• 史上最詳細的電阻科普文章,小小電阻藏著大奧秘

    2018-09-21 16:13:15 來源:pcbbbs
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    一、電阻的基本原理

    電阻,和電感電容一起,是電子學三大基本無源器件;從能量的角度,電阻是一個耗能元件,將電能轉化為熱能。

     

    數年前,出現了第四種基本無源器件,叫憶阻器(Memristor),代表磁通量和電荷量之間的關系。XX文庫里也有很多資料,有興趣可以了解一下。

     


    圖片出自維基百科Memristor


    通常,都是根據歐姆定律來定義電阻,給電阻加一個恒定電壓,會產生多大電流;也可以,通過焦耳定律來定義,當電阻流過一個電流,單位時間內會產生多少熱量。

     

    實際電阻的等效模型

     


    同樣的,實際電阻都是非理想的,存在一定引線電感和極間電容,當應用場合頻率較高,這些因數不能忽略。

     


    某薄膜電阻的頻率特性


    上圖電阻的高頻特性非常好,可以看到極間電容只有0.03pF,引線電感只有0.002nH,其中75Ω的電阻可以到30GHz。我們通常使用的貼片電阻大都是厚膜電阻,性能遠達不到如此,其引線電感有幾個nH,極間電容也有幾個pF,大多只能用到幾百MHz或幾個GHz。

     

    標準阻值表

     


    上圖出自Vishay文檔


    通常電阻阻值都是標準,上圖給出了不同精度(容差)的電阻的標準阻值,通常乘以10的倍數或除以10的倍數,就可以得到所有阻值。

     

    如何記住上述阻值表呢?其實也很簡單,注意以下三點:

     

    不同精度的電阻對應著不同精度的系列。通常10%精度的是E12系列,2%和5%是E24系列,1%是E96系列,而0.1%、0.25%和0.5%是E192系列。

     

    系列名中的數字代表著該系列有幾個標準阻值,通常為6的倍數。例如,E12系列有12個不同的阻值,E192系列有192個不同的阻值。

     

    每個系列的阻值都近似是一個等比數列,公比為10開多少次方,基數是10Ω。例如E12系列的公比是10開12次方,E96系列的公比都是10開96次方。


    有興趣的可以按照上表數一數,算一算是不是上述規律。另外,根據IEC的規定,2%精度對應是E48系列有48個阻值,有興趣的可以算一下是哪些值。上表中,Vishay可能不生產該系列了。

     

    阻值標記(Marking)

    通常我們使用最多的就是5%和1%的片狀電阻,一般0603以上的電阻封裝上都有標記表示電阻值。

     

    E24系列(5%)

    對于大于10Ω,通常有3位數字表示阻值,前兩個表示阻值基數,最后一位表示乘以10的幾次方。例如標記100代表10Ω,而不是100Ω,472代表4.7kΩ。小于10Ω通常用R來表示小數點,例如2R2,表示2.2Ω。

     

    E96系列(1%)

    通常由2位數字加一個字母表示,2位數字代表是E96系列的第幾個阻值,字母表示乘以10的幾次方,其中Y代表-1,X代表0,A代表1,B代表2,C代表3,以此類推。例如47C,從表中數到47個阻值,是30.1,C代表乘以10的3次方,就是30.1kΩ。

     

    另外,對于軸向引線封裝的電阻,阻值標記都是一圈一圈的色環,具體含義如下圖所示:

     


    阻值色環碼


    從左往右,前兩個或三個環代表數字,接下來的環代表乘數,與前面的數字相乘便是阻值。再接下來的環代表電阻的容差,最后就是電阻的溫度系數。

     

    二、電阻的工藝與結構

    電阻的工藝種類繁多,可以根據阻值是否可以變化,分成兩大類介紹:

    固定電阻

    可變電阻

     

    2.1 固定電阻

    固定電阻,顧名思義就是電阻值是定值,不可變。大多數時候,我們使用的電阻都是固定值的。可以根據封裝的不同大致再分類

     

    2.1.1 軸向引線電阻(Axial Leaded Resistor)

    軸線引線電阻通常都是圓柱形,兩個外電極是圓柱體兩端的軸向導線,根據材料和工藝的不同還可以再分為多種。

     

    繞線電阻(Wire Wound Resistor)

     


    繞線電阻是將鎳鉻合金導線繞在氧化鋁陶瓷基底上,一圈一圈控制電阻大小。繞線電阻可以制作為精密電阻,容差可以到0.005%,同時溫度系數非常低,缺點是繞線電阻的寄生電感比較大,不能用于高頻。繞線電阻的體積可以做的很大,然后加外部散熱器,可以用作大功率電阻。

     

    碳合成電阻(Carbon Composition Resistor)

     


    碳合成電阻主要是由碳粉末和粘合劑一起燒結成圓柱型的電阻體,其中碳粉末的濃度決定了電阻值的大小,在兩端加鍍錫銅引線,最后封裝成型。碳合成電阻工藝簡單,原材料也容易獲得,所以價格最便宜。但是碳合成電阻的性能不太好,容差比較大(也就是做不了精密電阻),溫度特性不好,通常噪聲比較大。碳合成電阻耐壓性能較好,由于內部是可以看作是碳棒,基本不會被擊穿導致被燒毀。

     
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