要加電阻，就加一個0歐姆的電阻。臨時取代其他貼片器件作為溫度補償器件 ，更多時候是出于EMC對策的需要。另外，0歐姆電阻比過孔的寄生電感小，而且過孔還會影響地平面（因為要挖孔）。

    總結如下：

    1、在電路中沒有任何功能，只是在PCB上為了調試方便或兼容設計等原因。

    2、可以做跳線用，如果某段線路不用，直接貼該電阻即可（不影響外觀）

    3、在匹配電路參數不確定的時候，以0歐姆代替，實際調試的時候，確定參數，再以具體數值的元件代替。

    4、想測某部分電路的耗電流的時候，可以去掉0歐的電阻，接上電流表，這樣方便測耗電流。

    5、在布線時,如果實在布不過去了,也可以加一個0歐的電阻。

    6、在高頻信號下，充當電感或電容（與外部電路特性有關）用，主要是解決EMC問題。如地與地，電源和IC Pin間。

    7、單點接地（指保護接地、工作接地、直流接地在設備上相互分開,各自成為獨立系統）。

    2.3 特殊電阻在電源模塊外圍防護電路的作用

    最常見的特殊電阻有壓敏電阻和熱敏電阻，這個在AC-DC開關電源設計和應用中起著關鍵的作用，了解下這兩種電阻的特性和具體的作用：

    壓敏電阻MOV是在電路電磁兼容EMC中最常用的器件之一，廣泛的被應用在電子線路中，來防護因為電力供應系統的瞬時電壓突變所可能對電路的傷害。其特性通俗理解為前端電壓高于壓敏電阻的開啟電壓時，壓敏電阻被擊穿，壓敏電阻的阻值降低而將電流予以分流，防止后級受到過大的瞬時電壓破壞或干擾，從而保護了敏感的電子組件。電路防護就是利用壓敏電阻的非線性特性，當過電壓出現在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現對后級電路的保護。壓敏電阻的主要參數有：壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。

    不過，不要把壓敏電阻的作用想的太大了，壓敏電阻是不可以提供完整的電壓保護的，壓敏電阻所能承受的能量或功率是有限的，不能提供持續性的過電壓保護。持續的過電壓會破壞保護裝置(壓敏電阻)，并對設備造成損害。壓敏電阻不能提供保護的部分還有: 開機時的沖擊電流、短路時的過電流、電壓突降等情況，這些情況需要其他方式的防護。

    熱敏電阻是一種跟溫度相關的器件，一般分為兩種，NTC為負溫度系數熱敏電阻，即溫度越高，阻抗越小；PTC為正溫度系數熱敏電阻即溫度越高，阻抗越大。利用阻抗對溫度的敏感特性在電路設計中起到了重要的作用。

    NTC在電路中主要為抑制電路啟動過程中的啟動電流，當系統啟動過程中，由于系統內部存在功率電路、容性及感性負載，因此在啟動瞬間會出現非常大的沖擊電流。如果電路器件選型過程中沒有考慮器件瞬時的抗電流能力，那么系統在多次啟動的操作過程中，就很容易導致器件被擊穿損壞，而在電路中加入NTC，等于在輸入回路啟動時提高輸入阻抗減少沖擊電流，而系統處于穩定狀態時，由于NTC發熱，根據其負溫度特性，阻抗降低，從而在NTC上的損耗也降低，減少了系統的整體損耗。

    PTC在電路中可以起到保險絲的作用，所以其還有另一個名字為自恢復保險絲。在系統運行過程中，電路出現異常，導致出現大電流時，如果該部分電路中串有一個PTC，那么也就等于在PTC中存在有大電流流過，PTC發熱，根據其正溫度特性，其阻抗將變得很大，使整個回路的阻抗變大，從而使回路的電流變小，起到了保險絲的作用。根據其正溫度的特性，PTC的另一個作用是在電路中實現過溫保護。

    3結語：

    電阻的知識涵蓋非常多，不僅僅是知道歐姆定律后就能應用好，其中還包括了材質及其特殊性能，如電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材料，長度，還有橫截面積有關，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數，其定義為溫度每升高1℃時電阻值發生變化的百分數；電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經過它就產生損耗，以熱能的形式表現；電阻在電路中通常起分壓、分流的作用；對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻等。作為硬件工程師，想要把元器件用的得心應手，就需要通過對其材質，電氣特性和其特殊性做深入的了解。

    原文鏈接：http://www.mornsun.cn/news/NewDetail.aspx?id=287&channelid=132<