电阻(Resistance,通常用“R”表示),在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大,电阻越小,电子流通量越大,反之亦然。
电阻是导体本身的一种特性,不同的导体,电阻一般不同。
电阻的决定式,计算式。
注意:金属的电阻随温度的升高而增大,半导体随温度的增加而减小,大多数金属在温度降到一定数值时,电阻突然将为零,出现超导现象。
一、电阻的种类 1.1普通电阻薄膜电阻(贴片居多):包括碳膜电阻、合成碳膜电阻、金属氧化膜电阻、化学沉积膜电阻、玻璃釉膜电阻和金属氮化膜电阻
线绕电阻(大功率):包括通用线绕电阻、功率线绕电阻、高频线绕电阻和精密线绕电阻)、实心电阻(包括无机合成实心碳质电阻和有机合成实心碳质电阻)
1.2特种电阻湿敏电阻、热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻、力敏电阻、气敏电阻。
另外常听说的电阻有厚膜电阻和薄膜电阻。厚膜与薄膜的区别主要是从生产工艺上区分的。厚膜价格相对便宜,但精度相对较低。一般常见的普通贴片电阻都是厚膜电阻,5%的精度。
二、电子电路中常用的电阻的结构和特点电阻种类
电阻结构和特点
实物图片
碳膜电阻(用得少)
气态碳氢化合物在高温和真空中分解,碳沉积在瓷棒或者瓷管上,形成一层结晶碳膜。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度,可以得到不同的阻值。碳膜电阻成本较低,性能一般。
金属膜电阻
在真空中加热合金,合金蒸发,使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。这种电阻和碳膜电阻相比,体积小,噪声低,稳定性好,但成本较高。
碳质电阻
把碳黑、树脂、粘土等混合物压制后经过热处理制成。在电阻上用色环表示它的阻值。这种电阻成本低,阻值范围宽,但性能差,因此很少使用该种电阻。
合成膜电阻
合成碳膜电阻是用有机粘合剂将碳墨、石墨和填充料配成悬浮液涂覆于绝缘基体上,经加热聚合而成。它的电性能和稳定性较差,一般不适于作通用电阻器。但由于它容易制成高阻值的膜,所以主要用作高阻或高压电阻器。合成碳膜电阻器的特点是阻值范围宽,价格低,但噪声大,频率特性不好,故多用于要求不高的电路中,如高阻电阻箱等。
线绕电阻
用康铜或者镍铬合金电阻丝,在陶瓷骨架上绕制成。这种电阻分固定和可变两种。它的特点是工作稳定,耐热性能好,误差范围小,适用于大功率的场合,额定功率一般在1瓦以上。
方形线绕电阻
(用得少)
方形线绕电阻(钢丝缠绕电阻)又俗称为水泥电组,采用镍,铬,铁等电阻较大的合金电阻线绕在无碱性耐热瓷件上,外面加上耐热,耐湿,无腐蚀之材料保护而成,再把绕线电阻体放入瓷器框内,用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成。它的优点是阻值精确,低杂音,有良好散热及可以承受甚大的功率消耗,大多使用于放大器功率级部份。缺点是阻值不大,成本较高,亦因存在电感不适宜在高频的电路中使用。
金属玻璃铀电阻(就它最常用)
将金属粉和玻璃铀粉混合,采用丝网印刷法印在基板上。耐潮湿,高温,温度系数小,主要应用于厚膜电路。贴片电阻SMT贴片电阻(片式电阻)是金属玻璃铀电阻的一种形式,它的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成,特点是体积小,精度高,稳定性和高频性能好,适用于高精密点子产品的基板中。
光敏电阻
光敏电阻是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,又称为光电导探测器,入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。还有另一种入射光弱,电阻减小,入射光强,电阻增大。
热敏电阻
热敏电阻是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。
压敏电阻
“压敏电阻"是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,主要用于在电路承受过压时进行电压嵌位,吸收多余的电流以保护敏感器件。压敏电阻器的电阻体材料是半导,现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻。其优点:多种浪涌承受能力(标准、高浪涌、超高浪涌)、大电流处理、能量吸收能力(单体通流量可达到70KA甚至更高)、快反应时间、低泄露电流。
0欧姆电阻
0欧姆电阻指阻值为零的电阻(有时是小于5或3欧这样)。电路板设计中两点不能用印刷电路连接,常在正面用跨线连接,这在普通板中经常看到,为了让自动贴片机和自动插件机正常工作,用零电阻代替跨线。
碳膜电位器
它的电阻体是在马蹄形的纸胶板上涂上一层碳膜制成。它的阻值变化和中间触头位置的关系有直线式、对数式和指数式三种。碳膜电位器有大型、小型、微型几种,有的和开关一起组成带开关电位器。还有一种直滑式碳膜电位器,它是靠滑动杆在碳膜上滑动来改变阻值的。
线绕电位器
用电阻丝在环状骨架上绕制成。它的特点是阻值范围小,功率较大。
接下来以电阻实例讲解电阻选型相关知识 三、电阻结构描述:RES(电阻) SMD(贴片) 22K(阻值) OHM 1%(精度) 1/16W(功率) 0402(封装)
四、降额曲线 横坐标:环境温度( ℃ );纵坐标:额定功率百分比( % )大于 70℃ 后功率开始下降实际情况:工业级产品很多要求为 -40~85℃ 下可以工作(如右图)。 在 70℃ 以后功率下降,所以在电阻的产品说明中的 1/16W 不可以满打满算的应用到实际应用中。 故产品说明中的 1/16W 要乘以 0.7 ,来保留裕量,大于0.7可能会出现故障。 五、特性表需要说明:
特征:种类电阻公差:误差(也叫精度)最大过载电压:50V ;最大工作电压:100V 最大可以在 100V 的电压下持续工作,最大可以在瞬时电压为 100+50V 的电压工作 六、电阻选型要点 6.1总览 电阻的种类和精度满足应用电路设计的要求。电阻的阻值满足应用电路使用。如TTL信号(大于2.4为信号1)的板子和COMS(大于3.5为信号1 )板子之间的对接。电阻的额定功率大于电阻在应用电路实际工作功率。一般按额定功率70%降额设计选用。电阻在应用电路中实际工作电压小于最大工作电压。一般按最高工作电压的75%隆额设计选用。电阻的稳定性、工作频率、噪声等特性满足应用电路要求。在电路设计中,对于电阻的应用,有四个最关注点:
电阻的阻值;电阻的尺寸;电阻的额定功率;电阻的精度。 6.2阻值标称阻值的表示方法采用GB/T2471中的E24、E48、E96、E192系列。
(1)E24 系列
用三位字符表示阻值。前两位字符表示有效数字,第三位代表零的个数。阻值小于 10 欧时 R 表示小数点。例如:100=10,102=1K,105=1M,9R1=9.1。
(2)E96系列
用四位字符表示阻值。前三位字符表示有效数字,第四位代表零的个数。阻值小于100Q时,R表示小数点。例如:10R0=10,1542=15.4K,1004=1M,4990=499。
(3)E96系列
三位字符表示法:用三位字符表示阻值,前两位数字表示E96系列序号,第三位代表10的n次幂。例如:66A=475×=475
6.3精度注意:±0.1%:目前精度的极限值;±1%,±5%:最常用
6.3.1设计案例在上图中,输出电压为3.3V,要求精度为±3%。
故芯片内部 VSENSE 设置当反馈回来的电压有 0.8V(通过反馈电路反馈计算而来) 上下的波动时调节芯片内部的开关(详情见DCDC)。
要求输出的精度是 ±3% ,如果两个反馈电阻为 5% 的精度,一来一去就是 10% 的精度,所以选用1% 精度的电阻。不选0.1% 精度的电阻是因为考虑成本。
在实际工程应用中,一般要求的精度为±3%,±5%,故电阻选择精度一般都是1% 精度。
6.3.2曲线薄膜在温度变化下稳定性比厚膜的好。这也是特性表中的一个特性。
6.4功率绝大部分封装下的电阻数据如下表:
6.5电阻尺寸 七、上下拉电阻 7.1上拉电阻(1)当TTL电路驱动COMS电路时
TTL大于 2.4V 为信号 1 ;COMS大于 3.5V 为信号 1。当TTL信号为 1 时,控制 MOS 管导通,接通上拉电阻输出例如 5V 的输出来使下一级的 CMOS 电路收到信号1.
(2)OC门电路加上拉电阻
同样的道理,该门如果没有上拉电阻则导通为 0V ,断开为赋空。
(3)为加大输出引脚的驱动能力,有的单片机管脚上也常使用上拉电阻
例如:若 5V 输出那里接通一个单片机,单片机可以接受和输出 20mA 的电流。 当接收时没有问题。 但是想输出 25mA ,对于单片机来讲很吃力,可以上拉电阻来分担大部分的输出电流。
(4)不用的管脚
(5)线传输中电阻匹配,抑制反射波干扰。
7.2选择原则上拉电阻阻值的选择原则包括:
从节约功耗考虑应当足够大;电阻大,电流小。从足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小,电流大。对于高速电路,过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑以上三点。
电容部分 一、电容简介 1.1作用 储能,使器件工作电压保持稳定:负载动态、外界变化时常用嗓声的重要泄放通路:开关变化存在噪声,高频噪声泄放通路实现交流耦合:两个芯片之间可能直流信号不能通用。连接电容将直流滤掉,通交流,实现交流耦合实现滤波,退耦:电源管脚等等
1.2描述描述:CAP(电容) CER(陶瓷) 0.1UF(容值) 16V(耐压) Y5V(类型) 0402(封装)
CAP(电容) TANT(钽) 1UF(容值) 10%(误差) 10V(耐压) 1206(封装)
1.3实物图以钽电容为例
1.4分类 1.4.1陶瓷介质类陶瓷电容(ceramic capacitor)是以陶瓷为介质的电容 器的统称,又称为陶瓷介质电容和瓷介电容。特点如下:
这种电容结构简单、电容量较宽;陶瓷电容的种类繁多,外形尺寸相差很大;按材料介质主要分为Ⅰ类陶瓷电容和Ⅱ类陶瓷电容;不同材料的陶瓷介质,其温度特性有极大的差异;优点:耐高压、绝缘性好、性能稳定;缺点:容量小;(1)一类为温度补偿型NPO介质
NP0又名COG,电气性能最稳定,基本上不随温度、电压、时间的改变,属超稳定型、 低损耗电容材料类型,适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中
(2)二类介电常数型X7R介质
X7R是一种强电介质,因而能制造出容量比NPO介质更大的电容器。这种电容器性能较 稳定,随温度、电压时间的改变,其特有的性能变化并不显著,属稳定电容材料类型, 使用在隔直流、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。
(3)三类为半导体型X5R介质
X5R具有较高的介电常数,常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。 但其容量稳定性较X7R,容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感,主要用在电子整 机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中
(4)Ⅱ类陶瓷电容
按照美国标准EIA-198-D对Ⅱ类陶瓷电容的规定,用字母或数字表示陶瓷电容的温度性质。符号由三部分组成,第一部分为最低工作温度,第二部分为最高工作温度,第三部分为随温度变化的容差。
比如X7R,X表示最低温度是-55℃,7表示最高温度为+125℃,R表示随温 度变化的容差为 ±15%,即±30ppm/℃;又如Z5V, Z表示最低温度是 +10°,5表示最高温度为+85°,V表示随温度变化的容差为 +22/-82。
1.4.2电解类电解电容是一种用阀金属通过阳极氧化形成良好绝缘的致 密氧化膜作为介质的电容。阀金属有铝、钽、铌、钛。因 此,电解电容分为铝电解电容、钽电解电容等。特点如下:
容量大、体积大;频率特性差,在高频率下等效容量很小;漏电流比较大;ESL大、ESR大;在极高温和极低温下,性能极不稳定;应用于电源滤波、低频旁路和信号耦合; 1.4.3钽电容(1)定义
用金属钽经过阳极氧化的氧化物作为介质的一种电解 电容;
(2)分类
液钽电容和固钽电容;直插式钽电容和贴片钽电容;
(3)特点
•温度性能好;ESL小,几乎为零;体积小;ESR比同额定电压的铝电解电容小;价格高;耐电压能力差,高温降额使用;耐电流能力差;应用于电源滤波、低频旁路和信号耦合。(4)钽电容与铝电容的对比
铝电容扛浪涌能力比较好
1.4.4其他类有机薄膜,云母、云母纸、空气
1.5型号命名依据( GB2470 -81 ) ,国产电容的型号命名一般由四部分组成,依次分别代表名称、材料、分类和序号。
第一部分:名称,用字母表示,电容器用C。第二部分:材料,用字母表示。第三部分:分类,一般用数字表示,个别用字母表示。第四部分:序号,用数字表示其中,101:10后面1个零,为100pF。
二、器件手册 2.1电容的等效模型 2.2 ESR等效串联电阻:理想的电容自身不会有任何能量损失,但实际上,因为制造电容的材料有电阻,电容的绝缘介质有损耗。 这个损耗在外部,表现为就像一个电阻跟电容串联在一起,所以就称为“等效串联电阻
2.3频率-电感,ESR随着频率的增加,电容中呈现的感性和等效电阻逐渐降低至图中箭头所指处最低,而后上升。
所以在箭头所指处电容的性能最好。
2.4频率-电容在等效电路的共同作用下,电容的随着频率变化的容值曲线如上图。在图中的红色方框内达到最佳。方框以后,电容值迅速减小,就表现出感性了。
2.5温度-工作电压以描述中 10V 耐压为例,在 -55℃~85℃ 电容工作电压可达到 100% ,不需要降额;但是工作到大于 85℃ 就无法维持 100%。
在 125℃ 的温度下只能维持到 67%(6.5V) 和 33%(3.3V) ,所以选择电容时需要考虑降额。
三、电容的主要参数特性(1)容量和误差 实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。 在选型上注意精度等级,用字母表示:D--±0.5%,F--±1%,G--±2%,」--±5%,