2019-09-09
基础讲座
技术信息
电阻的基础知识
电阻与电容、电感一样都是最基本的元器件，大量使用于各种电气或电子设备中。对从事电气工作的人而言或许过于普通，平时忽视了它，但如果没有电阻，电气或电子电路就无法建立。电阻就是如此重要的元器件。
电阻的作用
电阻是具有一定电阻的被动元器件。电阻的作用是基于欧姆定律“电压(V)＝电流(I)×电阻(R)”。
主要作用是电流控制、分压、电流检测和偏置(提供偏压)这4项。
【电流控制】
电阻可以将电子电路的电流控制在额定值以下。譬如LED电路，通过与LED串联连接电阻，将电流控制在额定值以下，就可以防止LED烧坏。
【分压(分配电压)】
串联连接2个以上的电阻时，就可分配为与所连接的电阻值成正比的任意电压。
【电流检测】
电流流向电阻时，其两端会产生由电流转换的电压。
电压可以测量流向电路的电流。
【偏置(提供偏压)】
施加电压使诸如三极管的半导体工作称为“偏置”。
该偏置(偏压)需要对三极管的各端子(发射极、集电极、基极)施加不同的电压。
除上述功能外，还作为阻尼(Damping)电阻、终端电阻、上拉/下拉电阻等使用。
电阻的原理
电阻的数值取决于电阻材料的电阻率及其截面积和长度。
R =
ρ・L
S
- R
- 电阻值(Ω)
- L
- 长度(㎝)
- W
- 宽度(㎝)
- T
- 高度/厚度(㎝)
- S
- 截面积(W・T)
- ρ
- 电阻率(Ω・㎝)
如公式所示，电阻率ρ(Ω·cm)乘以电阻体的长度L所得的数值除以截面积S后就得到电阻值。这里给出金属的电阻率，可供参考。
| 金属名 | 符号 | 电阻率 (μΩ･cm) |
|---|---|---|
| 金 | Au | 2.40 |
| 銀 | Ag | 1.62 |
| 钯 | Pd | 10.8 |
| 镍 | Ni | 7.24 |
电阻的术语
电阻具有表示技术规格和额定值的参数。这里对它们的术语进行了归纳。用粗体字表示的4项，是电阻的基本参数。
| 额定功率(W) | 在额定温度下可连续施加的最大功率。 |
| 电阻值(Ω) | 电阻的大小。电阻值的数值已通过公共标准做成标准化。 |
| 电阻值容差(%) | 容许的电阻值的上限及下限。表示电阻值的精度。 |
| 电阻温度系数(×10－6/K) | 电阻值相对于周围温度变化的变化率。 |
| 元件最高电压(最高使用电压)(V) | 可连续施加的电压最大值。 |
| 类别温度范围(℃) | 可连续使用的周围温度范围。 |
| 直流电阻值(Ω) | 施加直流电压测量时的电阻值，是作为基准的数值。 |
| 耐压(V) | 对进行了绝缘封装的可确保产品绝缘性的封装上，所施加的最大电压。 |
| 绝缘电阻(Ω) | 进行了绝缘封装的产品封装的最小电阻值。 |
| 焊锡耐热性 | 使用焊锡焊接后的电气和机械稳定性。 |
| 耐湿性 | 相对于湿气的电气和机械稳定性 |
| 温度周期 | 相对于温度变化的电气和机械稳定性。 |
| 耐久性(负荷) | 额定温度下连续施加额定电压时的电气和机械稳定性。 |
| 端子强度 | 对端子部施加机械负荷时的机械强度。 |
| 耐振性 | 相对于振动的电气和机械稳定性。 |
| 阻燃性 | 过载时的自熄、不易燃。 |
电阻值、电阻值容差标注相关标准
如术语的电阻值中所述，电阻值及容差的标注参照如下标准。
- IEC 60062：Marking codes for resistors and capacitors
- IEC 60063：Preferred number series for resistors and capacitors
根据上述标准将电阻值标准数列化。电阻值并非1Ω、2Ω、3Ω那样的整数，而是2.2Ω、4.7Ω那样的小数。这是因为电阻值以标准数(E系列)为准。系列的“E”是Exponent(指数)的E，后面的数字，譬如24是分割数。即E24是从1到10用等比级数(10的24次方根)分割。电阻在实际的使用中很多时候也按比或比例使用，与整数相比在大多数情况下这个标准数列化的数值更便于使用。
| 系列 | 电阻值容差的大致标准 | 公比 | 电阻值(例) |
|---|---|---|---|
| E12 | ±10% | 1210≈1.21 | 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, ・・・ |
| E24 | ±5% | 2410≈1.10 | 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, ・・・ |
| E96 | ±1% | 9610≈1.02 | 1.00, 1.02, 1.05, 1.07, 1.10. ・・・・ |
电阻的结构
以下是典型的电阻的基本结构。根据用途区分使用，但近年来在小型设备中贴片电阻已成为主流。
电阻的选定
设计中电阻的选定，必须选择符合电路基板的尺寸要求和安装方法、所具备的性能等多项要求事项的电阻。
【根据安装方法进行选定】
表面安装、或引线插入/固定安装
近年来表面安装愈来愈多，但是必须根据电路规模或规格来选择引线插入和螺丝固定等电阻。基本上要以整个电路基板的安装规格为前提进行研究，理想的做法是安装到1种基板上的方法为1种。
| 安装方法 | 电阻 | 包装/基板安装相关研究 | 锡焊/安装方法的研究 |
|---|---|---|---|
| 表面安装 | 贴片电阻 贴片电阻网络等 |
对应自动安装包装(绑带、散装品等) | 回流焊 射流焊接 |
| 引线插入 /固定 |
低功率电阻器碳/金属被膜等) 功率型电阻器(绕线等) 引线端子固定网络电阻等 |
可否自动安装(径向/轴向绑带等) 手工锡焊用引线加工 |
射流焊接 手工锡焊 螺丝固定 |
【根据性能、特性、尺寸要求进行选定】
额定值、精度、温度特性、功能、耐环境、散热、尺寸、高度等
除了安装方法外，各电阻还有其性能、特性、尺寸相关要求。为了满足个别要求，譬如即使想要进行表面安装，有的表面安装类型的电阻器也无法对应。此外，有的情况下也会出现为了对应苛严的环境条件而限制事项增多、选项少等折中方案。在进行电阻的选择时，必须从性能、特性、尺寸、安装方法等全局角度出发进行研究。
【贴片电阻的选定】
在选择贴片电阻时，必须满足性能、特性等固有的要求事项，一般情况下按照以下步骤选定将会收到事半功倍的效果。
- 1)选择单个贴片电阻或复合贴片电阻。
- 2-1)单个贴片电阻时，选择厚膜贴片电阻或薄膜贴片电阻。
- 2-2)复合贴片电阻时，选择多联贴片电阻(独立电路)或片式型网络(并联电路)。
- 3)根据使用电压(功率)来选择形状。
- 4)有重复的类型时，根据其他性能进行选定。
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