文章目录什么是电阻电阻的功率一定要降额使用电阻的额定电压和精度额定电压精度PCB设计中电阻的作用1.限流电阻保护敏感元件常用经验2.分压电阻电压反馈ADC采集电路一些经验3.分流电阻4.上拉电阻/下拉电阻什么是上下拉作用一、 防止引脚悬空消除外部干扰作用二、配合按键使用作用三、驱动开漏输出特别是I2C一些建议5.负载电阻最常用的作为假负载6.热敏电阻两大类NTC的主要用途浪涌电流抑制PTC的主要用途 过流与过热保护温度补偿温度测量一些建议6. 阻尼电阻0Ω电阻的妙用充当“跳线”优化PCB布线预留测试点分区隔离版本兼容充当低成本“保险丝”选用总结在绘制PCB的过程中我们对电阻的使用非常频繁但是有很多时候使用起来都是经验值所以这里我们对电阻做一个最基本的探讨。以便在后续的设计中对电阻的选择有所依据。什么是电阻在物理学中电阻描述了导体对电流的阻碍作用通常用符号 R 表示其国际单位是欧姆Ohm简称欧符号是 Ω。你可以把电流看做水流电阻就可以类比成水流在管道中流动时所遇到的阻力。欧姆定理告诉我们 RU/I当导体两端的电压一定时电阻越大通过的电流就越小。反之电阻越小电流就越大电阻的功率宏观层面我们知道力的作用是相互的。电也是如此电压提供推动力电阻提供阻碍力。在电流流经电阻的时候电能被消耗转化为热能这个能量转化的速率就是功率。所以我们在选择电阻的时候需要注意他的额定功率。封装代码 (英制)典型额定功率常见应用02011/20 W (0.05W)极小空间、低功耗数字电路04021/16 W (0.0625W)手机、穿戴设备等高密度板06031/10 W (0.1W) 或 1/16W通用型最常用08051/8 W (0.125W)信号线、一般驱动电路12061/4 W (0.25W)电源部分、LED驱动25121 W ~ 2 W大功率采样、电源主回路一定要降额使用千万不要让电阻工作在它的额定极限上如果计算出的实际功率接近额定功率电阻会急剧发热导致阻值漂移甚至烧毁。通常建议实际工作功率不要超过额定功率的 50% ~ 70%。电阻的额定电压和精度另一个在我们选择电阻的时候需要关注的是电阻的额定电压还有精度额定电压是的电阻也有额定电压虽然我们很容易忽略 当超过额定电压时电阻是有可能内部产生电弧或者整个击穿的。精度很多时候我们需要注意购买的电阻精度一般为±5%可以满足90%以上的普通应用上拉/下拉电阻、简单的限流电阻等±1%一般用于模拟信号处理、电压基准、电流采样等对精度有要求的电路中±0.5% , ±0.25% ,±0.1% 高精度只有在精密仪器、高精度ADC/DAC电路、医疗设备等特殊场景下才会用到PCB设计中电阻的作用根据电阻在PCB设计中不同的作用我们一般将电阻分为以下几类注意是根据电阻作用来区分并不是电阻有这么多种类1.限流电阻通过电阻本身的特性限制电路中流过敏感元件的电流大小防止电流过大烧毁元器件进而导致系统无法工作。可以理解为电路的“保安”。保护敏感元件很多元件对电流非常敏感一旦电流超过其额定值瞬间就会烧毁。比如LED大于20mA就有烧毁风险。比如如下图用来保护驱动器的控制口芯片引脚一般引脚的保护电阻大小为1K-10K之间。常用经验LED串联选220Ω-1k芯片IO口限流选1k-10k功率1/4W 即可封装0603不要太大也不能太小用欧姆定律计算出来2.分压电阻大家都知道电阻串联分压而这一特性也被广泛应用在电路设计中。电压反馈如下图R1,R2串联分压之后会反馈给芯片达到精准控制输出电压VOUT的目的。ADC采集电路一般我们单片机的采样区间,是由参考电压决定的。常见的为0-3.3V。而被采样电压普遍高于3.3V。 所以通过电阻将被采样电压分压到可以采集范围内。一些经验分压电阻的核心是“比例匹配”两个电阻的阻值比例决定了输出电压的大小不要使用太小或太大的电阻一般建议在10K到100K之间。3.分流电阻如下图并联分流。电路设计中最常见的应用是解决功率问题。一般来说功率越大体积越大散热要求越高。这时候用几个小功率电阻替代是很合适的。散热更均匀降低寄生电感降低成本采购也会简单4.上拉电阻/下拉电阻在数字电路设计中上拉电阻和下拉电阻就像是信号的“定位器”和“稳定器”。它们的核心任务只有一个给不确定的信号一个确定的默认状态。什么是上下拉类型连接方式作用形象比喻上拉电阻一端接 VCC (电源)一端接引脚将引脚电平“拉”向高电平1像一根弹簧把开关向上拉默认是开的状态。下拉电阻一端接 GND (地)一端接引脚将引脚电平“拉”向低电平0像一根弹簧把开关向下拉默认是关的状态。作用一、 防止引脚悬空消除外部干扰单片机或逻辑芯片的输入引脚GPIO如果什么都不接悬空它的阻抗非常高极易感应周围的电磁波如静电。这会导致引脚电平在 0 和 1 之间疯狂跳变。上/下拉的作用给引脚一个“默认值”。即使没有外部信号驱动引脚也能稳稳地保持在高电平或低电平不会被干扰。作用二、配合按键使用按键本质上是物理接触按下时导通松开时断开。通过上下拉电阻的配合可以获取到导通断开时的电平变化如下图断开时为低电平导通时候为高电平。现在的 STM32 等单片机内部都集成了可编程的上/下拉电阻。作用三、驱动开漏输出特别是I2C有些芯片引脚如 I²C 的 SDA/SCL或单片机的开漏输出内部结构特殊它只能输出“低电平”接地却无法输出“高电平”它没有连接内部电源。I2C 的SDASCL都要加上拉电阻一般在4.7kΩ 到 10kΩ 之间Tips485总线 A上拉B下拉4.7kΩ 到 10kΩ 之间但是和I2C的作用不同主要是失效保护偏置。一些建议不要选太小的上拉/下拉电阻如1kΩ以下否则会增加电源功耗也不要选太大的如100kΩ以上否则电平响应太慢容易出现信号误判。5.负载电阻负载电阻的作用很简单就是作为电路的“负载”让电流形成完整回路同时消耗多余的电能避免电路空载导致的异常。最常用的作为假负载其实最主要的作用是用来测试咱的电路带载能力的。在电子工程设计和维修中我们常用一个功率电阻来模拟真实的负载设备。比如你设计的电源带载能力上限是5V/3A你想测试到底能不能在2A时候正常工作。 这个时候负载电阻就是很好的选择。电源假负载选1kΩ-10kΩ功率根据电源输出电流选择功率电压²/电阻。负载电阻的功率一定要选足够大避免烧坏。6.热敏电阻热敏电阻的阻值会随温度变化而显著改变这一特性使其成为连接物理世界温度与电子世界电阻/电压的关键桥梁。两大类NTC (负温度系数)温度升高电阻值降低。PTC (正温度系数)温度升高电阻值增大。两种截然不同的特性决定了它们在电路设计中各有侧重进而使其在电路设计中扮演着“智能感知”与“主动保护”的双重角色。NTC的主要用途浪涌电流抑制在电子设备在开机瞬间内部的滤波电容需要快速充电会产生一个远超正常工作电流的峰值电流即“浪涌电流”。这个电流可能损坏保险丝、整流桥等元件。将一个 NTC 热敏电阻串联在电源输入回路中。开机瞬间NTC 处于冷态电阻值较高能有效限制浪涌电流的大小。正常工作电流流过 NTC 使其自身发热温度升高其电阻值迅速下降到很低的水平从而避免了正常工作时产生过大的功率损耗。PTC的主要用途 过流与过热保护PTC 热敏电阻常被用作一种“自恢复保险丝”在电路中提供关键的安全保护。将一个 PTC 热敏电阻串联在需要保护的电路中。正常工作时PTC 电阻值很小对电路几乎没有影响。故障发生时过大的电流使 PTC 迅速发热当温度超过其临界点居里温度时其电阻值会急剧增大从而将电路中的电流限制在一个极小的安全范围内相当于“切断”了电路。故障排除后PTC 冷却下来电阻值自动恢复到低阻态电路恢复正常工作无需更换元件温度补偿许多电子元器件如晶体管、晶振的性能会随温度变化而漂移。在电路中巧妙地加入 NTC 或 PTC可以抵消这种漂移保持电路性能的稳定。温度测量温度检测电路中通过热敏电阻的阻值变化让ADC采集到不同的电压从而计算出当前温度。一些建议热敏电阻不能替代普通限流电阻它的核心是“温控”而非单纯的“限流”6. 阻尼电阻阻尼器大家都听过主要作用是抑制振荡、消耗多余能量。上海中心大厦阻尼器“硬刚” 14 级台风而在电路中我们用电阻来当这个阻尼器,主要用于高频电路、开关电路中减少信号反射、抑制尖峰干扰避免电路出现振荡确保信号完整性这个了解即可0Ω电阻的妙用这里有一个很特殊的电阻就是0Ω电阻他并不是完全没有电阻而是很小只有mΩ级别的精密电阻。正是这个微小的特性让它在PCB设计中扮演着“万能钥匙”的角色拥有许多巧妙的用途充当“跳线”优化PCB布线这是0R电阻最基础也最常见的功能。解决布线难题在高密度PCB设计中当两条信号线在同一层无法避开彼此时可以用一个0R电阻跨接在其中一条线上实现“跨越”连接相当于一个微型跳线。替代传统跳线相比使用插针和跳线帽贴片0R电阻更小巧、美观且能通过自动化设备焊接提高了生产效率。同时它避免了空置跳线在高频下成为“天线”而引入干扰的风险。预留测试点在关键信号如VCC、GND、TX走线上串联0Ω电阻后续调试时可断开电阻测量两端电压、电流不用额外焊接测试点分区隔离数字区与模拟区之间用0Ω电阻连接既能实现电气连通又能减少两个区域的干扰比直接用导线连接更易管控版本兼容同一PCB板需要适配不同方案时在可选支路上串联0Ω电阻不需要该支路时拆掉0Ω电阻即可无需重新设计PCB。充当低成本“保险丝”选用在一些对成本敏感且可靠性要求不高的消费类电子产品中0R电阻可以起到简易保险丝的作用。过流保护由于0R电阻的载流能力有限由其封装尺寸决定如0603封装通常约1A当电路发生短路或严重过流时它会因过热而首先熔断从而切断电路保护后端更昂贵的芯片。封装尺寸典型额定电流0402约 1A0603约 1A - 1.5A0805约 2A总结综上所述在电路设计选择电阻的时候记住以下几点第一步明确需求先想清楚这个电阻在电路中要做什么限流分压稳定电平确定电阻的“作用”第二步确定参数根据作用确定电阻的阻值、功率、封装、精度等第三步再问一下是不是极端阻值太小或太大功率是否不足封装是否合适不能选太小诸君共勉前程似锦电路是设计PCB 是实现。硬件工程师的根本就是把理论变成可靠的现实。而 PCB就是这个现实本身。所以一定要好好画PCB哦