關于電阻器,特別是薄膜貼片電阻器在各個領域都十分常用。對于初學者而言,電阻器的選型無非就是選擇阻值的大小與封裝規格,但是對于電阻器的物理特性理解得并不深刻。
在普通的應用場合,或者是做畢業設計,這種理解問題不大。但是在實際的產品設計中,需要考慮到電阻器的方方面面,把各種參數都考慮在內,這樣的產品才有可能在各種使用環境中都穩定可靠。
什么是電阻器?
這是個簡單的概念,專門設計成能阻礙電子流動的元器件,即電阻器。事實上自然界中任何物質都會對電子產生阻力,只是大小有區別而已。標準的阻值例如:10Ω、100Ω、1KΩ、1MΩ等。
常用的參數
從電路設計的角度來看,首先想到的參數就是電阻值,它影響著電流的計算:
I=U/R;
同時也涉及到功率的計算:
P=I2R;
此外還有其它分壓偏置等電路的計算。
如果從PCB設計的角度來考慮,首先要確定的是電阻器封裝的類型和尺寸,而貼片電阻器常用的尺寸規格從小到大排列有:0201、0402、0603、0805、1206、1210、2010、2512。
重要的參數
首先要考慮電阻器的額定功率,如果在電阻器身上加載超過其本身所能承受的功率,電阻器最終會因為過熱而燒毀。例如0603封裝對應的額定功率為1/10W;2512封裝對應額定功率是1W。
再有一點,假設一個1A的直流電流經過0.1Ω的電阻器,在其身上產生了0.1V的電壓降,根據P=UI=0.1?1=1/10W,由于0603封裝的貼片電阻額定功率正好是1/10W,我們能否直接選用呢?
降額設計
當然不行!打個比方,一輛汽車長期滿載運行,與一輛長期半載運行的汽車相比,哪輛車壽命更長,更耐用?另外還有一個重要的原因:高溫會使得電阻的額定功率成比例下降。
這就是降額設計,盡量避免電阻器長時間滿載工作,在更合理的功率區間內延長使用壽命。此外,使用更大的封裝能使電阻器的熱量分散,有利于PCB散熱。
另外做電阻降額最大的好處,就是能讓電阻器在工作溫度范圍內可以維持原來的功率。從上圖我們看到,當電阻器溫度達到70℃時,額定功率開始打折。當溫度到達100℃時,額定功率只有原來的60%,如果不進行降額使用,后果可想而知!
至于降額的幅度,需要根據項目的實際情況以及設計的標準來綜合考慮,通常是50%~80%?;氐缴厦娴睦樱绻枰殿~50%,則要把0603封裝換成0805封裝(0805封裝對應額定功率1/8W)。
電氣特性
要清楚我們設計的產品會應用在哪些場合中,是普通消費者使用的產品,還是工業電子產品,抑或是汽車電子產品呢?
在產品量產之前,項目團隊會根據不同的產品定位來安排實驗測試。其中的環境測試就有高溫測試、低溫測試、高溫高濕和交變濕熱等。
因此我們要考慮電阻器的工作溫度范圍,由上圖標記的參數可以得知溫度范圍在-55℃到125℃之間,超出這個使用范圍電阻可能會失效或者損壞。
例如把這顆電阻應用到航天電子設備上,真空中超低的溫度有可能會讓電阻器面臨失效(阻值大幅下降)的風險。
精度問題
常用的薄膜貼片電阻器的精度為5%(例如10Ω±5%),在一些需要精確計算的場合,可能會用到1%或者1‰精度的電阻器,這就需要按照實際電路來選型了。
最后告訴你們一個小技巧,如果手頭上沒有1%精度的電阻怎么辦?可以按照上圖的篩選方法(因為電阻廠家就是這樣做),把紅色箭頭標記的上限與下限調成±1%,只要測量值落在這兩條線之內的,就把它們歸類成1%精度的電阻器即可,當然前提是需求量不大。
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