关于电阻器，这些知识是你需要知道的！

电阻，和电感、电容一起，是电子学三大基本无源器件；从能量的角度，电阻是一个耗能元件，将电能转化为热能。

数年前，出现了第四种基本无源器件，叫忆阻器(Memristor)，代表磁通量和电荷量之间的关系。XX文库里也有很多资料，有兴趣可以了解一下。

同样的，实际电阻都是非理想的，存在一定引线电感和极间电容，当应用场合频率较高，这些因数不能忽略。

上图出自Vishay文档

通常电阻阻值都是标准，上图给出了不同精度(容差)的电阻的标准阻值，通常乘以10的倍数或除以10的倍数，就可以得到所有阻值。

如何记住上述阻值表呢？其实也很简单，注意以下三点：

• 不同精度的电阻对应着不同精度的系列。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。
• 系列名中的数字代表着该系列有几个标准阻值，通常为6的倍数。例如，E12系列有12个不同的阻值，E192系列有192个不同的阻值。
• 每个系列的阻值都近似是一个等比数列，公比为10开多少次方，基数是10Ω。例如E12系列的公比是10开12次方，E96系列的公比都是10开96次方。

通常我们使用最多的就是5%和1%的片状电阻，一般0603以上的电阻封装上都有标记表示电阻值。

E24系列(5%)

通常由2位数字加一个字母表示，2位数字代表是E96系列的第几个阻值，字母表示乘以10的几次方，其中Y代表-1，X代表0，A代表1，B代表2，C代表3，以此类推。例如47C，从表中数到47个阻值，是30.1，C代表乘以10的3次方，就是30.1kΩ。

另外，对于轴向引线封装的电阻，阻值标记都是一圈一圈的色环，具体含义如下图所示：

二、电阻的工艺与结构

电阻的工艺种类繁多，可以根据阻值是否可以变化，分成两大类介绍：

固定电阻，顾名思义就是电阻值是定值，不可变。大多数时候，我们使用的电阻都是固定值的。可以根据封装的不同大致再分类

2.1.1 轴向引线电阻(Axial Leaded Resistor)

绕线电阻是将镍铬合金导线绕在氧化铝陶瓷基底上，一圈一圈控制电阻大小。绕线电阻可以制作为精密电阻，容差可以到0.005%，同时温度系数非常低，缺点是绕线电阻的寄生电感比较大，不能用于高频。绕线电阻的体积可以做的很大，然后加外部散热器，可以用作大功率电阻。
碳合成电阻(Carbon Composition Resistor)
碳合成电阻主要是由碳粉末和粘合剂一起烧结成圆柱型的电阻体，其中碳粉末的浓度决定了电阻值的大小，在两端加镀锡铜引线，最后封装成型。碳合成电阻工艺简单，原材料也容易获得，所以价格最便宜。但是碳合成电阻的性能不太好，容差比较大(也就是做不了精密电阻)，温度特性不好，通常噪声比较大。碳合成电阻耐压性能较好，由于内部是可以看作是碳棒，基本不会被击穿导致被烧毁。
碳膜电阻(Carbon Film Resistor)
碳膜电阻主要是在陶瓷棒上形成一层碳混合物膜，例如直接涂一层，碳膜的厚度和其中碳浓度可以控制电阻的大小；为了更加精确的控制电阻，可以在碳膜上加工出螺旋沟槽，螺旋越多电阻越大；最后加金属引线，树脂封装成型。碳膜电阻的工艺更加复杂一点，可以做精密电阻，但由于碳质的原因，还是温度特性不太好。
金属膜电阻(Metal Film Resistor)

上图出自Metal oxide film resistor
与金属膜电阻结构类似，金属氧化物膜主要是在陶瓷棒形成一层锡氧化物膜，为了增加电阻，可以在锡氧化物膜上加一层锑氧化物膜，然后在氧化物膜上加工出螺旋沟槽来精确控制电阻。金属氧化物膜电阻最大的优势就是耐高温。


厚膜电阻采用的丝网印刷法，就是在陶瓷基底上贴一层钯化银电极，然后在电极之间印刷一层二氧化钌作为电阻体。厚膜电阻的电阻膜通常比较厚，大约100微米。具体工艺流程如下图所示。


上图出自panasonic chip resistors
2.2 可变电阻
上中学的时候，应该都使用过滑动变阻器做实验，动一动滑动变阻器，小灯泡可以变亮或变暗。滑动变阻器就是可调电阻，原理都是一样的。
可调电阻，通常分成了三种：
• Potentiometer

• Rheostat

• Trimmer

敏感电阻是一类敏感元件，这类电阻大都对某种物理条件特别敏感，该物理条件一变化，电阻值就会随着变化，通常可以用作传感器， 例如光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等等。在电路设计应用比较多的应该是热敏电阻和压敏电阻，常用作保护器件。

上图出自Murata Application Manual - PTC

PTC就是正温度系数电阻，通常有两种：一种是陶瓷材料，叫CPTC，适用于高电压大电流场合；另一种是高分子聚合物材料，叫PPTC，适用于低电压小电流场合。

陶瓷PTC，其电阻材料是一种多晶体陶瓷，是碳酸钡、二氧化钛等多种材料的混合物烧结而成。PTC温度系数具有很强的非线性，当温度超过一定阈值时电阻会变得很大，相当于断路，从而可以起到短路和过流保护的作用。

上图出自Varistor and the Metal Oxide Varistor Tutorial

压敏电阻通常都是金属氧化物可变电阻，即Metal Oxide Varistor(MOV)，其电阻材料是氧化锌颗粒和陶瓷颗粒混合后一起烧结成型。MOV的特性就是当电压超过一定阈值的时候，电阻迅速下降，可以通过大电流，因此可以用于浪涌防护和过压保护。

基本上没有电路板会不用电阻，任何电路板上使用最多的器件就是电容和电阻。各种上下拉电阻，反馈电阻等等。水平有限，简单讲述一下。

热效应

零欧姆电阻也叫跳线电阻(Jumper)。在电路设计中，为了调试方便或者作兼容设计经常使用。例如在作预研设计时，为了调试时能测试芯片的每组电源的工作电流，通常需要用零欧姆电阻将电源分成多路。

使用零欧姆电阻时，最常遇到的问题就是功耗怎么算，如何判断选择的电阻是否满足要求？

此时，就需要从电阻的规格书中获取相关参数，从下图可以看出RC0402的零欧姆电阻，其电阻值不会超过50mΩ，额定电流不超过1A，由此就可以判断电阻是否满足设计要求。通常0402的零欧姆电阻都可以满足1A以下的电流要求。

有些时候电路中需要一组几十毫安的电源，但是其电压在电路中其他地方都用不到，此时单独弄一组DCDC或者LDO都不太合适，因为电流太小。此时可以使用稳压管稳压电路。

分压

对于高速信号，PCB走线需要考虑传输线模型，要保证阻抗匹配，防止信号反射会影响信号完整性。阻抗匹配就是保证负载阻抗与传输线的特征阻抗相等以消除反射。最常用最简单的就是源端串联匹配，即在信号源端串联一个电阻，该电阻和源内阻之和等于传输线特征阻抗，这样即使负载端不匹配，信号反射回来会被源端信号，不会再次反射。

选型简单的说，就是根据器件的规格书，提取关键参数，判断是否满足应用的要求。

3.2.1 固定值电阻

PTC在电路中的主要作用和保险丝类似，就是过流保护，区别就是保险丝是一次性的，而PTC是可恢复的，而很多时候换保险丝是不可接受的，影响客户体验。PTC也属于安规器件，通常要求通过UL1439认证。

上图是PTC的阻抗温度特性，当过流的时候PTC发热，温度迅速上升，PTC的阻抗迅速变大，形成断路，断路后电流下降，发热减少，温度下降，PTC恢复低阻抗。因此，PTC非常适合短时过流。

保持电流

动作电流，即PTC进入高阻抗状态，断路保护的电流。

额定电压

PTC直流电阻的存在，会使PTC存在一定的直流压降，设计时要注意压降后的电源电压要满足要求。

和保险丝相比，PTC的额定电压和额定电流都小很多，而PTC的直流阻抗通常是保险丝的两倍左右。PTC保护的时候，实际是高电阻状态，因此会有毫安级的漏电流，而保险丝是熔断机制，切断电流通路，基本不存在漏电流。

3.2.3 压敏电阻

MOV的理想伏安特性

额定工作电压可以认为是MOV能保持高阻抗状态的最高持续工作电压。根据应用场合，MOV可以分为交流和直流两种，两种场合用的器件规格是不一样。用于直流场合的MOV通常不能用于交流场合。

MOV的额定工作电压，交流场合考虑交流额定电压，即Vrms或Vm(ac)，上图中的器件可以有效值130V的交流电中正常工作。超过这个电压，MOV可能动作或者损坏，导致电路无法工作。

主要用于防护瞬态高压，持续的过高电压会导致MOV损坏。

钳位电压

雷击或者感性负载切换等等，会产生很大浪涌电流，MOV除了钳位住高压以外，还需要泄放浪涌电流。

MOV能否承受住浪涌电流，主要和一段时间内MOV承受的能量大小有关，能量过大，MOV过热烧毁。能量的大小，和浪涌的波形和数目有关，通常，器件的浪涌能力都按8/20us波形能测试。上图中的MOV，单个3500A的8/20us的浪涌脉冲，连续2个3000A的8/20us的浪涌脉冲，连续20个750A的8/20us的浪涌脉冲。

此外，MOV的寄生电容比较大，不能用在较高速率的信号线上。MOV的响应时间比TVS慢，对一些快速的脉冲，像ESD可能不起作用。这些也是我们需要考虑的因素。