电阻使用必备的基础知识

电阻器的分类

首先，电阻器可以根据它们提供的电阻的性质来分类。此外，还根据它们的结构对它们进行了细分。因此，电阻器大致可分为以下类别:

1)固定值电阻器-这些电阻器一直提供固定电阻。他们的抵抗是无论如何也改变不了的。定值电阻器主要有四类:

A)成分(碳或陶瓷)电阻器 b)薄膜型电阻器
C)线绕电阻器
D)箔片电阻器
E)半导体电阻器

2)可变电阻器-这些电阻器的电阻可以手动或数字化改变。由于它们有改变其电阻的规定，这些被称为可变电阻器。可变电阻器有以下几种类型:

A)电位器 b)数字电位器 c)电阻器 d)微调器

3)依赖性电阻器-这些电阻器的电阻取决于其他物理量，如光、电压、温度、磁性或机械应力。相关电阻有以下几种类型:

A)轻型电阻器
B)电压型电阻器
C)热敏电阻
D)磁相关电阻器
E)应变片

4)功率电阻器-这些电阻器的用途不是在电路中提供电阻，而是散发功率(以热的形式)。电源电阻器有以下几种类型:

A)线绕电阻器
B)栅极电阻器
C) SMD 电阻器
D)水阻器
E)液体变阻器

大多数时候，你可能在普通电路中使用固定值的碳合成电阻或微调电位器。但是，为特定电路、使用或应用选择电阻器可能不那么方便。电阻器表现出许多不理想的特性，在设计电路时需要慎重考虑。这些不理想的特性通常由技术规范来评估和决定，这些技术规范可以被认为是电阻器的关键性能指标(kpi)。这两个 kpi 基本上必须检查(即使你知道最终将使用一个固定值的碳合成电阻器) : 额定电阻(固定电阻器)或额定电阻范围(可变电阻器) ，以及电阻器的功率等级。此外，根据具体的电路、用途或应用程序，可能需要检查多个 kpi。在某些 kpi 中，不同类型的电阻通常会与其他关键指标达成妥协。因此，与电阻相关的常见指标包括以下-

1)额定电阻
2)功率额定值
3)宽容
4)额定电压
5)电阻电压系数
6)温度等级
7)抵抗的温度系数
8)频率响应
9)噪音
10)脉冲稳定性
11)稳定
12)尺寸
13)可靠性

标称电阻-任何电阻器都应该提供一个已知的电阻或电阻范围(如果是可变电阻器)。这就是所谓的名义电阻或简单的价值电阻。当一个电阻器被连接到电路中时，它必须具有一定的值。然后在电路中连接一个精确值的电阻器(如果有的话)或一组接近所需值的电阻器。电阻器的电阻值显然是在连接电路之前首先要检查的。电阻器的值用颜色编码或标签表示。

功率额定值-功率额定值是另一个非常重要的因素，必须从根本上考虑，而选择电阻器。电阻器的额定功率一般为1/20、1/16、1/10、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、15、20、25、50、100、200、300和600瓦。额定功率小于5瓦特的电阻器通常不会在电阻器主体或封装上明确标明额定功率。功率额定值超过5瓦特的电阻器被归类为功率电阻器，通常在封装上明确标明功率额定值。

对于功率额定值小于5瓦的低功率电阻器，功率额定值取决于电阻器封装的大小。一般来说，额定功率越高，电阻器包装的尺寸越大。电阻器主要有轴向、 SMD 和 MELF 三种封装形式。轴向电阻器的功率可以通过测量电阻器组件的长度或直径来确定。轴向电阻器包装的长度和直径可以从标准功率额定表(将在以后的文章中的电阻器选择备忘单中提到)中进行比较，以确定电阻器的瓦数。类似地，SMD 电阻器包的功率可以通过测量包的长度、宽度或宽度来确定，并与标准功率额定表进行比较。

对于 SMD 电阻器封装，必须根据 SMD 封装的密码使用适当的焊盘和接地模式。与轴向封装一样，MELF 封装的额定功率也可以通过测量 MELF 封装的长度和直径来确定。供应商专用电阻器包装件(如供应商专用线绕电阻器)的功率额定值可通过测量包装件的尺寸并与供应商在其数据表中提供的功率额定值表进行比较再次确定。

额定功率是必须考虑的第二个最重要的因素。电阻器只能以热的形式发散功率。电阻器的任何过度加热都会永久损坏它或不可逆地改变它的实际电阻。选择一个额定功率至少是其在电路中可能遇到的最大功率的两倍的电阻总是安全的。可能还有其他因素，例如电阻器的外壳、电路的分组、工作温度范围，以及其他可能的环境因素，需要选择功率额定值更高的电阻器(电阻器在电路中可能遇到的最大功率的四至五倍)。对于大多数应用来说，1/4、1/2或1瓦的碳组合物、 SMD 或薄膜电阻器，或在某些情况下1至5瓦的线绕电阻器，就足够了。在非常罕见的应用中，可能需要额定功率为10至600瓦特的功率电阻器。

电阻器的额定功率一般指定为电阻器在摄氏25度的温度下所能承受的最大功率。随着环境温度的升高，电阻器的功率容量减小。电阻器对环境温度上升的功率容量下降是由制造商用降额曲线表示的。降额曲线一般绘制在温度范围内，从满负荷环境温度(一般为25 ° c)到电阻器能够承受的最高空载温度。在减速曲线中，环境温度以摄氏度为单位绘制在水平轴上，功率容量绘制在垂直轴上，作为额定负荷百分比，范围从100% (25 ° c 的满负荷容量)到0% (最高温度电阻器可容许的空负荷容量)。这通常是一个从满载能力(100% 在25 ° c)倾斜到空载能力(0% 在最高允许环境温度)的线性地块。

大多数电阻器的设计容忍环境温度从30 ° c 到40 ° c。如果特定的电路设计用于温度超过40 ° c 的操作，必须基本上检查降额曲线。然后，它将是安全的拿起一个电阻的额定功率至少三倍或四倍的最大功率，它可能遇到的电路。一个高功率额定电阻器甚至可以在更高的温度下工作，而不会在低于其满负载功率容量时断开。

重要的是，电阻器通常由制造商按其额定功率分组为系列，如制造商的1/4瓦、1/2瓦、1瓦电阻器系列等的数据表所示。

公差-即使在25 ° c 时，电阻器也不能提供规定的额定电阻。由于环境因素的影响，它们的实际阻力可能偏离其名义值。这种偏差通常是由制造商对电阻器包装件进行质量检测时所知道的，并在电阻器包装件的颜色代码或标签中明确表示为公差。对于各种类型的电阻器，典型的容差水平为1% 、2% 、5% 、10% 和20% 。还有精密电阻器(金属薄膜、线绕和箔电阻类型)的公差低至0.1% 至0.0005% 。如果一个100ω 电阻器有5% 的容差，那么它的实际电阻可以在95ω 到105ω 之间的任何地方。一般来说，任何系列的低值电阻器(如制造商生产的1/4瓦电阻器系列)公差较大，而同一系列的高值电阻器公差较小。

额定电压-额定电压是电阻器所能承受的最大直流电压或有效值电压。额定电压通常由制造商为电阻系列规定。电阻器系列是由额定功率如1/4、1/2或1瓦特电阻器等指定的。超过这个额定值的任何电压都可能导致电阻器中的浪涌电流或泄漏电流永久损坏电阻器，甚至损坏附近的元件。大多数1/4、1/2和1瓦特电阻系列的额定电压为250 v 到350 v。一般来说，额定电压越高，额定电压越高。可以有多个额定电压为不同的电阻系列相同的额定功率从一个制造商。例如，1 w 电阻器系列可用于额定电压从250 v 到高达1000 v。

电阻电压系数-电阻器的电阻可能由于外加电压而发生变化。这可以用电阻串联的电压系数表示。电压系数是电阻器每伏特电阻阻值变化的百分比。这通常是一个很低的值，通常可以忽略，直到施加电压低于电阻器的额定电压。

温度额定值-温度额定值也由制造商为电阻系列而不是单个电阻器指定。它通常被指定为工作温度范围。例如，在上面的截图中，1/4 w 金属电阻器系列的工作温度范围为 -55 ° c 至155 ° c。一些制造商还规定了满负荷最高温度和空负荷最高温度。满载最高温度是电阻器耗散最大功率时的最高温度。空载最高温度是电阻器能够保存而不损坏的最高温度。空载最高温度通常是满载最高温度的两倍。因此，串联电阻器可以存储在较高的温度下，但是它们可以承受工作电路中相对较低的温度。

电阻温度系数-除了工作温度范围外，电阻系列的温度系数是另一个必须考虑的重要因素，在电阻变化有限的应用是允许的。由于环境温度、电阻器本身散热、湿度和机械应力的变化，电阻器的实际电阻可能发生变化。温度变化引起的电阻变化由电阻系列的温度系数表示。温度系数可以是积极的，也可以是消极的。正电阻温度系数是指电阻器的实际电阻值随温度的升高而增加，从额定电阻值(室温25 ° c)开始。负温度系数表示电阻器的实际电阻随着温度的升高而减小。对于不同制造商的不同电阻系列，温度系数以百万分率表示，通常从1 PPM 到6700ppm 不等。例如，在上面的截图中，一个1/4 w 的金属电阻系列有200ppm 的温度系数。这意味着它的电阻偏离标称电阻200ppm 每摄氏度。当温度达到摄氏35度时，1000ω 电阻器必须具有以下电阻:

电阻变化在 PPM = 200x (35-25) = 2000ppm
在35 ° c = 1000x (1 + 2000/1000,000) = 1002ω 时的实际电阻

一般来说，电阻抗温度变化的变化不是线性的。因此，必须检查从制造商的电阻系列数据表得出的图表，以便在关键电路或应用(如温度补偿电路)中使用该电阻时，由于可能的温度变化而导致电阻的实际变化。

频率响应-电阻器应该提供电阻，而不是电容或电感。但是，由于设计的限制和缺陷，电阻器通常有一些感应电感或电容。由于电阻器的作用，电路中的阻抗增加了。电路的工作频率越高，由电阻器增加的阻抗就越大。制造商将电阻器的频率响应指定为频率与不需要的阻抗之间的关系图，用电阻值的百分比表示。通常，电阻器可用于阻抗等于电阻器容许值的最高频率。一般来说，低功率电阻器由于其紧凑的尺寸和设计，具有比高功率电阻器更好的频率响应(即低阻抗频率)。

噪声-电阻器有一些交流波动的响应，外加直流电压。虽然这些噪声信号不会影响电阻器的电阻，但在为低电平信号设计的电路或处理数字信号的电路中必须考虑到这些噪声信号。电阻器中可能存在约翰逊噪声、电流噪声、散粒噪声或接触噪声。约翰逊噪声是与温度有关的热噪声，它取决于电阻器的电阻、温度和噪声信号的带宽。它对于所有频率都是一样的，对于任何一种具有相同电阻的电阻，它都是一个恒定的噪声。这也被称为白噪声。

电流噪声随所用信号的频率成反比变化。这取决于流过电阻器的电流及其电阻。接触噪声是由于电阻器的结构材料和尺寸引起的噪声。电阻器的额定功率越高，其接触噪音越小。散粒噪声是由电阻器中的直流电流引起的噪声。在电阻器中测量噪声是困难的。具有低公差的电阻具有最低的噪音水平。因此，在必须处理低电平信号或数字信号的电路中，必须首选公差最小的精密电阻器或电阻器。

脉冲稳定性-脉冲提供更高的电压在短时间内电阻比恒定负载。电阻串联的脉冲稳定性通常用峰值脉冲电压表示，即电阻可以承受而不损伤自身。电阻器的脉冲稳定性在频繁电压浪涌的情况下会影响其长期稳定性。

尺寸-电阻器的物理尺寸在尺寸约束电路中可以是一个相当重要的因素。一般来说，低功耗电阻器的尺寸较小。电阻器的额定功率越高，其物理尺寸越大。

长期稳定性——电阻器的标称电阻对于温度变化、湿度、机械应力、电压变化、脉冲和功率耗散等各种工作条件的可重复性表示为电阻器的长期稳定性。电阻系列产品生产厂家通过湿热试验、负载寿命试验等各种短期和长期试验确定。稳定性等级直接关系到短期和长期试验中阻力变化的百分比。我们将在后面的电阻选择备忘单中查看标准稳定性类的表。

可靠性——电阻器的可靠性表示为每1000小时平均故障间隔时间(MTBF)或故障率。可靠性可能不是‘普通’电路中的一个重要因素，但是必须考虑到像军用电路这样的关键电路。

在下一篇文章中，我们将研究各种类型的电阻，并将评价他们的上述指标，试图找到他们适合各种应用。

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