电阻

我们经常在电路中见到0欧的电阻,对于新手来说,往往会很迷惑:既然是0欧的电阻,那就是导线,为何要装上它呢?还有这样的电阻市场上有卖吗?其实0欧的电阻还是蛮有用的。

零欧姆电阻又称为跨接电阻器,是一种特殊用途的电阻,0欧姆电阻的并非真正的阻值为零(那是超导体干的事情),正因为有阻值,也就和常规贴片电阻一样有误差精度这个指标。

以下总结了零欧姆电阻的一系列用法。

1. 在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。

2. 可以做跳线用,如果某段线路不用,直接不贴该电阻即可(不影响外观)3.在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替。

4. 想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。

5. 在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻

6. 在高频信号下,充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题。如地与地,电源和IC Pin间7.单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统。)

8. 熔丝作用

9. 拟地和数字地单点接地

只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在压差,容易积累电荷,造成静电。地是参考0电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。

不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题:
(1)用磁珠连接;
(2)用电容连接;
(3)用电感连接;
(4)用0欧姆电阻连接。

磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显着抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。

电容隔直通交,造成浮地。

电感体积大,杂散参数多,不稳定。

0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

以下两个图是一个电路,只是由于元件的标号不一样。R7(R33)就是模拟地和数字地的单点链接端。

10. 跨接时用于电流回路

当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。

11.配置电路

一般,产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置,易引起误会,为了减少维护费用,应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。

空置跳线在高频时相当于天线,用贴片电阻效果好。

12.其他用途

布线时跨线;
调试/测试用;
临时取代其他贴片器件;
作为温度补偿器件;

更多时候是出于EMC对策的需要。另外,0欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔)。

还有就是不同尺寸0欧电阻允许通过电流不同,一般0603的1A,0805的2A,所以不同电流会选用不同尺寸的还有就是为磁珠、电感等预留位置时,得根据磁珠、电感的大小还做封装,所以0603、0805等不同尺寸的都有了。

出处:电子发烧友网

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简要介绍

由于电动机直接起动时,起动电流会达到电机额定电流的7~8倍,一般上一级变压器的容量都承受不了,特别是大功率的电机,必须加装起动设备,否则会造成变压器局部下跳闸。水电阻是指利用电解液的阻值特性,通过调节极板间距离来实现电机的软启动或者调速软起动装置用于大中型高压鼠笼(绕线式)交流异步电动机或异步起动的高压同步电动机,作降压起动之用。使用该装置起动的电机具有起动电流小且恒定、转矩逐步增加的软起动特性, 起动过程中无电流冲击和机械冲击,起动时对电网影响小,无电磁干扰、 是起动电抗器和自耦降压起动器的理想替代产品 , 相对于高压变频软起动器而言,又具有明显的操作简单、免维护、无谐波污染等优势。

基本原理

靠溶解在水中的电解质(NaHCO3)离子导电,电解质充满于两个平面极板之间,构成一个电容状的导电体,自身无感性元件,故与频敏、电抗器等起动设备相比,有提高电动机的功率因数,节能降耗的功能。水电阻串入电动机定子回路以后,不仅能改变电动机的转差率S,达到调速的目的,还能增加电动机起动时的转矩,减小起动电流。具有平滑无级调速,并可使转速达到额定转速。HYT系列水阻调速器是以改变串入电机转子回路的水电阻来调节电机转速的,电阻越大,电机转速越低;电阻为零,电机达 到全速。

优点

1)大中型绕线异步电动机进行无级调速,调速比可达2:1,完全可以满足设备所需的调速范围;

2)作电动机起动之用,具备水阻软起动器起动电流小,起动平稳等全部优点;

3)与变频调速、可控硅串级调速相比更经济可靠实用,且维护简单;

4)液力偶合器相比,布置灵活,使用方便,另外,用液力偶合器后,工作机械达不到电机的全速,而用本调速 器则可达到;

5)为风量与转速成正比,该调速器调节风量的线性度更好。可将液体电阻循环冷却降温。

缺点

1、通过调节极板距离改变电阻,精度和灵敏度低;

2、需要经常加水;

3、环境温度变化对起动特性有影响,温度变化比较大的地方一般需要加装空调。

分类

根据水电阻使用方式的不同,将其分为启动和调速两类

1. 水电阻起动柜(适用于任何高压电机,转子串水电阻的可以配进相机补偿无功);

2. 水电阻调速柜,原理由串极调速而来.特点:适用的场合对环境要求不高,可靠性好,成本极低.缺点:水电阻对环境低温(0度以下时,要有自动加热装置)既受环境温度和弱碱的配比影响,效率不如变频.对高压绕线式电机来说,水电阻调速性价比是最好的,这是没说的。存在的问题:没有进一步量化控制。水电阻的可靠性很高,但成本只有高压变频的1/4-1/3.就成本来说,用户肯定首选水电阻.但是论科技含量当然不如高压变频。

作者:侯成敬,转自:自动化控制技术控

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在一块PCBA中,我们所看到的器件最多的一定是电阻。如果说芯片是电路的大脑,那么电阻便是连接各肢体的神经元。在高速电路设计中电阻的应用主要有4点。

1、限流作用

在高速电路中同时存在很多TTL芯片、MOSFET芯片、IGBT芯片、那么芯片之间驱动兼容便尤为重要。当MOSFET电平驱动TTL芯片时,便需要加限流电阻。而相反则需要增加电源以增加驱动电流(设计到电平转换电路)。


各种不同IC之间的接口驱动要求。

2、电阻精度

2.1、在高速电路中我们所需要的的采样电路、分压电路、反馈电路等由电阻组成时,我们需选用1%精度的电阻。

2.2、由于芯片的AD口都会存在上拉或者下拉电阻,此时情更需注意电阻值的选择,使得测得的芯片AD口测得的电压误差小(涉及到MCU的AD口电阻匹配问题)

3、阻抗匹配

很多高速信号线上,如特性阻抗为75欧姆的CVBS信号线、特性阻抗为100欧姆的LVDS数据信号线、特性阻抗为90欧姆的USB高速数据线上,在信号传输的过程中,路径的每一步都有相应的瞬态阻抗,如果沿着互联线传输的电信号感到的瞬态阻抗发生变化,那么一部分将继续走下去,而另外一部分将反射后源端。

由于各个信号线上所需要的特性阻抗不一致,且信号源的阻抗不匹配。当源内阻小于传输线内阻时将出现振铃,也就是过冲,过载传输线。过大的过冲往往会损坏器件。而如果源内阻大于传输线阻抗时,便会出现欠冲,这会引起电路逻辑处于不确定状态,可能导致误判或信号丢失。

信号线的过冲与欠冲现象

此时便需要串联电阻、并联电阻、上拉电阻、下拉电阻等手段改善阻抗匹配情况。减少高速信号线上的由于阻抗匹配失配的情况下造成的信号反射等情况。

端接电阻不仅可以限流还可以改善信号线阻抗匹配。

4、滤除高频噪声

当高速信号线之间串联电阻后,电阻便和信号线间的分布电容及负载的输入电容组成RC电路,降低信号边沿的陡峭程度。此举可以消除信号线的高频噪声,改善EMC。

例如,USB驱动器和USB线的阻抗匹配必须在USB D+和D-上串联电阻,串联电阻的要求为Rs+R串=USB线特性阻抗;

以下分别为串联3ohm、51ohm、68ohm眼图,RTmean和FTmean为上升和下降时间的平均值。

过冲较大

没有过冲

电路参数

注意:若电阻较大会造成边沿的陡峭程度过低,此时会造成高速数据由于建立时间与保持时间不足或裕量不够而丢失数据,从数据眼图上看即可区别。

R串=0ohm眼图

R串=33ohm眼图

作者:何雪涛
转自:
励知科技

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概述

线绕电阻是固定电阻的一种。线绕电阻器是用电阻丝绕在绝缘骨架上构成的。电阻丝一般采用具有一定电阻率的镍铬、锰铜等合金制成。绝缘骨架是由陶瓷、塑料、涂覆绝缘层的金属等材料制成管形、扁形等各种形状。电阻丝在骨架上根据需要可以绕制一层,也可绕制多层,或采用无感绕法等。绕线电阻主要适用于精密仪表、电讯仪器、电子设备等交直流电路中作分压、降 压、分流及负载电阻用

特点

1、电阻丝选用康铜、锰铜、镍铬等合金材料制成,具有很好的稳定性和过负载能力。

2、电阻丝同焊脚引线之间采用压接方式,应用时如负载出现短路现象,可迅速在压接处熔断,保护电路。

3、由于采用工业高频电子陶瓷外壳和矿质材料包封,具有优良的绝缘性能,电阻可达100MΩ以上,且散热好,功率大。

4、电阻丝被严密包封于陶瓷电阻体内部,具有优良的阻燃、防爆特性。

优缺点

绕线电阻器的优点:阻值精度极高,工作时噪声小、稳定可靠,温度系数小,能承受高温,在环境温度170℃下仍能正常工作。

绕线电阻器的缺点:体积大、阻值较低,大多在100KΩ以下。另外,由于结构上的原因,其分布电容和电感系数都比较大,不能在高频电路中使用。

应用

绕线电阻器主要用来在低频交流电路中发挥降压、分流、负载、反馈、转能、匹配等作用,或在电源电路中起到吸收器和分压器的作用,也可用作震荡回路和变压器内衰减调整及脉冲形成电路中的分流器。此外,也可用于整流器中滤波级电容器的放电和消火花。同时可广泛应用于家电、医疗设备、汽车行业、铁路、航空、军用设备仪器等领域。

和普通电阻的区别

1、线绕电阻可以做得阻值很小、也可以做的误差很小,用在比较精密的场合。

2、线绕电阻是线圈形式,有一定的电感量和电容量,不适用于频率较高的电路里。

3、线绕电阻耐热性能比较好,适用于制做大功率电阻,高温时不易烧坏。

和碳膜金属膜电阻的区别

1、碳膜电阻器

将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低,是目前应用最广泛的电阻器。

2.金属膜电阻器。

用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。 金属膜电阻比碳膜电阻的精度高,稳定性好,噪声, 温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。

3.金属氧化膜电阻器

在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即是氧化物,所以高温下稳定,耐热冲击,负载能力强。

4.绕线电阻器

用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。

绕线电阻具有较低的温度系数,阻值精度高, 稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点是高频性能差,时间常数大。

转自:自动化控制技术控

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上拉(Pull Up )或下拉(Pull Down)电阻(两者统称为“拉电阻”)最基本的作用是:将状态不确定的信号线通过一个电阻将其箝位至高电平(上拉)或低电平(下拉),无论它的具体用法如何,这个基本的作用都是相同的,只是在不同应用场合中会对电阻的阻值要求有所不同,从而也引出了诸多新的概念,本节我们就来小谈一下这些内容。

如果拉电阻用于输入信号引脚,通常的作用是将信号线强制箝位至某个电平,以防止信号线因悬空而出现不确定的状态,继而导致系统出现不期望的状态,如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

在实际应用中,10K欧姆的电阻是使用数量最多的拉电阻。需要使用上拉电阻还是下拉电阻,主要取决于电路系统本身的需要,比如,对于高有效的使能控制信号(EN), 我们希望电路系统在上电后应处于无效状态,则会使用下拉电阻。

假设这个使能信号是用来控制电机的,如果悬空的话,此信号线可能在上电后(或在运行中)受到其它噪声干扰而误触发为高电平,从而导致电机出现不期望的转动,这肯定不是我们想要的,此时可以增加一个下拉电阻。

而相应的,对于低有效的复位控制信号(RST#),我们希望上电复位后处于无效状态,则应使用上拉电阻。

大多数具备逻辑控制功能的芯片(如单片机、FPGA等)都会集成上拉或下拉电阻,用户可根据需要选择是否打开,STM32单片机GPIO模式即包含上拉或下拉,如下图所示(来自ST数据手册):

上拉电阻与下拉电阻详解

根据拉电阻的阻值大小,我们还可以分为强拉或弱拉(weak pull-up/down),芯片内部集成的拉电阻通常都是弱拉(电阻比较大),拉电阻越小则表示电平能力越强(强拉),可以抵抗外部噪声的能力也越强(也就是说,不期望出现的干扰噪声如果要更改强拉的信号电平,则需要的能量也必须相应加强),但是拉电阻越小则相应的功耗也越大,因为正常信号要改变信号线的状态也需要更多的能量,在能量消耗这一方面,拉电阻是绝不会有所偏颇的,如下图所示:
上拉电阻与下拉电阻详解

对于上拉电阻R1而言,控制信号每次拉低L都会产生VCC/R1的电流消耗(没有上拉电阻则电流为0),相应的,对于下拉电阻R2而言,控制信号每次拉高H也会产生VCC/R2R 电流消耗(本文假设高电平即为VCC)。

强拉与弱拉之间没有严格说多少欧姆是强弱的分界,一般我们使用的拉电阻都是弱拉,这样我们仍然可以使用外部控制信号将已经上/下拉的信号线根据需要进行电平的更改。

强拉电阻的极端就是零欧姆电阻,亦即将信号线直接与电源或地相连接,比如,对于EEPROM存储芯片24C02应用电路,如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

其中,E0,E1,E2(地址配置位)在应用中通常都是直接强上拉到电源VCC,或强下拉到GND,因为存储芯片的地址在系统运行过程中是不会再发生变化的,同样,芯片的写控制引脚WC(Write Control)也被强下拉到GND。

拉电阻作为输出(或输入输出)时牵涉到的知识点会更多一些,但本质的功能也是将电平箝位,最常见的输出上拉电阻出现在开集(Open Collector,OC)或开漏(Open Drain,OD)结构的引脚。

我们有很多芯片的输出引脚是推挽输出结构(Output Push-Pull),如下图所示(还有一种反相输出的结构,本质也是一样的):

上拉电阻与下拉电阻详解

推挽输出结构引脚的特点是:无论引脚输出高电平“H”还是低电平“L”,都有比较强的驱动能力(输入或输出电流能力)!

当推挽输出结构的控制信号为低电平“L”时,Q1截止Q2导通,电流I1由电源VCC经负载RL与三极管Q2流向公共地,我们称此电流为灌电流(Sink Current),也就是外部电流灌入芯片内部,如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

相应的,当推挽输出结构的控制信号为高电平“H”时,Q1导通Q2截止,电流I1由电源VCC经三极管Q1与负载RL流向公共地,我们称此电流为拉电流(Source Current),也就是芯片内部可以向外提供的电流(所以称之为“源电源”),从另一个角度讲,也就是外电路可以从芯片中拉走多少电流,如下图所示:
上拉电阻与下拉电阻详解

灌电流能力与拉电流能力也称为芯片引脚的驱动能力。对于任何给定的芯片,引脚的驱动能力都是有限的,如下图所示为STM32单片机的IO引脚电流驱动能力(来自ST数据手册):
上拉电阻与下拉电阻详解

由上表可知,STM32的IO引脚的驱动能力为25mA,负号“-”表示电流的方向,灌与拉的电流方向是相反的(表中SUNK为SINK的过去分词)

由于芯片引脚的驱动能力都是有限的,如果引脚驱动的负载比较重,将可能导致输出电平不正确(无法输出预定的电平),如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

假定芯片的供电电压为3.3V(忽略晶体管饱和压降),则输出最大电流25mA时,负载RL的值约为132欧姆(3.3V/25mA),如果负载值小于132欧姆,则相应输出电流会更大(超过25mA),但是芯片引脚只能提供最大25mA的电流,因此,输出电平将会下降(老板你只给我2500月薪,我就只能干2500的活,你要我干更多的活得开更多的工资,一个道理)

一般情况下,这种驱动重负载(小电阻)的电路连接是不会烧毁内部晶体管的,因为内部也是有限流电阻的,换句话讲,就算输出引脚对地短路,输出电流也不会超过最大的驱动能力(除非是不正规的芯片),当然,在实际应用过程中尽量不要超出引脚的驱动能力。

而OC(OD)的引脚输出结构有所不同(OC结构存在于三极管,而OD结构存在于场效管,下面以OC输出结构为例,OD输出结构的原理是一致的),如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

当三极管Q1的驱动控制信号为高电平“H”时,Q1饱和导通,将对应输出引脚拉为低电平“L”,如下图所示:
上拉电阻与下拉电阻详解

但是当控制驱动信号为低电平“L”时,三极管Q1截止,如果没有外部上拉电阻的话,该引脚相当于悬空(高阻态),无法输出高电平,也就是说,OC/OD结构输出的引脚没有拉电流(向外部电路提供电流)能力。因此,我们通常都会将OC/OD引脚通过外接电阻上拉到电源电压VCC,这样引脚输出高电平时的拉电流就直接由电源VCC提供,如下图所示:
上拉电阻与下拉电阻详解

大多数比较器芯片的输出都是OD/OC输出结构,如下图所示(来自TI比较器LM393数据手册):
上拉电阻与下拉电阻详解

很多芯片或模块向外反馈系统状态的信号引脚也是这种结构,这样用户就可以根据电路系统实际需要将电平上拉到对应的电源电压VCC,就可以省略电平转换了,如下图所示(来自东芝步进电机控制芯片TB6560数据手册):
上拉电阻与下拉电阻详解

上拉电阻与下拉电阻详解

I2C(Inter Integrated Circuit,内部集成电路)总线也是典型的OD输出结构的应用,如下图所示:
上拉电阻与下拉电阻详解

其中,SCL与SDA都是OD输出结构输出,这样的好处是可以作为双向数据总线(也称“线或Wire-OR”功能)。

如果芯片引脚使用之前描述的推挽结构,则两个或多个芯片的引脚连接时将如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

假设如上图所示芯片的输出分别为0与1,则两者直接相互连接后,会有非常大的电流自电源VCC经Q1与Q4到公共地,虽然大多数情况下不至于烧芯片,但也会引起很大的功率消耗,同时也会导致数据冲突(芯片1总会试图将数据线拉高,而芯片2则会试图将数据线拉低,我们称之为数据冲突或总线冲突,表示双方都在抢占总线)

如果使用OC/OD输出结构,则相应的电路如下图所示:

上拉电阻与下拉电阻详解

此时,无论两个芯片的引脚输出什么状态,都不会引起数据冲突,配合各自芯片内部的数据识别电路及仲裁系统,双方都可以主动给另一方发送信息,也就是说,任何一方都可以将信号线拉高或拉低,而不会影响起数据冲突。

我们所熟悉的51单片机P0口也是OD结构,如下图所示(来自ATMEL单片机AT89C51数据手册):

上拉电阻与下拉电阻详解

这样我们可以使用同一个P0口,再配合多个片选信号即可访问多个外挂的存储芯片。

前面所述上拉电阻的阻值对输入引脚引起的功耗同样适用于输出拉电阻,因此拉电阻不宜太小,但在输出信号速度比较快的电路下,拉电阻也不宜太大,如下图所示为I2C总线上拉电阻的参考最大值(来自ST存储芯片 AT24C02数据手册)。

上拉电阻与下拉电阻详解

在总线上总会有些杂散电容CBUS,这些电容与上拉电阻RL形成了一个RC充放电电路,上拉电阻越大则充放电常数越大,这样会把原先比较陡峭的数据边沿变得平缓,如下图所示:
上拉电阻与下拉电阻详解

严重的情况下将导致数据无法正常识别,这样我们只能进一步优化电路参路,或降低通讯的速率。

拉电阻还有其它作用,我们留待下一节再继续讲解。

转自:阳光&技术
原文地址点击这里: http://mp.weixin.qq.com/s/OuOwLWp_s2b3ADeybT_7Dw

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电阻分压采样电路图(一)

音量控制的实质是由电阻构成的分压电路,其原理就是电阻串联分压的知识,其典型的电路如图1-1。

电阻分压采样电路

输入电路由信号源Ui、电阻R1和电阻R2构成。分压电路输出电压U0算公式为

电阻分压采样电路

从公式可以看出,由于分母R1+R2大于R2,所以输出电压小于入电压。也就是说分压电路是一个对输入信号进行衰减的电路。我们可以通过改变R1或R2的大小来改变输入电压U0的大小。

下分压电阻R2大小对输出电压变化的影响:

输入电压Ui和R1不变时,如果R2增大,输出电压将增大;R2减小,输出电压也将减少。

上分压电阻R1大小对输出电压变化的影响:

输入电压Ui和R2不变时,如果R1增大,输出电压将减小;R1减小,输出电压将增大。

带负载的电阻分压电路

图1-2是带有负载的电阻分压电路,电路中的RL是负载电路,他可以是一个电阻也可以是一个电路。

电阻分压采样电路

其工作原理和上面介绍的一样,只不过是现在分析电路时要将R2和RL并联后的阻抗作为下分压电阻。此时,负载电阻的值越小,负载越重。负载越重,分压电路的输出电压下降的量就越大。

音量电位器阻值变化的原理

音量电位器在电路中相当于电阻的一个分压电路,图1-3为音量电位器与电阻分压电路之间的等效电路图,其中RP1为音量电位器。

电阻分压采样电路

转动电位器的转柄时,动片再电阻体上滑动,动片到两个定片的阻值大小也随之变化。电位器在电路中相当于两个电阻构成的串联电路,动片将电位器的阻体分为两个电阻R1和R2,组成电阻分压电路,在音量控制电路中常用到此器件。

单声道音量控制器

单声道音量控制器是各种音量控制器的基础,图1-4是单联电位器构成的的单声道音量控制电路,它实际上是一个电阻分压电路,电位器RP1相当于两个分压电阻。

电阻分压采样电路

图中的电位器RP1用于音量控制电路,所以又叫音量电位器。BL1是扬声器,它的作用是把电信号转化成声音。功率放大器的作用是把对RP1动片的输出信号进行放大,再推动扬声器BL1工作。

电阻分压采样电路图(二)

AD通过分压电阻采样

电阻分压采样电路

电阻分压采样电路图(三)

对于异步电机调速系统来说,环球电机速度检测的正确和精度将是调速系统稳定性和控制精度的关键。为了使系统具有良好的稳定性和较宽的调速范围,本系统采用增里式光电编码器来检测异步电机的速度,事件管理器中,集成有正交编码脉冲电路能够接受光电编码器发出的正交编码脉冲信号,通过检测正交编码脉冲信号便可测出电机的速度和运动方向。系统选用定时器作为的时基,定时器工作模式设为增减计数模式,正交编码脉冲作为的时钟源。

电阻分压采样电路

辅助电源是控制系统必不可少的一部分,小编为了确保能为控制系统提供可靠稳定的电源,辅助电源设计选用线性电源。其工作原理是工频交流电经降压变压器降压后再经整流滤波电路,得到直流电压再经三端稳压芯片得到所需的电源电压。

电阻分压采样电路

两相交流电机变频调速控制系统的硬件总体框图,包括以三菱作为功率模块的主电路、以为控制核心的外围基本电路,小编详细介绍了直流母线欠过压保护电路、电流采样电路、速度采样电路以及按键显示电路的设计过程。软件和硬件是异步电机变频调速系统的两大组成部分,硬件是调速系统的基础,软件是调速系统的核心。系统控制能力的优劣主要取决于软件的可靠性和通用性,两相交流电机变频调速系统的软件需要满足实时性、可靠性和通用性。为了提高软件效率,系统软件使用汇编语言来编写。

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2.2 可变电阻

可变电阻就是电阻值可以变化,可以有两种:一是可以手动调整阻值的电阻;另一种就是电阻值可以根据其他物理条件而变化。

2.2.1 可调电阻

上中学的时候,应该都使用过滑动变阻器做实验,动一动滑动变阻器,小灯泡可以变亮或变暗。滑动变阻器就是可调电阻,原理都是一样的。

可调电阻,通常分成了三种:

  •   Potentiometer
电位器或分压计,这是一种三端口器件。电位器被中间抽头分成两个电阻,通过中间抽头可以改变两个电阻的阻值,就可以改变分得的电压。

  •   Rheostat
变阻器,其实就是电位器,唯一的区别就是变阻器只需要用到两个端口,纯粹一个可以精确调整阻值的电阻。

  •   Trimmer
微调器,其实也是电位器,只不过不需要经常调整,例如设备出厂的时候调整一下即可,通常需要用螺丝刀等特殊工具才能调整。

2.2.2 敏感电阻

敏感电阻是一类敏感元件,这类电阻大都对某种物理条件特别敏感,该物理条件一变化,电阻值就会随着变化,通常可以用作传感器, 例如光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等等。在电路设计应用比较多的应该是热敏电阻和压敏电阻,常用作保护器件。

热敏电阻

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
上图出自Murata Application Manual - PTC

PTC就是正温度系数电阻,通常有两种:一种是陶瓷材料,叫CPTC,适用于高电压大电流场合;另一种是高分子聚合物材料,叫PPTC,适用于低电压小电流场合。

陶瓷PTC,其电阻材料是一种多晶体陶瓷,是碳酸钡、二氧化钛等多种材料的混合物烧结而成。PTC温度系数具有很强的非线性,当温度超过一定阈值时电阻会变得很大,相当于断路,从而可以起到短路和过流保护的作用。

同时还有负温度系数电阻,即NTC就不详细介绍了。

压敏电阻

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
上图出自Varistor and the Metal Oxide Varistor Tutorial

压敏电阻通常都是金属氧化物可变电阻,即Metal Oxide Varistor(MOV),其电阻材料是氧化锌颗粒和陶瓷颗粒混合后一起烧结成型。MOV的特性就是当电压超过一定阈值的时候,电阻迅速下降,可以通过大电流,因此可以用于浪涌防护和过压保护。

将氧化锌陶瓷采用和MLCC类似的工艺制作成多层型压敏电阻,即 MLV。MLV封装较小,通常是片状的,额定电压和通流能力都比MOV小很多,适用于低压直流场合。

三、电阻的应用与选型

电阻的厂商主要有国巨、松下、罗姆、威世、还有国内的风华高科等等。

3.1 电阻的应用

基本上没有电路板会不用电阻,任何电路板上使用最多的器件就是电容和电阻。各种上下拉电阻,反馈电阻等等。水平有限,简单讲述一下。

热效应

根据焦耳定律,电流流过电阻就会发热。电阻的热效应的应用也有很多,电热毯、电火桶、电水壶。

对于一些室外应用的电子设备,特别对于一些集成有高性能CPU的SOC,对工作温度要求很苛刻,大都只能满足商业级应用,大冬天在东北,零下三十多度,温度太低,很可能开不了机。通常都会加一个大功率电阻做预加热功能,当温度上来后,设备启动了再关掉。之所有关掉,因为设备自己工作的功耗也会发热,可以保持温度。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

作为硬件工程师,经常要跑到环境实验室去定位问题。为了复现一个高温问题,需要跑到环境实验室搭测试环境,关键温箱就那么几个,还要预约,经常要排队太麻烦了。于是我就自己作了一个再简单不过的定位神器,就是给水泥电阻焊一个DC电源座子,然后插各种电源适配器,调整温度。然后往某某芯片上放个几分钟,没有问题,再换一个,问题复现,问题聚焦到某个芯片上,在自己的工位上就完成高温问题的定位。

零欧姆电阻

零欧姆电阻也叫跳线电阻(Jumper)。在电路设计中,为了调试方便或者作兼容设计经常使用。例如在作预研设计时,为了调试时能测试芯片的每组电源的工作电流,通常需要用零欧姆电阻将电源分成多路。

使用零欧姆电阻时,最常遇到的问题就是功耗怎么算,如何判断选择的电阻是否满足要求?

此时,就需要从电阻的规格书中获取相关参数,从下图可以看出RC0402的零欧姆电阻,其电阻值不会超过50mΩ,额定电流不超过1A,由此就可以判断电阻是否满足设计要求。通常0402的零欧姆电阻都可以满足1A以下的电流要求。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
原图截自GENERAL PURPOSE CHIP RESISTORS - Yageo

限流

有些时候电路中需要一组几十毫安的电源,但是其电压在电路中其他地方都用不到,此时单独弄一组DCDC或者LDO都不太合适,因为电流太小。此时可以使用稳压管稳压电路。

分压

分压例如ADC采样电路,DCDC输出电压反馈,电平转换等等。

匹配电阻

对于高速信号,PCB走线需要考虑传输线模型,要保证阻抗匹配,防止信号反射会影响信号完整性。阻抗匹配就是保证负载阻抗与传输线的特征阻抗相等以消除反射。最常用最简单的就是源端串联匹配,即在信号源端串联一个电阻,该电阻和源内阻之和等于传输线特征阻抗,这样即使负载端不匹配,信号反射回来会被源端信号,不会再次反射。

此外,还有各种非线性的灵敏电阻,可以用作传感器、保护电路等等。

3.2 电阻的选型

选型简单的说,就是根据器件的规格书,提取关键参数,判断是否满足应用的要求。

3.2.1 固定值电阻

常见类型的电阻的主要参数的对比如下图所示,出货量最大的应该是厚膜电阻和金属膜电阻。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

3.2.2 热敏电阻

PTC在电路中的主要作用和保险丝类似,就是过流保护,区别就是保险丝是一次性的,而PTC是可恢复的,而很多时候换保险丝是不可接受的,影响客户体验。PTC也属于安规器件,通常要求通过UL1439认证。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

上图是PTC的阻抗温度特性,当过流的时候PTC发热,温度迅速上升,PTC的阻抗迅速变大,形成断路,断路后电流下降,发热减少,温度下降,PTC恢复低阻抗。因此,PTC非常适合短时过流。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

保持电流

选用PTC的时候,首先要考虑设计工作电流,不能超过PTC保持电流,此时PTC可以保持低阻抗状态。PTC的保持电流会随着工作温度的升高而降低,因此,工作温度时需要考虑的重要因素。

动作电流

动作电流,即PTC进入高阻抗状态,断路保护的电流。

额定电压

即PTC能承受的最大电压,超过额定电压,PTC可能会被击穿短路,进而引起烧毁。因此,设计时要考虑各种情况下PTC的工作电压不能超过其额定电压。

当PTC断路保护的时候,会承受整个电源电压,PTC选型的时候,额定电压要大于电源电压。通常考虑降额到80%,即电源电压12V,要选择耐压15V以上的PTC。

在电源输入端口,需要考虑浪涌防护,此时要考虑最大的浪涌电流,乘以PTC的电阻,即PTC承受的浪涌电压,不能超过PTC额定电压。

额定电流

即在额定电压下,PTC能承受的最大短路电流,短路电流超过额定电流,PTC将会损坏。

直流电阻

PTC直流电阻的存在,会使PTC存在一定的直流压降,设计时要注意压降后的电源电压要满足要求。

和保险丝相比,PTC的额定电压和额定电流都小很多,而PTC的直流阻抗通常是保险丝的两部左右。PTC保护的时候,实际是高电阻状态,因此会有毫安级的漏电流,而保险丝是熔断机制,切断电流通路,基本不存在漏电流。

3.2.3 压敏电阻

压敏电阻的特性与稳压二极管(Zener diode)、TVS类似,都属于钳位型器件,主要用于防护电路瞬态过压,例如浪涌。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
MOV的理想伏安特性

选择防护器件,主要考虑两个方面:一是防护器件在正常工作条件下不能动作或者损坏,二是在设计范围内的异常情况下要能起到保护电路的作用,即防护能力。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

额定工作电压

额定工作电压可以认为是MOV能保持高阻抗状态的最高持续工作电压。根据应用场合,MOV可以分为交流和直流两种,两种场合用的器件规格是不一样。用于直流场合的MOV通常不能用于交流场合。

MOV的额定工作电压,交流场合考虑交流额定电压,即Vrms或Vm(ac),上图中的器件可以有效值130V的交流电中正常工作。超过这个电压,MOV可能动作或者损坏,导致电路无法工作。

主要用于防护瞬态高压,持续的过高电压会导致MOV损坏。

钳位电压

MOV是钳位型器件,遇到瞬态高压时,阻抗会下降,通过大电流,瞬态高压会被抑制,但不会降为零,而是依然保持相对高压,通常是额定工作电压的2到3倍。选择MOV时,要注意钳位电压不能超过被防护器件的最高耐压,超过时,需要采用多级防护,例如后级加一个大功率电阻去耦,再加一颗TVS,利用TVS的低钳位电压进一步减小残压。

最大脉冲电流

雷击或者感性负载切换等等,会产生很大浪涌电流,MOV除了钳位住高压以外,还需要泄放浪涌电流。

MOV能否承受住浪涌电流,主要和一段时间内MOV承受的能量大小有关,能量过大,MOV过热烧毁。能量的大小,和浪涌的波形和数目有关,通常,器件的浪涌能力都按8/20us波形能测试。上图中的MOV,单个3500A的8/20us的浪涌脉冲,连续2个3000A的8/20us的浪涌脉冲,连续20个750A的8/20us的浪涌脉冲。

此外,MOV的寄生电容比较大,不能用在较高速率的信号线上。MOV的响应时间比TVS慢,对一些快速的脉冲,像ESD可能不起作用。这些也是我们需要考虑的因素。

来源:电子工程专辑

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一、电阻的基本原理

电阻,和电感、电容一起,是电子学三大基本无源器件;从能量的角度,电阻是一个耗能元件,将电能转化为热能。

数年前,出现了第四种基本无源器件,叫忆阻器(Memristor),代表磁通量和电荷量之间的关系。XX文库里也有很多资料,有兴趣可以了解一下。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
图片出自维基百科Memristor

通常,都是根据欧姆定律来定义电阻,给电阻加一个恒定电压,会产生多大电流;也可以,通过焦耳定律来定义,当电阻流过一个电流,单位时间内会产生多少热量。

实际电阻的等效模型

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

同样的,实际电阻都是非理想的,存在一定引线电感和极间电容,当应用场合频率较高,这些因数不能忽略。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

某薄膜电阻的频率特性

上图电阻的高频特性非常好,可以看到极间电容只有0.03pF,引线电感只有0.002nH,其中75Ω的电阻可以到30GHz。我们通常使用的贴片电阻大都是厚膜电阻,性能远达不到如此,其引线电感有几个nH,极间电容也有几个pF,大多只能用到几百MHz或几个GHz。

标准阻值表

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
上图出自Vishay文档

通常电阻阻值都是标准,上图给出了不同精度(容差)的电阻的标准阻值,通常乘以10的倍数或除以10的倍数,就可以得到所有阻值。

如何记住上述阻值表呢?其实也很简单,注意以下三点:

  •   不同精度的电阻对应着不同精度的系列。通常10%精度的是E12系列,2%和5%是E24系列,1%是E96系列,而0.1%、0.25%和0.5%是E192系列。

  •   系列名中的数字代表着该系列有几个标准阻值,通常为6的倍数。例如,E12系列有12个不同的阻值,E192系列有192个不同的阻值。

  •   每个系列的阻值都近似是一个等比数列,公比为10开多少次方,基数是10Ω。例如E12系列的公比是10开12次方,E96系列的公比都是10开96次方。

有兴趣的可以按照上表数一数,算一算是不是上述规律。另外,根据IEC的规定,2%精度对应是E48系列有48个阻值,有兴趣的可以算一下是哪些值。上表中,Vishay可能不生产该系列了。

阻值标记(Marking)

通常我们使用最多的就是5%和1%的片状电阻,一般0603以上的电阻封装上都有标记表示电阻值。

E24系列(5%)

对于大于10Ω,通常有3位数字表示阻值,前两个表示阻值基数,最后一位表示乘以10的几次方。例如标记100代表10Ω,而不是100Ω,472代表4.7kΩ。小于10Ω通常用R来表示小数点,例如2R2,表示2.2Ω。

E96系列(1%)

通常由2位数字加一个字母表示,2位数字代表是E96系列的第几个阻值,字母表示乘以10的几次方,其中Y代表-1,X代表0,A代表1,B代表2,C代表3,以此类推。例如47C,从表中数到47个阻值,是30.1,C代表乘以10的3次方,就是30.1kΩ。

另外,对于轴向引线封装的电阻,阻值标记都是一圈一圈的色环,具体含义如下图所示:

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
阻值色环码

从左往右,前两个或三个环代表数字,接下来的环代表乘数,与前面的数字相乘便是阻值。再接下来的环代表电阻的容差,最后就是电阻的温度系数。

二、电阻的工艺与结构

电阻的工艺种类繁多,可以根据阻值是否可以变化,分成两大类介绍:

  •   固定电阻
  •   可变电阻

2.1 固定电阻

固定电阻,顾名思义就是电阻值是定值,不可变。大多数时候,我们使用的电阻都是固定值的。可以根据封装的不同大致再分类

2.1.1 轴向引线电阻(Axial Leaded Resistor)

轴线引线电阻通常都是圆柱形,两个外电极是圆柱体两端的轴向导线,根据材料和工艺的不同还可以再分为多种。

绕线电阻(Wire Wound Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

绕线电阻是将镍铬合金导线绕在氧化铝陶瓷基底上,一圈一圈控制电阻大小。绕线电阻可以制作为精密电阻,容差可以到0.005%,同时温度系数非常低,缺点是绕线电阻的寄生电感比较大,不能用于高频。绕线电阻的体积可以做的很大,然后加外部散热器,可以用作大功率电阻。

碳合成电阻(Carbon Composition Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

碳合成电阻主要是由碳粉末和粘合剂一起烧结成圆柱型的电阻体,其中碳粉末的浓度决定了电阻值的大小,在两端加镀锡铜引线,最后封装成型。碳合成电阻工艺简单,原材料也容易获得,所以价格最便宜。但是碳合成电阻的性能不太好,容差比较大(也就是做不了精密电阻),温度特性不好,通常噪声比较大。碳合成电阻耐压性能较好,由于内部是可以看作是碳棒,基本不会被击穿导致被烧毁。

碳膜电阻(Carbon Film Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

碳膜电阻主要是在陶瓷棒上形成一层碳混合物膜,例如直接涂一层,碳膜的厚度和其中碳浓度可以控制电阻的大小;为了更加精确的控制电阻,可以在碳膜上加工出螺旋沟槽,螺旋越多电阻越大;最后加金属引线,树脂封装成型。碳膜电阻的工艺更加复杂一点,可以做精密电阻,但由于碳质的原因,还是温度特性不太好。

金属膜电阻(Metal Film Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

与碳膜电阻结构类似,金属膜电阻主要是利用真空沉积技术在陶瓷棒上形成一层镍铬合金镀膜,然后在镀膜上加工出螺旋沟槽来精确控制电阻。金属膜电阻可以说是性能比较好的电阻,精度高,可以做E192系列,然后温度特性好,噪声低,更加稳定。

Metal film resistor Â

金属氧化物膜电阻(Metal Oxide Film Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
上图出自Metal oxide film resistor

与金属膜电阻结构类似,金属氧化物膜主要是在陶瓷棒形成一层锡氧化物膜,为了增加电阻,可以在锡氧化物膜上加一层锑氧化物膜,然后在氧化物膜上加工出螺旋沟槽来精确控制电阻。金属氧化物膜电阻最大的优势就是耐高温。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
上图出自Metal oxide film resistor Â

2.1.2 片状电阻

金属箔电阻(Metal Foil Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

金属箔电阻是通过真空熔炼形成镍铬合金,然后通过滚碾的方式制作成金属箔,再将金属箔黏合在氧化铝陶瓷基底上,再通过光刻工艺来控制金属箔的形状,从而控制电阻。金属箔电阻是目前性能可以控制到最好的电阻。

厚膜电阻(Thick Film Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

厚膜电阻采用的丝网印刷法,就是再陶瓷基底上贴一层钯化银电极,然后在电极之间印刷一层二氧化钌作为电阻体。厚膜电阻的电阻膜通常比较厚,大约100微米。具体工艺流程如下图所示。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

厚膜电阻是目前应用最多的电阻,价格便宜,容差有5%和1%,绝大多数产品中使用的都是5%和1%的片状厚膜电阻。

薄膜电阻(Thin Film Resistor)

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单

薄膜电阻就是氧化铝陶瓷基底上通过真空沉积形成镍化铬薄膜,通常只有0.1um厚,只有厚膜电阻的千分之一,然后通过光刻工艺将薄膜蚀刻成一定的形状。Thin Film工艺在此前电容和电感的文章中已经提到过多次了,光刻工艺十分精确,可以形成复杂的形状,因此,薄膜电容的性能可以控制的很好。

电阻虽小,工艺和结构却并不那么简单
上图出自panasonic chip resistors

未完待续......

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在现代电子产业中,贴片电阻经常是电子产品内部最多的器件,而它们却又经常被我们所忽视,导致各种不可预测的产品故障出现。电源设计中,电阻的选型以及布局也至关重要,本文将为你介绍电源设计中的电阻细节。

也许你曾经试过,产品在客户使用一段时间后,电路却无缘无故失效,电路有可能看起来完好无损,也可能烧毁了一大片。在你绞尽脑汁都找不到问题的时候,不妨先将目光放到那些小小的贴片电阻上面。

两个关键参数和降额曲线

先来看看某厂家五种常用封装电阻的参数表。其中表中有两个值:额定工作电压和最大工作电压。

表1
电源设计中被忽视的小电阻

额定工作电压是与功率挂钩的,计算公式是:
V = √R*P

而最大工作电压是在额定功率下,该电阻可以承受的最大电压。但是要注意!看下面这个图。可以看出额定功率是在最高环境温度70℃的条件下标注的(不同厂家,系列可能有微小区别,在设计之初和问题查找的时候应该核实清楚。)

电源设计中被忽视的小电阻
图1 电阻温度降额曲线

注意事项:

1、设计和使用贴片电阻时,当最大功率超过其额定功率,其可靠性会降低。一般按额定功率的70%降额设计使用。当环境温度超过70℃时,必须进一步降额。

2、工作电压一般按最高额定电压的75%降额设计使用。瞬态电压不能超过最大工作电压,否则有击穿的危险。

3、对于电阻值小于1Ω电阻,电阻的关键参数为额定电流和最大工作电流,而不是额定电压与最大工作电压。使用此类电阻时,电阻流过电流大,建议直接使用电流有效值计算电阻的实际工作功耗。

电阻在过功率的情况下,一般会出现两种情况:
1、瞬时过功率:电阻外观基本没有变化,但是电阻已经开路。
2、长时间过功率:电阻温度极高,其阻值发生变化,如果在恶劣的条件下,就会烧毁开路。

电源设计中被忽视的小电阻
图2 瞬间过功率损坏,外观基本没变化,其实已经开路

电源设计中被忽视的小电阻
图3 长时间过功率,电阻高温直接碳化烧毁

PCB布板也有讲究

贴片电阻的另外一种常见的损坏是机械损伤后呈开路状态,后续导致电路异常(器件外观有可能正常)。下面是几个小建议:

1、如果是手折板的话(极少使用,无法机器分板,毛刺大),贴片电阻长度方向平行于PCB板边,零件受的应力小;如果是V-CUT的话,贴片器件长度方向垂直于PCB边,零件破裂可能性较小。

2、元件如果与连接处垂直,到连接处的距离建议要≥4mm,若平行,距离建议要≥1.5mm。

3、在成本允许的情况下,适当加厚PCB板厚度,特别是面积比较大的板子。(下面是两个简单的示意图,实际情况请实际分析。)

电源设计中被忽视的小电阻
图4 手折板简单示意图

电源设计中被忽视的小电阻
图5 V-CUT板简单示意图

合理减少种类

下图是两颗电极氧化了的贴片电阻(电极表面有点黑),别看它们现在好好的,一旦电路进入了恶劣的工作状态(高温高湿),电阻就会因为虚焊而使电路工作在不可预测的状态,继而损坏。

电源设计中被忽视的小电阻
图6 氧化的电阻

除了要保证采购的电阻在保质期内和仓库提供合适的保存环境(具体参照实际产品手册)以外,我们工程师作为使用者,也尽可能减少使用特殊阻值的电阻,以减少这种风险。

尽管贴片电阻以性能稳定著称,但是如果我们能在每次使用之初,都不厌其烦的回忆一些细节,就可以尽可能减少小概率事故的发生,大大提高产品稳定性。

转自: ZLG致远电子

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