史上最詳細的電阻科普文章，小小電阻藏著(zhù)大奧秘

　　零歐姆電阻

　　零歐姆電阻也叫跳線(xiàn)電阻(Jumper)。在電路設計中，為了調試方便或者作兼容設計經(jīng)常使用。例如在作預研設計時(shí)，為了調試時(shí)能測試芯片的每組電源的工作電流，通常需要用零歐姆電阻將電源分成多路。

　　使用零歐姆電阻時(shí)，最常遇到的問(wèn)題就是功耗怎么算，如何判斷選擇的電阻是否滿(mǎn)足要求?

　　此時(shí)，就需要從電阻的規格書(shū)中獲取相關(guān)參數，從下圖可以看出RC0402的零歐姆電阻，其電阻值不會(huì )超過(guò)50mΩ，額定電流不超過(guò)1A，由此就可以判斷電阻是否滿(mǎn)足設計要求。通常0402的零歐姆電阻都可以滿(mǎn)足1A以下的電流要求。

　　原圖截自GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS - Yageo

　　限流

　　有些時(shí)候電路中需要一組幾十毫安的電源，但是其電壓在電路中其他地方都用不到，此時(shí)單獨弄一組DCDC或者LDO都不太合適，因為電流太小。此時(shí)可以使用穩壓管穩壓電路。

　　分壓

　　分壓例如ADC采樣電路，DCDC輸出電壓反饋，電平轉換等等。

　　匹配電阻

　　對于高速信號，PCB走線(xiàn)需要考慮傳輸線(xiàn)模型，要保證阻抗匹配，防止信號反射會(huì )影響信號完整性。阻抗匹配就是保證負載阻抗與傳輸線(xiàn)的特征阻抗相等以消除反射。最常用最簡(jiǎn)單的就是源端串聯(lián)匹配，即在信號源端串聯(lián)一個(gè)電阻，該電阻和源內阻之和等于傳輸線(xiàn)特征阻抗，這樣即使負載端不匹配，信號反射回來(lái)會(huì )被源端信號，不會(huì )再次反射。

　　此外，還有各種非線(xiàn)性的靈敏電阻，可以用作傳感器、保護電路等等。

　　3.2 電阻的選型

　　選型簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是根據器件的規格書(shū)，提取關(guān)鍵參數，判斷是否滿(mǎn)足應用的要求。

　　3.2.1 固定值電阻

　　常見(jiàn)類(lèi)型的電阻的主要參數的對比如下圖所示，出貨量最大的應該是厚膜電阻和金屬膜電阻。

　　3.2.2 熱敏電阻

　　PTC在電路中的主要作用和保險絲類(lèi)似，就是過(guò)流保護，區別就是保險絲是一次性的，而PTC是可恢復的，而很多時(shí)候換保險絲是不可接受的，影響客戶(hù)體驗。PTC也屬于安規器件，通常要求通過(guò)UL1439認證。

　　上圖是PTC的阻抗溫度特性，當過(guò)流的時(shí)候PTC發(fā)熱，溫度迅速上升，PTC的阻抗迅速變大，形成斷路，斷路后電流下降，發(fā)熱減少，溫度下降，PTC恢復低阻抗。因此，PTC非常適合短時(shí)過(guò)流。

　　保持電流

　　選用PTC的時(shí)候，首先要考慮設計工作電流，不能超過(guò)PTC保持電流，此時(shí)PTC可以保持低阻抗狀態(tài)。PTC的保持電流會(huì )隨著(zhù)工作溫度的升高而降低，因此，工作溫度時(shí)需要考慮的重要因素。

　　動(dòng)作電流

　　動(dòng)作電流，即PTC進(jìn)入高阻抗狀態(tài)，斷路保護的電流。

　　額定電壓

　　即PTC能承受的最大電壓，超過(guò)額定電壓，PTC可能會(huì )被擊穿短路，進(jìn)而引起燒毀。因此，設計時(shí)要考慮各種情況下PTC的工作電壓不能超過(guò)其額定電壓。

　　當PTC斷路保護的時(shí)候，會(huì )承受整個(gè)電源電壓，PTC選型的時(shí)候，額定電壓要大于電源電壓。通?？紤]降額到80%，即電源電壓12V，要選擇耐壓15V以上的PTC。

　　在電源輸入端口，需要考慮浪涌防護，此時(shí)要考慮最大的浪涌電流，乘以PTC的電阻，即PTC承受的浪涌電壓，不能超過(guò)PTC額定電壓。

　　額定電流

　　即在額定電壓下，PTC能承受的最大短路電流，短路電流超過(guò)額定電流，PTC將會(huì )損壞。

　　直流電阻

　　PTC直流電阻的存在，會(huì )使PTC存在一定的直流壓降，設計時(shí)要注意壓降后的電源電壓要滿(mǎn)足要求。

　　和保險絲相比，PTC的額定電壓和額定電流都小很多，而PTC的直流阻抗通常是保險絲的兩部左右。PTC保護的時(shí)候，實(shí)際是高電阻狀態(tài)，因此會(huì )有毫安級的漏電流，而保險絲是熔斷機制，切斷電流通路，基本不存在漏電流。

　　3.2.3 壓敏電阻

　　壓敏電阻的特性與穩壓二極管(Zener diode)、TVS類(lèi)似，都屬于鉗位型器件，主要用于防護電路瞬態(tài)過(guò)壓，例如浪涌。

　　MOV的理想伏安特性

　　選擇防護器件，主要考慮兩個(gè)方面：一是防護器件在正常工作條件下不能動(dòng)作或者損壞，二是在設計范圍內的異常情況下要能起到保護電路的作用，即防護能力。

　　額定工作電壓

　　額定工作電壓可以認為是MOV能保持高阻抗狀態(tài)的最高持續工作電壓。根據應用場(chǎng)合，MOV可以分為交流和直流兩種，兩種場(chǎng)合用的器件規格是不一樣。用于直流場(chǎng)合的MOV通常不能用于交流場(chǎng)合。

　　MOV的額定工作電壓，交流場(chǎng)合考慮交流額定電壓，即Vrms或Vm(ac)，上圖中的器件可以有效值130V的交流電中正常工作。超過(guò)這個(gè)電壓，MOV可能動(dòng)作或者損壞，導致電路無(wú)法工作。

　　主要用于防護瞬態(tài)高壓，持續的過(guò)高電壓會(huì )導致MOV損壞。

　　鉗位電壓

　　MOV是鉗位型器件，遇到瞬態(tài)高壓時(shí)，阻抗會(huì )下降，通過(guò)大電流，瞬態(tài)高壓會(huì )被抑制，但不會(huì )降為零，而是依然保持相對高壓，通常是額定工作電壓的2到3倍。選擇MOV時(shí)，要注意鉗位電壓不能超過(guò)被防護器件的最高耐壓，超過(guò)時(shí)，需要采用多級防護，例如后級加一個(gè)大功率電阻去耦，再加一顆TVS，利用TVS的低鉗位電壓進(jìn)一步減小殘壓。

　　最大脈沖電流

　　雷擊或者感性負載切換等等，會(huì )產(chǎn)生很大浪涌電流，MOV除了鉗位住高壓以外，還需要泄放浪涌電流。

　　MOV能否承受住浪涌電流，主要和一段時(shí)間內MOV承受的能量大小有關(guān)，能量過(guò)大，MOV過(guò)熱燒毀。能量的大小，和浪涌的波形和數目有關(guān)，通常，器件的浪涌能力都按8/20us波形能測試。上圖中的MOV，單個(gè)3500A的8/20us的浪涌脈沖，連續2個(gè)3000A的8/20us的浪涌脈沖，連續20個(gè)750A的8/20us的浪涌脈沖。

　　此外，MOV的寄生電容比較大，不能用在較高速率的信號線(xiàn)上。MOV的響應時(shí)間比TVS慢，對一些快速的脈沖，像ESD可能不起作用。這些也是我們需要考慮的因素。