電路設計中電阻的選擇及其作用

　　電阻的種類(lèi)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(xiàn)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(lèi)型電阻其特性參數都有一定的差異，在電路使用時(shí)需要考慮的點(diǎn)也不一樣。對于剛接觸電路設計的工程師來(lái)說(shuō)很可能會(huì )忽略電阻的某些特殊的參數，導致產(chǎn)品的穩定性和可靠性得不到保證。正確的理解電阻各個(gè)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(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)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(shū)上描述的導電體對電流的阻礙作用稱(chēng)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(guān)注的參數為1)、標稱(chēng)阻值：電阻器上面所標示的阻值;2)、允許誤差：標稱(chēng)阻值與實(shí)際阻值的差值跟標稱(chēng)阻值之比的百分數稱(chēng)阻值偏差，它表示電阻器的精度。而在電路的設計上，只關(guān)注這兩個(gè)參數是不夠的，還有兩個(gè)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(gè)參數對整個(gè)系統的可靠性影響非常大。
　　如電路中流過(guò)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(huì )因電阻額定功率小而出現問(wèn)題。因此，選擇電阻的額定功率要滿(mǎn)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(huì )使電阻過(guò)熱而失效。
　　同樣，耐壓值選擇不合適的情況下，也會(huì )因為電阻被擊穿而導致系統設計的失敗。舉個(gè)例子：AC-DC開(kāi)關(guān)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(kāi)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(shí)一般會(huì )采用并接一個(gè)或兩個(gè)MΩ級阻抗的電阻進(jìn)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(huì )產(chǎn)生失效。以下表一是常見(jiàn)SMT厚膜電阻的參數，最終選型時(shí)還要和選購器件的廠(chǎng)家核實(shí)。
　　2電阻在電路中的作用：
　　2.1基本作用：
　　電子工程師都學(xué)習過(guò)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(shí)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(diǎn)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(guò)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(chǎn)品時(shí)會(huì )經(jīng)?？吹诫娐飞洗嬖?Ω的電阻，為什么要設計這么一個(gè)電阻呢，直接畫(huà)板連一塊不就好了，還畫(huà)蛇添足干嘛?通過(guò)對資料搜索和整理，要點(diǎn)如下：
　　1) 模擬地和數字地單點(diǎn)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(diǎn)。雖然有些板子沒(méi)有接大地，但發(fā)電廠(chǎng)是接大地的，板子上的電源最終還是會(huì )返回發(fā)電廠(chǎng)入地。如果把模擬地和數字地大面積直接相連，會(huì )導致互相干擾。不短接又不妥，有四種方法解決此問(wèn)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(gè)頻點(diǎn)的噪聲有顯著(zhù)抑制作用，使用時(shí)需要預先估計噪點(diǎn)頻率，以便選用適當型號。對于頻率不確定或無(wú)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(huán)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(diǎn)比磁珠強。
　　2) 跨接時(shí)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(shí)，信號回路不得不繞道，形成很大的環(huán)路面積，電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(chǎn)品上不要出現跳線(xiàn)和撥碼開(kāi)關(guān)。有時(shí)用戶(hù)會(huì )亂動(dòng)設置，易引起誤會(huì )，為了減少維護費用，應用0歐電阻代替跳線(xiàn)等焊在板子上?？罩锰€(xiàn)在高頻時(shí)相當于天線(xiàn)，用貼片電阻效果好。
　　4) 其他用途
　　布線(xiàn)時(shí)跨線(xiàn)調試/測試用：在開(kāi)始設計時(shí)，要串一個(gè)電阻用來(lái)調試，但是還不能確定具體的值，加了這么一個(gè)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(gè)0歐姆的電阻。臨時(shí)取代其他貼片器件作為溫度補償器件 ，更多時(shí)候是出于EMC對策的需要。另外，0歐姆電阻比過(guò)孔的寄生電感小，而且過(guò)孔還會(huì )影響地平面(因為要挖孔)。
　　總結如下：
　　1、在電路中沒(méi)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(xiàn)用，如果某段線(xiàn)路不用，直接貼該電阻即可(不影響外觀(guān))
　　3、在匹配電路參數不確定的時(shí)候，以0歐姆代替，實(shí)際調試的時(shí)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(shí)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(xiàn)時(shí),如果實(shí)在布不過(guò)去了,也可以加一個(gè)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(guān))用，主要是解決EMC問(wèn)題。如地與地，電源和IC Pin間。
　　7、單點(diǎn)接地(指保護接地、工作接地、直流接地在設備上相互分開(kāi),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(jiàn)的特殊電阻有壓敏電阻和熱敏電阻，這個(gè)在A(yíng)C-DC開(kāi)關(guān)電源設計和應用中起著(zhù)關(guān)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(xiàn)路中，來(lái)防護因為電力供應系統的瞬時(shí)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(kāi)啟電壓時(shí)，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(guò)大的瞬時(shí)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(xiàn)性特性，當過(guò)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(gè)相對固定的電壓值，從而實(shí)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(shí)間等。
　　不過(guò)，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(guò)電壓保護。持續的過(guò)電壓會(huì )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(kāi)機時(shí)的沖擊電流、短路時(shí)的過(guò)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(guān)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(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)電流，當系統啟動(dòng)過(guò)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(dòng)瞬間會(huì )出現非常大的沖擊電流。如果電路器件選型過(guò)程中沒(méi)有考慮器件瞬時(shí)的抗電流能力，那么系統在多次啟動(dòng)的操作過(guò)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(dòng)時(shí)提高輸入阻抗減少沖擊電流，而系統處于穩定狀態(tài)時(shí)，由于NTC發(fā)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(gè)名字為自恢復保險絲。在系統運行過(guò)程中，電路出現異常，導致出現大電流時(shí)，如果該部分電路中串有一個(gè)PTC，那么也就等于在PTC中存在有大電流流過(guò)，PTC發(fā)熱，根據其正溫度特性，其阻抗將變得很大，使整個(gè)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(gè)作用是在電路中實(shí)現過(guò)溫保護。
　　3結語(yǔ)：
　　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(zhì)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(cháng)度，還有橫截面積有關(guān)，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(shí)電阻值發(fā)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(shuō)它是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過(guò)它就產(chǎn)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(lái)說(shuō)，交流與直流信號都可以通過(guò)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(guò)對其材質(zhì)，電氣特性和其特殊性做深入的了解。