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文章詳情
全類型電阻（二）
日期：2024-10-19 08:12
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摘要：三.電阻的應(yīng)用與選型
電阻的廠商主要有國巨、松下、羅姆、威世、還有國內(nèi)的風(fēng)華高科等等。
3.1 電阻的應(yīng)用
基本上沒有電路板會不用電阻，任何電路板上使用*多的器件就是電容和電阻。各種上下拉電阻，反饋電阻等等。水平有限，簡單講述一下。
熱效應(yīng)
根據(jù)焦耳定律，電流流過電阻就會發(fā)熱。電阻的熱效應(yīng)的應(yīng)用也有很多，電熱毯、電火桶、電水壺。
對于一些室外應(yīng)用的電子設(shè)備，特別對于一些集成有高性能CPU的SOC，對工作溫度要求很苛刻，大都只能滿足商業(yè)級應(yīng)用，大冬天在東北，零下三十多度，溫度太低，很可能開不...
三.電阻的應(yīng)用與選型
電阻的廠商主要有國巨、松下、羅姆、威世、還有國內(nèi)的風(fēng)華高科等等。
3.1 電阻的應(yīng)用
基本上沒有電路板會不用電阻，任何電路板上使用*多的器件就是電容和電阻。各種上下拉電阻，反饋電阻等等。水平有限，簡單講述一下。
熱效應(yīng)
根據(jù)焦耳定律，電流流過電阻就會發(fā)熱。電阻的熱效應(yīng)的應(yīng)用也有很多，電熱毯、電火桶、電水壺。
對于一些室外應(yīng)用的電子設(shè)備，特別對于一些集成有高性能CPU的SOC，對工作溫度要求很苛刻，大都只能滿足商業(yè)級應(yīng)用，大冬天在東北，零下三十多度，溫度太低，很可能開不了機(jī)。通常都會加一個大功率電阻做預(yù)加熱功能，當(dāng)溫度上來后，設(shè)備啟動了再關(guān)掉。之所有關(guān)掉，因為設(shè)備自己工作的功耗也會發(fā)熱，可以保持溫度。
作為硬件工程師，經(jīng)常要跑到環(huán)境實驗室去定位問題。為了復(fù)現(xiàn)一個高溫問題，需要跑到環(huán)境實驗室搭測試環(huán)境，關(guān)鍵溫箱就那么幾個，還要預(yù)約，經(jīng)常要排隊太麻煩了。于是我就自己作了一個再簡單不過的定位神器，就是給水泥電阻焊一個DC電源座子，然后插各種電源適配器，調(diào)整溫度。然后往某某芯片上放個幾分鐘，沒有問題，再換一個，問題復(fù)現(xiàn)，問題聚焦到某個芯片上，在自己的工位上就完成高溫問題的定位。
零歐姆電阻
零歐姆電阻也叫跳線電阻(Jumper)。在電路設(shè)計中，為了調(diào)試方便或者作兼容設(shè)計經(jīng)常使用。例如在作預(yù)研設(shè)計時，為了調(diào)試時能測試芯片的每組電源的工作電流，通常需要用零歐姆電阻將電源分成多路。
使用零歐姆電阻時，*常遇到的問題就是功耗怎么算，如何判斷選擇的電阻是否滿足要求？
此時，就需要從電阻的規(guī)格書中獲取相關(guān)參數(shù)，從下圖可以看出RC0402的零歐姆電阻，其電阻值不會超過50mΩ，額定電流不超過1A，由此就可以判斷電阻是否滿足設(shè)計要求。通常0402的零歐姆電阻都可以滿足1A以下的電流要求。
?原圖截自GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS - Yageo
限流
有些時候電路中需要一組幾十毫安的電源，但是其電壓在電路中其他地方都用不到，此時單獨弄一組DCDC或者LDO都不太合適，因為電流太小。此時可以使用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。
分壓
分壓例如ADC采樣電路，DCDC輸出電壓反饋，電平轉(zhuǎn)換等等。
匹配電阻
對于高速信號，PCB走線需要考慮傳輸線模型，要保證阻抗匹配，防止信號反射會影響信號完整性。阻抗匹配就是保證負(fù)載阻抗與傳輸線的特征阻抗相等以消除反射。*常用*簡單的就是源端串聯(lián)匹配，即在信號源端串聯(lián)一個電阻，該電阻和源內(nèi)阻之和等于傳輸線特征阻抗，這樣即使負(fù)載端不匹配，信號反射回來會被源端信號，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(hù)電路等等。
3.2 電阻的選型
選型簡單的說，就是根據(jù)器件的規(guī)格書，提取關(guān)鍵參數(shù)，判斷是否滿足應(yīng)用的要求。
3.2.1 固定值電阻
常見類型的電阻的主要參數(shù)的對比如下圖所示，出貨量*大的應(yīng)該是厚膜電阻和金屬膜電阻。
?
3.2.2 熱敏電阻
PTC在電路中的主要作用和保險絲類似，就是過流保護(hù)，區(qū)別就是保險絲是一次性的，而PTC是可恢復(fù)的，而很多時候換保險絲是不可接受的，影響客戶體驗。PTC也屬于安規(guī)器件，通常要求通過UL1439認(rèn)證。
?
上圖是PTC的阻抗溫度特性，當(dāng)過流的時候PTC發(fā)熱，溫度迅速上升，PTC的阻抗迅速變大，形成斷路，斷路后電流下降，發(fā)熱減少，溫度下降，PTC恢復(fù)低阻抗。因此，PTC非常適合短時過流。
?
保持電流
選用PTC的時候，首先要考慮設(shè)計工作電流，不能超過PTC保持電流，此時PTC可以保持低阻抗?fàn)顟B(tài)。PTC的保持電流會隨著工作溫度的升高而降低，因此，工作溫度時需要考慮的重要因素。
動作電流
動作電流，即PTC進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，斷路保護(hù)的電流。
額定電壓
即PTC能承受的*大電壓，超過額定電壓，PTC可能會被擊穿短路，進(jìn)而引起燒毀。因此，設(shè)計時要考慮各種情況下PTC的工作電壓不能超過其額定電壓。
當(dāng)PTC斷路保護(hù)的時候，會承受整個電源電壓，PTC選型的時候，額定電壓要大于電源電壓。通?？紤]降額到80%，即電源電壓12V，要選擇耐壓15V以上的PTC。
在電源輸入端口，需要考慮浪涌防護(hù)，此時要考慮*大的浪涌電流，乘以PTC的電阻，即PTC承受的浪涌電壓，不能超過PTC額定電壓。
額定電流
即在額定電壓下，PTC能承受的*大短路電流，短路電流超過額定電流，PTC將會損壞。
直流電阻
PTC直流電阻的存在，會使PTC存在一定的直流壓降，設(shè)計時要注意壓降后的電源電壓要滿足要求。
和保險絲相比，PTC的額定電壓和額定電流都小很多，而PTC的直流阻抗通常是保險絲的兩部左右。PTC保護(hù)的時候，實際是高電阻狀態(tài)，因此會有毫安級的漏電流，而保險絲是熔斷機(jī)制，切斷電流通路，基本不存在漏電流。
3.2.3 壓敏電阻
壓敏電阻的特性與穩(wěn)壓二極管(Zener diode)、TVS類似，都屬于鉗位型器件，主要用于防護(hù)電路瞬態(tài)過壓，例如浪涌。
?MOV的理想伏安特性
選擇防護(hù)器件，主要考慮兩個方面：一是防護(hù)器件在正常工作條件下不能動作或者損壞，二是在設(shè)計范圍內(nèi)的異常情況下要能起到保護(hù)電路的作用，即防護(hù)能力。
?
額定工作電壓
額定工作電壓可以認(rèn)為是MOV能保持高阻抗?fàn)顟B(tài)的*高持續(xù)工作電壓。根據(jù)應(yīng)用場合，MOV可以分為交流和直流兩種，兩種場合用的器件規(guī)格是不一樣。用于直流場合的MOV通常不能用于交流場合。
MOV的額定工作電壓，交流場合考慮交流額定電壓，即Vrms或Vm(ac)，上圖中的器件可以有效值130V的交流電中正常工作。超過這個電壓，MOV可能動作或者損壞，導(dǎo)致電路無法工作。
主要用于防護(hù)瞬態(tài)高壓，持續(xù)的過高電壓會導(dǎo)致MOV損壞。
鉗位電壓
MOV是鉗位型器件，遇到瞬態(tài)高壓時，阻抗會下降，通過大電流，瞬態(tài)高壓會被抑制，但不會降為零，而是依然保持相對高壓，通常是額定工作電壓的2到3倍。選擇MOV時，要注意鉗位電壓不能超過被防護(hù)器件的*高耐壓，超過時，需要采用多級防護(hù)，例如后級加一個大功率電阻去耦，再加一顆TVS，利用TVS的低鉗位電壓進(jìn)一步減小殘壓。
*大脈沖電流
雷擊或者感性負(fù)載切換等等，會產(chǎn)生很大浪涌電流，MOV除了鉗位住高壓以外，還需要泄放浪涌電流。
MOV能否承受住浪涌電流，主要和一段時間內(nèi)MOV承受的能量大小有關(guān)，能量過大，MOV過熱燒毀。能量的大小，和浪涌的波形和數(shù)目有關(guān)，通常，器件的浪涌能力都按8/20us波形能測試。上圖中的MOV，單個3500A的8/20us的浪涌脈沖，連續(xù)2個3000A的8/20us的浪涌脈沖，連續(xù)20個750A的8/20us的浪涌脈沖。
此外，MOV的寄生電容比較大，不能用在較高速率的信號線上。MOV的響應(yīng)時間比TVS慢，對一些快速的脈沖，像ESD可能不起作用。這些也是我們需要考慮的因素。
電阻的廠商主要有國巨、松下、羅姆、威世、還有國內(nèi)的風(fēng)華高科等等。
3.1 電阻的應(yīng)用
基本上沒有電路板會不用電阻，任何電路板上使用*多的器件就是電容和電阻。各種上下拉電阻，反饋電阻等等。水平有限，簡單講述一下。
熱效應(yīng)
根據(jù)焦耳定律，電流流過電阻就會發(fā)熱。電阻的熱效應(yīng)的應(yīng)用也有很多，電熱毯、電火桶、電水壺。
對于一些室外應(yīng)用的電子設(shè)備，特別對于一些集成有高性能CPU的SOC，對工作溫度要求很苛刻，大都只能滿足商業(yè)級應(yīng)用，大冬天在東北，零下三十多度，溫度太低，很可能開不了機(jī)。通常都會加一個大功率電阻做預(yù)加熱功能，當(dāng)溫度上來后，設(shè)備啟動了再關(guān)掉。之所有關(guān)掉，因為設(shè)備自己工作的功耗也會發(fā)熱，可以保持溫度。
作為硬件工程師，經(jīng)常要跑到環(huán)境實驗室去定位問題。為了復(fù)現(xiàn)一個高溫問題，需要跑到環(huán)境實驗室搭測試環(huán)境，關(guān)鍵溫箱就那么幾個，還要預(yù)約，經(jīng)常要排隊太麻煩了。于是我就自己作了一個再簡單不過的定位神器，就是給水泥電阻焊一個DC電源座子，然后插各種電源適配器，調(diào)整溫度。然后往某某芯片上放個幾分鐘，沒有問題，再換一個，問題復(fù)現(xiàn)，問題聚焦到某個芯片上，在自己的工位上就完成高溫問題的定位。
零歐姆電阻
零歐姆電阻也叫跳線電阻(Jumper)。在電路設(shè)計中，為了調(diào)試方便或者作兼容設(shè)計經(jīng)常使用。例如在作預(yù)研設(shè)計時，為了調(diào)試時能測試芯片的每組電源的工作電流，通常需要用零歐姆電阻將電源分成多路。
使用零歐姆電阻時，*常遇到的問題就是功耗怎么算，如何判斷選擇的電阻是否滿足要求？
此時，就需要從電阻的規(guī)格書中獲取相關(guān)參數(shù)，從下圖可以看出RC0402的零歐姆電阻，其電阻值不會超過50mΩ，額定電流不超過1A，由此就可以判斷電阻是否滿足設(shè)計要求。通常0402的零歐姆電阻都可以滿足1A以下的電流要求。
?原圖截自GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS - Yageo
限流
有些時候電路中需要一組幾十毫安的電源，但是其電壓在電路中其他地方都用不到，此時單獨弄一組DCDC或者LDO都不太合適，因為電流太小。此時可以使用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。
分壓
分壓例如ADC采樣電路，DCDC輸出電壓反饋，電平轉(zhuǎn)換等等。
匹配電阻
對于高速信號，PCB走線需要考慮傳輸線模型，要保證阻抗匹配，防止信號反射會影響信號完整性。阻抗匹配就是保證負(fù)載阻抗與傳輸線的特征阻抗相等以消除反射。*常用*簡單的就是源端串聯(lián)匹配，即在信號源端串聯(lián)一個電阻，該電阻和源內(nèi)阻之和等于傳輸線特征阻抗，這樣即使負(fù)載端不匹配，信號反射回來會被源端信號，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(hù)電路等等。
3.2 電阻的選型
選型簡單的說，就是根據(jù)器件的規(guī)格書，提取關(guān)鍵參數(shù)，判斷是否滿足應(yīng)用的要求。
3.2.1 固定值電阻
常見類型的電阻的主要參數(shù)的對比如下圖所示，出貨量*大的應(yīng)該是厚膜電阻和金屬膜電阻。
?
3.2.2 熱敏電阻
PTC在電路中的主要作用和保險絲類似，就是過流保護(hù)，區(qū)別就是保險絲是一次性的，而PTC是可恢復(fù)的，而很多時候換保險絲是不可接受的，影響客戶體驗。PTC也屬于安規(guī)器件，通常要求通過UL1439認(rèn)證。
?
上圖是PTC的阻抗溫度特性，當(dāng)過流的時候PTC發(fā)熱，溫度迅速上升，PTC的阻抗迅速變大，形成斷路，斷路后電流下降，發(fā)熱減少，溫度下降，PTC恢復(fù)低阻抗。因此，PTC非常適合短時過流。
?
保持電流
選用PTC的時候，首先要考慮設(shè)計工作電流，不能超過PTC保持電流，此時PTC可以保持低阻抗?fàn)顟B(tài)。PTC的保持電流會隨著工作溫度的升高而降低，因此，工作溫度時需要考慮的重要因素。
動作電流
動作電流，即PTC進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，斷路保護(hù)的電流。
額定電壓
即PTC能承受的*大電壓，超過額定電壓，PTC可能會被擊穿短路，進(jìn)而引起燒毀。因此，設(shè)計時要考慮各種情況下PTC的工作電壓不能超過其額定電壓。
當(dāng)PTC斷路保護(hù)的時候，會承受整個電源電壓，PTC選型的時候，額定電壓要大于電源電壓。通?？紤]降額到80%，即電源電壓12V，要選擇耐壓15V以上的PTC。
在電源輸入端口，需要考慮浪涌防護(hù)，此時要考慮*大的浪涌電流，乘以PTC的電阻，即PTC承受的浪涌電壓，不能超過PTC額定電壓。
額定電流
即在額定電壓下，PTC能承受的*大短路電流，短路電流超過額定電流，PTC將會損壞。
直流電阻
PTC直流電阻的存在，會使PTC存在一定的直流壓降，設(shè)計時要注意壓降后的電源電壓要滿足要求。
和保險絲相比，PTC的額定電壓和額定電流都小很多，而PTC的直流阻抗通常是保險絲的兩部左右。PTC保護(hù)的時候，實際是高電阻狀態(tài)，因此會有毫安級的漏電流，而保險絲是熔斷機(jī)制，切斷電流通路，基本不存在漏電流。
3.2.3 壓敏電阻
壓敏電阻的特性與穩(wěn)壓二極管(Zener diode)、TVS類似，都屬于鉗位型器件，主要用于防護(hù)電路瞬態(tài)過壓，例如浪涌。
?MOV的理想伏安特性
選擇防護(hù)器件，主要考慮兩個方面：一是防護(hù)器件在正常工作條件下不能動作或者損壞，二是在設(shè)計范圍內(nèi)的異常情況下要能起到保護(hù)電路的作用，即防護(hù)能力。
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額定工作電壓
額定工作電壓可以認(rèn)為是MOV能保持高阻抗?fàn)顟B(tài)的*高持續(xù)工作電壓。根據(jù)應(yīng)用場合，MOV可以分為交流和直流兩種，兩種場合用的器件規(guī)格是不一樣。用于直流場合的MOV通常不能用于交流場合。
MOV的額定工作電壓，交流場合考慮交流額定電壓，即Vrms或Vm(ac)，上圖中的器件可以有效值130V的交流電中正常工作。超過這個電壓，MOV可能動作或者損壞，導(dǎo)致電路無法工作。
主要用于防護(hù)瞬態(tài)高壓，持續(xù)的過高電壓會導(dǎo)致MOV損壞。
鉗位電壓
MOV是鉗位型器件，遇到瞬態(tài)高壓時，阻抗會下降，通過大電流，瞬態(tài)高壓會被抑制，但不會降為零，而是依然保持相對高壓，通常是額定工作電壓的2到3倍。選擇MOV時，要注意鉗位電壓不能超過被防護(hù)器件的*高耐壓，超過時，需要采用多級防護(hù)，例如后級加一個大功率電阻去耦，再加一顆TVS，利用TVS的低鉗位電壓進(jìn)一步減小殘壓。
*大脈沖電流
雷擊或者感性負(fù)載切換等等，會產(chǎn)生很大浪涌電流，MOV除了鉗位住高壓以外，還需要泄放浪涌電流。
MOV能否承受住浪涌電流，主要和一段時間內(nèi)MOV承受的能量大小有關(guān)，能量過大，MOV過熱燒毀。能量的大小，和浪涌的波形和數(shù)目有關(guān)，通常，器件的浪涌能力都按8/20us波形能測試。上圖中的MOV，單個3500A的8/20us的浪涌脈沖，連續(xù)2個3000A的8/20us的浪涌脈沖，連續(xù)20個750A的8/20us的浪涌脈沖。
此外，MOV的寄生電容比較大，不能用在較高速率的信號線上。MOV的響應(yīng)時間比TVS慢，對一些快速的脈沖，像ESD可能不起作用。這些也是我們需要考慮的因素。
