基础电子知识之电阻篇2

在上一篇文章中，我们讨论了电阻器的信号行为。我们还谈到了电阻器的各种应用。电阻器应该为电流提供固定电阻。这就是任何理想电阻器（理论上）应该做的事情。理想电阻器还应仅提供电阻，而不会在电路中产生任何电容或电感。为了实现理想电阻，电阻器的构造有多种方式。因此，电阻器有很多种。

首先，电阻器可以根据它们提供的电阻的性质进行分类。此外，它们根据其构造进行了子分类。所以，电阻大致分为以下几类：

1. 固定值电阻器 ——这些电阻器始终提供固定电阻。他们的抵抗不能以任何方式改变。定值电阻器主要有四种类型：

a) 复合（碳或陶瓷）电阻器

b) 薄膜型电阻器

c) 线绕电阻器

d) 箔电阻器

e) 半导体电阻器

2. 可变电阻器 ——这些电阻器的阻值可以手动或数字方式改变。由于它们可以改变电阻，因此称为可变电阻器。可变电阻器有以下几种类型：

a) 电位器

b) 数字电位器

c) 变阻器

d) Trimpot

3. 相关电阻器 ——这些电阻器的电阻取决于其他物理量，如光、电压、温度、磁力或机械应力。有以下类型的相关电阻器：

a) 光敏电阻

b) 电压相关电阻

c) 热敏电阻

d) 磁敏电阻

e) 应变计

4. 功率电阻器 ——这些电阻器的目的不是在电路中提供电阻，而是耗散功率（以热量的形式）。功率电阻有以下几种类型：

a) 线绕电阻器

b) 栅极电阻器

c) SMD 电阻器

d) 水电阻器

e) 液体变阻器

大多数时候，您可能会在“普通”电路中使用固定值碳合成电阻器或微调电位器或电位计。但是，为特定电路、用途或应用选择电阻器可能并不那么方便。电阻器表现出许多不理想的特性，在设计电路时需要仔细考虑。这些不理想的特性通常由技术规格来评估和决定，可以将其视为电阻器的关键性能指标 (KPI)。必须从根本上检查其中的两个 KPI（即使您知道最终将使用固定值碳复合电阻器）：标称电阻（固定电阻器）或标称电阻范围（可变电阻器）和额定功率的电阻器。更远，根据特定的电路、用途或应用，可能需要检查多个 KPI。不同类型的电阻器通常在某些与其他 KPI 妥协的情况下表现良好。因此，与电阻相关的常见指标包括：

1. 标称电阻
2. 额定功率
3. 公差
4. 额定电压
5. 电阻电压系数
6. 额定温度
7. 电阻温度系数
8. 频率响应
9. 噪声
10. 脉冲稳定性
11. 稳定性
12. 尺寸

13)可靠性

让我们首先讨论电阻器的这些技术规格。这些对电阻器的技术见解对于理解各种类型电阻器的应用非常有用。

标称电阻 ——任何电阻都应该提供已知的电阻或电阻范围（在可变电阻的情况下）。这称为其标称电阻或简称为电阻值。电路中接入电阻时，要求其取值一定。然后将具有该精确值的电阻器（如果可用）或接近所需值的电阻器组合连接到电路中。电阻器的电阻值显然是在将其连接到电路之前首先要检查的。电阻器的值由颜色编码或标签指示。

额定功率 ——额定功率是选择电阻器时必须考虑的另一个非常重要的因素。电阻器通常提供 1/20、1/16、1/10、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、15、20、25、50、100 的额定功率、200、300 和 600 瓦。额定功率小于 5W 的电阻器一般在本体或包装上没有明确标明额定功率。额定功率超过5瓦特的电阻器被归类为功率电阻器，通常在包装上明确标明额定功率。

在低瓦数电阻的情况下——额定功率小于 5 瓦——额定功率由电阻包的尺寸决定。通常，额定功率越高，电阻封装的尺寸就越大。这些电阻器主要采用三种封装 - 轴向、SMD 和 MELF。轴向电阻的瓦数可以通过测量电阻包的长度或直径来确定。

然后可以根据标准额定功率表（将在以后的文章中的电阻器选择备忘单中提到）比较轴向电阻器封装的长度和直径，以确定电阻器的瓦数。类似地，SMD 电阻器封装的瓦数可以通过测量封装的长度、宽度或宽度并将其与标准额定功率表进行比较来确定。

对于 SMD 电阻器封装，必须根据 SMD 封装的英制代码使用合适的焊盘和焊盘图案。与轴向封装一样，MELF 封装的额定功率也可以通过测量 MELF 封装的长度和直径来确定。

供应商特定电阻器封装（如供应商特定线绕电阻器）的额定功率可以通过测量封装尺寸并将它们与供应商在其数据表中提供的额定功率表进行比较来再次确定。

额定功率是必须考虑的第二重要因素。电阻器只能以热量的形式耗散功率。电阻器的任何过度加热都会对其造成永久性损坏或不可逆转地改变其实际电阻。选择额定功率至少是它在电路中可能遇到的最大功率两倍的电阻器总是安全的。

可能还有其他因素，如电阻器的外壳、分组、电路的工作温度范围和其他可能的环境因素，在这些环境因素中，甚至更高额定功率的电阻器（电阻器在电路中可能遇到的最大功率的四到五倍）可能需要选择。对于大多数应用，1/4、1/2 或 1 瓦的碳成分、SMD 或薄膜电阻器，或者在某些情况下 1 至 5 瓦的线绕电阻器就足够了。

电阻器的额定功率通常指定（明确或以其他方式）作为电阻器在 25° C 温度下可以承受的最大功率。随着环境温度的升高，电阻器的功率容量降低。电阻器的功率容量随着环境温度升高而下降由制造商的降额曲线指定。

降额曲线通常是针对从满载环境温度（通常为 25°C）到电阻器可以承受的最大空载温度的温度范围绘制的。在降额曲线中，环境温度以摄氏度为单位绘制在水平轴上，功率容量以额定负载百分比的形式绘制在垂直轴上，范围从 100%（25°C 时的满载容量）到 0%（空载）电阻器可以承受的最高温度下的容量）。

大多数电阻器设计为可承受 30°C 至 40°C 的环境温度。如果要设计特定电路以在 40° C 以上的温度下运行，则必须检查降额曲线。然后，选择一个额定功率至少是它在电路中可能遇到的最大功率的三倍或四倍的电阻器是安全的。当在低于其满载功率容量的情况下使用时，高额定功率电阻器甚至可以在更高温度下运行而不会损坏。

重要的是，电阻器通常由制造商根据其额定功率分组为系列，如制造商的 1/4 W、1/2 W、1 W电阻系列等数据表所示。

精度 – 即使在 25° C 下，电阻器也可能无法提供指定的标称电阻。由于环境因素，它们的实际电阻可能会偏离标称值。这种偏差通常由制造商通过电阻封装的质量测试获知，并在电阻封装的颜色代码或标签中明确表示为公差。各种类型的电阻器的典型容差水平为 1%、2%、5%、10% 和 20%。

还有精密电阻器（金属膜、线绕和箔电阻器类型），其公差低至 0.1% 至 0.0005%。如果一个 100Ω 的电阻假定有 5% 的公差，那么它的实际电阻可能在 95Ω 到 105Ω 之间的任何地方。一般来说，

NTE Electronics的 1/4 瓦金属电阻器数据表中的电气特性

额定电压 ——额定电压是电阻器可以承受的最大 DC 或 RMS 电压。额定电压通常由制造商为电阻系列指定。电阻系列由额定功率指定，例如 1/4、1/2 或 1 瓦电阻等。

任何超过此额定值的电压都可能导致电阻器中出现浪涌电流或泄漏电流，从而永久损坏电阻器甚至损坏附近的组件。大多数1/4、1/2和1瓦电阻器系列的额定电压为250V至350V。

一般来说，额定功率越高，额定电压也越高。对于制造商提供的具有相同额定功率的不同电阻器系列，可以提供多个额定电压。例如，1 W 电阻器系列可用于 250 V 至高达 1000 V 的额定电压。

电阻电压系数 – 电阻器的电阻可能会因施加的电压而改变。这由电阻串联的电压系数表示。电压系数是电阻器每伏特的电阻变化百分比。这通常是一个非常低的值，通常可以忽略，直到施加的电压低于电阻器的额定电压。

温度等级 – 温度额定值也由制造商为电阻器系列而不是单个电阻器指定。它通常被指定为工作温度范围。例如，在上面的屏幕截图中，1/4 W 金属电阻系列的工作温度范围为 -55°C 至 155°C。

一些制造商还规定了满载最高温度和空载最高温度。满载最高温度是电阻可以消耗最大功率的最高温度。空载最高温度是电阻器可以存放而不会损坏的最高温度。空载最高温度通常是满载最高温度的两倍。因此，串联的电阻器可能存储在较高温度下，但它们在工作电路中可以承受相对较低的温度。

电阻温度系数 ——除了工作温度范围外，电阻系列的温度系数是在允许有限电阻变化的应用中必须考虑的另一个重要因素。电阻器的实际电阻会因环境温度、电阻器本身的散热、湿度和机械应力的变化而发生变化。

由于温度变化引起的电阻变化由电阻器系列的温度系数表示。温度系数可以是正的也可以是负的。正温度系数表示电阻器的实际阻值随着温度的升高而从标称阻值（在室温下指定，25°C）增加。

负温度系数是指电阻的实际阻值随温度升高而减小。温度系数以百万分率 (PPM) 表示，对于不同制造商的不同电阻器系列，温度系数的范围通常为 1 PPM 至 6700 PPM。

例如，在上面的屏幕截图中，一个 1/4 W 金属电阻系列具有 200 PPM 的温度系数。这意味着它的电阻每摄氏度偏离标称电阻 200 PPM。在 35°C 时，1000Ω 电阻器必须具有以下电阻：1/4 W 金属电阻系列具有 200 PPM 温度系数。

这意味着它的电阻每摄氏度偏离标称电阻 200 PPM。在 35°C 时，1000Ω 电阻器必须具有以下电阻：1/4 W 金属电阻系列具有 200 PPM 温度系数。这意味着它的电阻每摄氏度偏离标称电阻 200 PPM。在 35°C 时，1000Ω 电阻器必须具有以下电阻：

以 PPM 为单位的电阻变化 = 200 x (35-25) = 2000 PPM

35°C 时的实际电阻 = 1000 x (1 + 2000/1000,000) = 1002Ω

通常，电阻随温度变化的变化不是线性的。因此，如果在关键电路或应用（如温度补偿电路）中使用电阻器，则必须检查制造商的电阻器系列数据表中的图表，以得出可能的温度变化导致的实际电阻变化。

频率响应 ——电阻器应该提供没有任何电容或电感的电阻。但是，由于设计的局限性和缺陷，电阻器通常会产生一些感应电感或电容。由于电阻器，这会在电路中增加一些阻抗。

电路的工作频率越高，电阻增加的阻抗就越大。制造商将电阻器的频率响应指定为频率与不需要的阻抗之间的图表，以电阻值的百分比显示。通常，电阻器可用于阻抗等于电阻器容差值的最高频率。

通常，由于尺寸和设计紧凑，低瓦数电阻器比高瓦数电阻器具有更好的频率响应（意味着对频率的低阻抗）。

噪声 ——电阻器响应施加的直流电压会有一些交流波动。尽管这些噪声信号不会影响电阻器的阻值，但在为低电平信号设计的电路或处理数字信号的电路中必须考虑到它们。

电阻器中可能存在约翰逊噪声、电流噪声、散粒噪声或接触噪声。约翰逊噪声是与温度相关的热噪声，它取决于电阻器的电阻、温度和噪声信号的带宽。它在所有频率下都保持不变，并且对于具有相同阻值的任何类型的电阻器来说，它都是一个恒定的噪声。这也被称为白噪声。

电流噪声与应用信号的频率成反比。这取决于流过电阻器的电流及其阻值。接触噪声是电阻器中由于电阻器的结构材料和尺寸而产生的噪声。电阻器的额定功率越高，其中的接触噪声就越小。

散粒噪声是由电阻器中的直流电流引起的噪声。很难测量电阻器中的噪声水平。具有低公差的电阻器具有最低的噪声水平。因此，在需要处理低电平信号或数字信号的电路中，必须优先选用精密电阻或容差最小的电阻。

脉冲稳定性 ——脉冲在短时间内向电阻器提供比恒定负载高得多的电压。电阻串联的脉冲稳定性通常用电阻在不损坏自身的情况下所能承受的峰值脉冲电压来表示。在频繁暴露于电压浪涌的情况下，电阻器的脉冲稳定性会影响其长期稳定性。

尺寸 ——电阻器的物理尺寸可能是尺寸受限电路中的一个重要因素。通常，小功率电阻器的尺寸较小。电阻器的额定功率越高，其物理尺寸就越大。

长期稳定性 ——电阻器标称电阻在各种工作条件（如温度变化、湿度、机械应力、电压变化、脉冲和功率耗散）下的可重复性表示为电阻器的长期稳定性。它是由电阻系列的制造商通过进行各种短期和长期测试，如湿热测试、负载寿命测试等来确定的。

它由稳定性等级表示，它与电阻在短期内的百分比变化直接相关和长期的考验。稍后我们将在电阻器选择备忘单中查看标准稳定性等级表。

可靠性 – 电阻器的可靠性表示为平均无故障时间 (MTBF) 或每 1000 小时运行的故障率。可靠性在“通用”电路中可能不是一个重要因素，但必须考虑关键电路，例如为军事用途安装的电路。