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下面对电阻的讲解,基本就是按照这张思维导图来讲述的。 1、我们如何为“电阻”这个词创建一个精确的数学定义? 将电阻两端的电压,除以通过电阻的电流,即 R = U/I,这个除法就是我们定义的电阻。 这也是我们所定义的欧姆定律,当然这并不是真正的物理定律,而是我们为“电阻”这个词所创造的任意定义。 物理定律告诉我们天地万物是如何运转的,欧姆定律则告诉我们,电阻阻值总是保持不变时电路是如何工作的(当然电阻的阻值会根据具体的环境因素而改变的)。 2、R = ρL/S。ρ表示电阻率(又称电阻系数),是由材料本身的性质决定,L是电阻的长度,S表示电阻的横截面积。 3、电阻串联:R = R1 + R2 + R3 + … +Rn。就是所有电阻加起来 4、电阻并联:1/R = 1/R1 + 1/R2 + …… + 1/Rn。就是总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和。其中很常用的两个电阻并联的公式是:R = (R1*R2) / (R1+R2)。 5、与功率有关的公式:P=U²/R,P=I²R。(注:纯电阻直流电路) 2. 电阻的分类电阻的分类方式有:按功能、按材料、按形状。 1、按功能: 这里所讲的电阻参数,只是针对固定阻值的、贴片封装的电阻。 电阻的基本参数有:阻值、精度、封装、功率、额定电压、温漂。 3.1 阻值下表可以解释目前阻值的来源。 如上表E24标准,就是5%的精度电阻。实际上就是对10开根号24次方,然后得到1.10这个值。然后(1.10)^ n次幂就可以得到E24标准的阻值了(其中n表示0-23)。得到的基本数值之后,我们还可以对这个数乘以10的 n 次方,这样就可以得到各种阻值了。比如4.7 * 10^3,就可以得到4.7K的电阻。 3.2 精度电阻的精度一般用字母表示: T:±0.01% A:±0.05% B:±0.1% D:±0.5% F:±1% J:±5% K:±10% 最常用的就是1%和5%的精度。一般场合我们使用5%的精度即可满足要求。有些DCDC电压反馈、电流采样要求高一点的就用1%的精度。特殊场合视情况而定。 3.3 封装、功率电阻的封装命名实际上是根据电阻的大小来命名的(单位:英寸)。比如0603封装,就是长0.06英寸,宽0.03英寸。 电阻的额定功率主要是由封装大小决定,但也和各个厂家的工艺、材料等有一定关系,所以要以具体厂家为准。 下表是电阻常用封装及其对应的一般功率大小,这个功率只是一般的规律是这样,但不同的厂家是会有区别的,使用时特别需要注意这点,不能当成绝对就是这样的对应关系。 电阻其实和电容一样,也是有耐压值的,我们使用过程中,电压不能超过这个耐压值。 额定电压,一般主要也是和封装大小有关,当然也和电阻材质、工艺等有一定关系。各厂家的封装大小和额定电压值如下: 温漂,也就是电阻的温度系数(temperature coefficient of resistance 简称 TCR)单位是 ppm/℃。ppm/℃表示当电阻温度每变化1℃时,电阻阻值变化一百万分之一。 电阻的温度系数有一个计算公式:温度系数 = (R-Ra)/Ra ÷ (T-Ta) × 1000000 Ra: 基准温度条件下的阻值 Ta: 基准温度 20℃ R: 任意温度条件下的阻值 T: 任意温度 一般常用电阻温度系数的范围为:-200~500ppm/℃ 4. 电阻的应用与选型电阻的常用作用有:分压、限流、上下拉电阻、阻抗匹配电阻、还有0欧姆电阻的一些特殊用途。 4.1 分压
电阻的限流作用,最常见的电路就是LED电路了。 上面电路的220Ω的电阻时怎么算出来的呢? 首先,发光二极管是有两个重要参数:正向电压Vf和正向电流If。这样就可以得到一下计算公式: 这样LED的正向电压和正向电流都确定下来了,根据 R = (Vin - Vf) / If 公式,即可算出我们所要用的限流电阻是多大了。 4.3 上下拉上下拉电阻的作用,其实就是将状态不确定的信号线通过一个电阻将其固定为高电平(上拉)或者低电平(下拉)。 例如,例如低电平有效的复位信号(RST#),在上电瞬间复位完成后,希望处于无效的状态,那么就要给这个复位信号稳定的高电平,所以应使用上拉电阻。 又比如常见的I2C信号,需要上拉电阻,如下图的R21、R25电阻。 在高速信号设计中,有时会在信号的源端或者终端加一些电阻进行阻抗匹配。一般的经验值是在源端串联22Ω或者其他小于50Ω的电阻。 要理解匹配电阻,需要有信号完整性、阻抗匹配、信号传输线理论等一些相关知识。这些内容都是比较复杂的,在电阻这就不细说了。 如下图,是RK3399关于以太网控制器相关信号的建议连接方式,其中就有用到22Ω的匹配电阻。 0Ω电阻,又称跨接电阻器,英文名称叫 jumper,是一种特殊用途的电阻。 5.1 0Ω电阻阻值0Ω电阻阻值并不是说阻值真的为0,而是特指阻值 < 50mΩ的电阻。 既然有阻值,那么一样有普通电阻都有的相关参数,如精度、功率(一般0Ω电阻不使用功率参数,而只使用通过的电流,即额定电流参数)、封装等等。 5.2 0Ω电阻的过流能力普通常用的0Ω电阻,阻值一般不大于50mΩ的。在电阻温度小于70℃时,过流能力如下表所示: 0Ω电阻,其实我们可以把它看作是电阻值小于 50mΩ 的一截导线,用于代替跨接线,所以在实际使用中其作用和一截导线相当。 5.3.1 跳线、兼容设计
比如在高速信号线上,预留一个0Ω电阻进行连接,实际焊接的大小,到时可以测试信号质量决定焊接多大的电阻。 5.3.3 单点接地比如在Layout时,模拟地和数字地需要分开,进行单点接地,可以使用0Ω电阻进行跨接。当然有些时候也有看到是用磁珠进行单点接地的,但是个人认为如果磁珠使用得恰当的话,反而适得其反,所以建议用电阻进行单点接地就行。 5.3.4 测试电流因为测量电流,需要把万用表串连进电路里面。这时我们需要断开某个回路,那么直接把0Ω电阻去掉就行。 |
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