【硬件学习】贴片电阻相关知识

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  参考课程链接:【硬件工程师炼成之路】器件篇


一、贴片电阻简介

1.1 电阻的阻值

  相信有一定硬件学习经验的朋友一定会注意到,实际应用中电阻的阻值(电容的大小)是一个离散的序列。生产厂家为了在误差允许的范围内最大节约成本,采用了优选系数的选择方法。这种选择方法在稳压二极管稳压值、螺纹规格、齿轮齿数、电台频率的选择等多个领域都有广泛应用。具体的原理性内容可以参考以下两个课程视频,仅作了解即可,博主在这里不作过多赘述。

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  电阻标准由 IEC(国际电工委员会)制定,标准文件为 IEC60063 和 EN60115-2。
  电子元器件厂商为了便于元件规格的管理和选用,同时也为了使电阻的规格不至太多,采用了统一的标准组成的元件的数值。电阻的标称阻值分为 E6、E12、E24、E48、E96、E192 六大系列,它们的误差(精度)大小如下表所示:

系列名称 E6 E12 E24 E48 E96 E192
误差(精度) ±20% ±10% ±5% ±2% ±1% ±0.5%

其中以 E24 和 E96 两个系列为最常用。“E”表示“指数间距”(Exponential Spacing),它表明了电阻阻值是由公式计算出来的。
R = ( 10 n ) m R=(\sqrt[n]{10})^m R=(n10 )m
  字母 n 指的是 E24,E96 等标准中的数值 24 和 96,m 的取值范围为 0~n-1;这样,E24 有 24 个基准值,E96 有 96 个基准值,这些基准值再乘以 10 的 x 次方,就可以得到各种各样的电阻值了。以E96为例:
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1.2 电阻丝印的标称规则

  封装 0603 以上的电阻(包含 0603)在表面都印有丝印。丝印展示出了 2 层意义:阻值大小精度

  常用电阻丝印一般有这几种情况:

  1. 带有三位或者四位数字的丝印

  三位数字精度一般为 5%,四位数字精度一般为 1%。前面几位表示数值,最后一位表示 10 的 x x x 次方。

  • 例 1:丝印为“103”,则: 𝑅 = 10 × 1 0 3 = 10 𝑅=10\times10^3=10 R=10×103=10𝐾𝛺,5%精度
  • 例 2:丝印为“473”,则: 𝑅 = 47 × 1 0 3 = 47 𝑅=47\times10^3=47 R=47×103=47𝐾𝛺,5%精度
  • 例 3:丝印为“1003”,则: 𝑅 = 100 × 1 0 3 = 10 𝑅=100\times10^3=10 R=100×103=10𝐾𝛺,1%精度
  1. 带有字母“R”的丝印

  带字母”R”的电阻一般阻值较小,精度多为 1%,不过也不绝对,可以把 R 看作是小数点,前边的数字为有效值。

  • 例:丝印为“22R0”,将 R 看作小数点,前面的 22 表示有效值,读数为 22.0Ω,即精度为 22Ω的 1%精度电阻。
  1. 带有数字和 R 之外字母的丝印

  这种电阻丝印在 0603 封装中比较常见,精度为 1%,与之对应的标准为 E96。
  E96 规定:用两位数字加一个字母作为丝印,实际阻值可以通过查表来获取,两位数字表明了电阻数值,字母表明了 10 的 x 次方,也需要查表。
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1.3 贴片电阻的精度标识码

标识 T A B D F G K
精度 ±0.01% ±0.05% ±0.1% ±0.5% ±1% ±5% ±10%

  一般场合使用 ±5%精度,有精度要求的电路使用 ±1%电阻,比如 DCDC,电流采样电路。特殊要求的根据实际情况选择更高精度的电阻

1.4 贴片电阻的封装命名规则

  电阻封装的命名规则是根据电阻的实际尺寸(英寸)命名的。例如,0603的实际大小为 0.06 × 0.03 ( i n c h ) 0.06 × 0.03 (inch) 0.06×0.03(inch),0805的实际大小为 0.08 × 0.05 ( i n c h ) 0.08 × 0.05 (inch) 0.08×0.05(inch)。目前一般电子产品主要用 0402,0603 封装的,要求功率高点的用 1206 的,手机或者穿戴设备会用到更小封装,比如 01005,0201 等。

二、贴片电阻应用参数

2.1 贴片贴片电阻的功率

2.1.1 电阻的额定功率

  电阻的额定功率与封装有关,一般而言,封装越大,电阻的功率就越大。但封装方式并不是功率的唯一决定因素,电阻的功率还跟电阻的工艺(薄膜还是厚膜),品牌阻值大小等有一定关系。具体可以参考下表:
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2.1.2 电阻的功率与温度的关系

  在实际应用中,需要注意电阻的实际工作温度范围。上一小节提供的额定功率是在70℃以下的温度条件时测得的,一般而言,如果温度超过 70℃,电阻的额定功率会下降。并且,R01005 和 R0201 比其它封装电阻的额定功率,随温度升高有下降得更快的趋势。
  不同电阻的工作的温度范围也不同,R01005 和 R0201 电阻的工作温度范围是-55℃-125℃,R0402 及其以上工作温度范围为:-55℃-155℃。
  如下图是贴片电阻的负荷(额定功率)百分比随温度的变化曲线:
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2.2 贴片电阻的额定电压

  电阻是有额定耐压值的,不能超过额定耐压值使用。不过对于一般的单片机、通信等电路而言,电路的电压都不会超过电阻的额定电压

  1. 材质相同(厚膜)的额定电压,各品牌相差不大。
  2. 材质不同,额定电压有差别,薄膜要比厚膜要低。
  3. 封装越大,额定电压越高
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2.3 电阻的温漂特性

2.3.1 电阻温度系数 TCR

  电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance,简称 TCR)表示电阻当温度改变 1 摄氏度时,电阻值的相对变化大小,单位为 ppm/℃。ppm(part per million)——百万分之几。其定义公式为:
T C R = R − R a R a ⋅ 1 T − T a × 1 0 6 % TCR = \frac {R-R_a}{R_a} \cdot\frac 1 {T-T_a}\times 10^6 \% TCR=RaRRaTTa1×106%
在上式中, R a R_a Ra为基准温度条件下的阻值, T a T_a Ta为基准温度(20℃), R R R为任意温度条件下的阻值, T T T为任意温度。
  一般常用电阻温度系数的范围为: − 200 ∼ 500 p p m / ℃ -200\sim500ppm/℃ 200500ppm/℃

2.3.2 阻值变化率

  如何求电阻的阻值变化率?以下面这个问题为例:

  • 例: 100 p p m / ° C 100ppm/°C 100ppmC 电阻温度系数的贴片电阻器,从基准温度 20 ° C 20°C 20°C 100 ° C 100°C 100°C 时的阻値变化率是?

阻值变化率 = ( T − T a ) ⋅ T C R 1 0 6 % = ( 100 − 20 ) × 100 1 0 6 % = 0.8 % 阻值变化率=\frac{(T-T_a)\cdot TCR}{10^6}\%=\frac{(100-20)\times100}{10^6}\%=0.8\% 阻值变化率=106(TTa)TCR%=106(10020)×100%=0.8%
  阻值变化率—温度曲线如下图所示:
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三、“0Ω”电阻

3.1 “0Ω”电阻的作用

  博主第一次接触到这个概念,感到非常奇怪:0Ω电阻看名字觉得它是一个理想的模型,因为现实中绝不存在0Ω的电阻,但是通过学习,我认为0Ω电阻实际上是一个工程应用上的概念。
  0Ω电阻又称为跨接电阻器,是一种特殊用途的电阻,0Ω电阻器并非真正的阻值为0,实际上是一个电阻值很小的电阻。正因为有阻值,也就和常规贴片电阻一样有误差精度等指标。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。
  使用0Ω电阻,可以在电路设计中实现以下几个功能:

  • 方便测试电流
  • 兼容设计,跳线
  • 将模拟地和数字地分开,单点接地
  • 占位(可换成其它阻值的电阻,也可换成磁珠)
  • 做电路保护,充当低成本熔丝

3.2 “0Ω”电阻的实际阻值

  根据电阻标准文件 EN60115-2,0Ω电阻实际最大阻值为10mΩ、20mΩ、50mΩ可选。实际查询各个厂家,普通 0Ω电阻的阻值最大可达 50mΩ。

3.3 “0Ω”电阻的过流能力

  不同厂家的 0Ω电阻过流能力并不相同:
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  也存在能过超大电流的0Ω电阻,只不过这种电阻不常见,且价格昂贵。如罗姆的超大过流能力的 0Ω电阻,单个可达到 20A-60A,阻值最大只有0.5mΩ,同时价格也非常昂贵。


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