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电阻器

科普-电阻器

发布时间:2023-10-13 00:41:13   来源:爱游戏官方网站
 

  电阻器中文:电阻器,英文:Resistance,缩写为R,平时我们习惯称其为电阻(无特别说明以下的电阻器统称为电阻)。顾名思义电阻是一个物体对于电流通过的阻碍能力,而电阻器是一种阻碍电流的器件。电阻数学定义(欧姆定律):

  电阻是在电子系统中最常用的器件,也是我们最容易理解的电子元器件,没有之一,并且别的器件都可以用电阻来理解帮助认识,比如电容、电感只是跟电阻差了90度并且随频率变化的器件,晶体管是一个能控制电阻大小的器件(后面我会详细的介绍)。有了电阻电容电感晶体管就可以组成各种各样的器件(集成电路)了。

  1.直插电阻,圆柱状有两条腿,圆柱颜色有黄色、绿色和灰色(表示电阻类型),表面有不同的色环(表示电阻阻值)。

  2.贴片电阻,长方体有两个焊盘(图中白色部分),颜色有黑色和浅绿色,黑色是普通类型,浅绿色是高精度或者工业级、军工级电阻。

  3.人体电阻,没错人也可以看做电阻,阻值大约在1K-7K之间。如果野外求生的某个场合刚好缺少电阻,要点亮LED灯珠,那么你就可以把自己当做电阻串联到灯珠和电源之间。注:电源电压一定要小于36V,比如常见的5V。

  还有大家经常关注的体脂问题,目前体脂率大多数都是用阻抗法测量的。人的身体含水量约为70%,绝大部分存在于血液、瘦肉及内脏中,而脂肪中含水量极低,因而呈现高电阻。单位体积的人体如果脂肪含量越多,阻抗就越大,水含量越多,阻抗就越小。从而通过阻抗再计算出体脂率。

  碳膜电阻:碳膜电阻器属于薄膜电阻,是将通过真空高温热分解的结晶碳沉积在柱形或管形的陶瓷骨架上制成的。经过控制碳膜的厚度和刻槽来控制电阻值。

  优点:制作流程与工艺简单,成本低,稳定性高,高频特性好,大范围的应用于价格敏感的产品。

  金属膜电阻:金属膜电阻器属于薄膜电阻,是将金属或合金材料用真空加热蒸发在瓷基体上形成一层薄膜而制成的,也有采用高温分解、化学沉积和烧渗等方法制作而成的。

  优点:精度高,稳定性高,温度系数小,工作频率范围大,噪声电动势很小,常在高频电路中使用,金属膜主要在精度和温漂方面强于碳膜电阻。

  金属氧化物膜电阻:金属氧化膜电阻器属于薄膜电阻,是用锡和锑等金属盐溶液(四氯化锡和三氧化锑)喷雾到约为550°C的加热炉内的炽热陶瓷骨架表面上,沉积后而制成的。

  优点:高温下稳定,耐热冲击,负载能力强按用途分,有通用、精密、高频、高压、大功率和电阻网络等。

  水泥电阻:水泥电阻是将电阻丝制在无碱性耐热瓷件上,再用耐热泥将其封装在方形瓷器框内的电阻器,属绕线电阻的一种。

  优点:电阻器的噪声小,甚至无电流噪声,温度特性好,工作时候的温度可以达到315℃,功率大,常用作功率电阻。

  瓷管电阻:跟水泥电阻一样都是绕线电阻,不同的是这种电阻器的表面被覆一层玻璃釉。这种电阻散热更好,功率更大。能做到KW级别。

  贴片电阻:贴片电阻是厚膜电阻,厚膜电阻一般都会采用丝网印刷工艺,将印刷好的基片在高温烧结炉中烧结,使浆料与基片间形成良好的熔合和网络互连,并使厚膜电阻的阻值稳定。然后,使用厚膜激光调阻机将烧结好的电路基片上印刷厚膜电阻阻值修调到规定的要求,从而完成厚膜电阻制作。

  优点:成本更低,是目前贴片电阻使用最广泛的工艺。厚膜电阻的膜厚一般大于10μm,而薄膜的膜厚小于10μm,大多处于小于1μm。

  首先需要明白一点在这里不管电阻叫什么名字,它还是普通的电阻。不要去给店小二说我要买个上拉电阻,而是要根据上一小节给出的电阻名称来购买,比如买个10K、1/8W的金属膜电阻。

  根据电阻功能(应用场合)分类可大致分为:上拉电阻、下拉电阻、限流电阻、分压电阻、反馈电阻、负载电阻。

  图中R1是上拉电阻,就是电阻接到高电平(VCC)上,通常用于数字电路中,当电路未启用,给与其一个状态,这里是高电平。

  如图中所示的按键电路,当按键未按下时,通过上拉电阻R1使其电压为VCC,即状态为1(此处为弱1),当按键按下的时候端口P0.0电压为GND,即状态为0(此处为强0)。通过检验测试端口是否为0,来判断按键是否按下。如果这里没用上拉电阻把端口P0.0上拉到1,那么就没法确定在按键未按下时的状态,可能是0也可能是1。那么就非常有可能出现按键的判断错误。

  举个例子:人们常常用水流来比拟电流,我这里也用水流来比喻电流,水管比喻电阻,水管粗细比喻电阻大小,水管壁的厚度比喻电阻的功率大小。水管越粗水流就越大,对应电阻越小电流就越大,水管壁越厚承载水的能力就越大,对应电阻功率越大承载电的能力就越大。因此这里的对应关系是粗水管对应小电阻,细水管对应大电阻,水管壁厚的对应功率大的,水管壁薄的对应功率小的。(注:大电阻、小电阻指的是电阻阻值大小)

  上拉对应含义:当底部蓄水池没有操作的时候,通过顶部蓄水池让液位指示器处于高水位状态。液位指示器的浮漂位置能判断底部蓄水池是否打开,那么大家想下是不是需要在底部蓄水池没有打开的时候,给液位指示器一个状态,让它处于有水的状态。如果液位指示器长期处在低水位,那么不管底部蓄水池是否打开,液位指示器都是显示没水,就没法判断其是否打开。比较好的做法就顶部蓄水池是用一个细的水管连接到液位指示器上,底部蓄水池用一个粗的水管连接上。这样当底部蓄水池关的时候液位指示器处于高水位状态,当底部蓄水池打开的时候,由于底部的水管比顶部粗很多,液位很快处于低的状态。从而能够判断底部水管是否打开。

  这里做个假设如果顶部水管也很粗会出现什么现象。很容易想到当底部水管打开的时候,顶部水池的水就会疯狂灌向底部,由于水流过大这样的一个过程中非常容易导致水管破裂或者水池的损坏,进而发生洪水。

  现在大家明白了上拉电阻的含义了吧,就是当电路未启用,给与其一个状态(高电平),上拉电阻的大小选取是有讲究的,不能太也不能太大,一般选取1K-10K级别范围的电阻,保证上拉电阻的电流在1mA左右,比较合适。

  图中R4是下拉电阻,就是把电阻接到低电平(GND)上。原理跟上拉电阻一样,这里是弱0强1。

  图中的R2、R3即为限流电阻,也可以叫做保护电阻,目的是保护电路,防止过流。一般跟单片机IO进行交互的都要接上一个100R的限流电阻,防止烧坏单片机管脚。分析过程是:若不小心在IO上加错电压,此时电流就会增加,(单片机IO口承载电流是有限度的,超过就会烧毁)由于电阻的存在,在电阻上会产生压降ΔU=RI,导致加在IO口的电压减小,进而电流减小,从而起到了限流作用。

  如果有一段壁特别薄的水管那么是不是经过这段水管的水流就不能加太大,你可以把水池那里的总水阀给开小点,但这并不是最保险的做法,因为万一别人不知道把水阀给开大了,那么你将得到一个好消息和一个坏消息,坏消息是它要爆管了,好消息是你将拥有一个室内游泳池。最保险的做法是在薄壁水管前面加一个比较细的水管。这样不管水阀开的再大,水流的最大值由这个细的水管决定,这样就可保护后面那个薄壁水管了。

  对应的LED电路,由于LED功率比较小,想要让LED正常工作,防止其烧毁,要么把电源电压VCC降低,要么在它们中间串联一个大的电阻。系统总的电源一般就是一个,各个器件需要的电压是通过电源芯片进行升降压操作后,分配给它们的,这里因为一个LED就使用一个电源芯片实在是不明智的做法,最简单的就是在中间串联一个限流电阻。

  图中R8和R9组成分压电阻,分压电阻就是按照特殊的比例进行分压,比例为\frac{R9}{R8+R9}

  。比如图中P2.7端口输出电压是0-5V,而我只想要0-2.5V的电压,因此就有必要进行分压,更加专业的术语叫做衰减6dB=20log(\frac{R9}{R8+R9}),直接用电阻分压是最简单有效的衰减方式,当然也可用运放做一个放大倍数为0.5倍的电路。

  (注:图中R5和R6只是预留的电阻,实际焊接的时候R6焊接0R,R5不焊。如果按照图中的配置,实际输出电压还是0-5V。R7和C6组成一个低通滤波器(截止角频率为W=\frac{1}{R7*C6}=10,f=W/2PI=1.59Hz),把P2.7输出的PWM波,滤成直流输出)

  如果需要特殊的比例的水压那么就能够最终靠加一个水管进行分压操作。但是大家思考下,虽然这样做才能够分压,但是加的这一节水管分掉的水是不是就浪费了,而且想要更大水流就得加粗水管,这样分压水管也得加粗,分掉的水流就更多,就更加浪费。

  对应的分压电路,虽然是最简单的衰减(降压)电路,但是也有很多缺点,一是带载能力差,二是效率低,这种电路通常用于小信号、小功率场合。那么有没有好的电路来替代呢?当然有了,那就是开关电源技术(一种很有意思的技术),接下来讲解电源的时候我会详细介绍。

  在运放电路中经常用到反馈电阻,用于设置放大倍数。上一个图中反馈电阻为R6,运放的放大倍数为

  负载电阻主要是耗能用的,把电能转换为热能,电阻需要及时散热,散热能力越大的电阻功率就越大。一般来说要使用到功率电阻的场合有比如电动汽车的刹车电阻,电梯的刹车电阻,用来消耗制动过程中电机产生的电能,还有做电源时模拟负载时用的电阻或者是射频上用的50Ω匹配负载等。

  对于初学者,可能都不知道该买什么电阻,或者还处于调试阶段不确定要买的阻值大小,我这里建议的可以是买个电阻样品,里面有全系类的电阻,容易查找、节约时机、方便调试。电阻样品包括贴片的电阻样品本和直插的金属膜电阻样品。我这里力荐用贴片的电阻样品本,一本在手天下我有,选择精度1%的E96系列,封装可以买0805和0603,这两种封装既可以在PCB上面焊接,也可以在洞洞板上焊接使用。我电赛期间一直用的0603贴片电阻在洞洞板背面上焊接,节约空间,性能高,焊接调试特快。

  为了节约空间和成本,现在的消费产品基本都采用贴片电阻,我这里再稍微多介绍点贴片电阻的知识。

  给大家的建议是:如果不知道买什么电阻就买0603或者0805的电阻样品本吧。

  如果文章有任何错误或者有任何疑问,欢迎在公众号中给我发消息,看到我会及时回复。

  如果喜欢请关注“小海的电子专柜”,后期将会分享有关电容、电感、晶体管,滤波器、电源等知识。



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