注意：本文章需要配合无际单片机编程-硬件基础2.0教程视频学习。

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本节课主要是给大家讲解一下电阻

 

 

 

今天来讲下电阻，节约大家时间，这里只讲解在我们开发产品中最常用的知识点，课程安排是先讲理论、再讲实际应用。

课程内容目录：

1.电阻理论

2.电阻选型

3.产品应用

 

一、电阻理论

1.  电阻的定义

• 电阻的定义：（Resistance）

自由电子在导体中的定向移动，形成了电流。自由电子在定向运动中要和金属离子频繁碰撞，阻碍自由电子的定向移动，这种阻碍作用的物理量，就叫做电阻。（了解即可）

 

总结：导体对电流的阻碍作用的大小就叫做该导体的电阻。

 

• 公式（欧姆定律）

      R：电阻值   U: 电阻两端的电压 I: 通过导体的电流

 

如何衡量电阻的阻值（大小）呢？

单位：Ω(欧姆简称：欧)

在物理学中，电阻的阻值是通过单位欧姆来表示的， 导体两端的电压 U（单位：V）和通过导体的电流I(单位:A)的比值等于1，表示1欧姆。

 

2.  单位换算&符号标识

单位:

在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω，由于欧姆这个单位比较小，所以常用的电阻单位有千欧姆（KΩ）、兆欧姆（MΩ）等，

换算关系是：

1kΩ = 103Ω = 1000Ω

1MΩ = 103kΩ = 106Ω = 1000000Ω

在电路原理图中为了简便，一般将电阻值中的“Ω”省去，凡阻值在千欧以下的电阻，直接用数字+R表示；阻值在千欧以上的，用“K”表示；兆欧以上的用“M”表示 。

原理图电阻的标识符号:  (R)

 

3.  影响阻值的因素:   (了解)

但是，电阻的阻值的大小，并不是由U 和I 决定的。而是由它的材质性质，长度，粗细、以及温度等因素决定的。

 

长度：  当材料和横截面积相同时，导体的长度越长，电阻越大  。

横截面积：当材料和长度相同时，导体的横截面积越大，电阻越小 。

材料：  当长度和横截面积相同时，不同材料的导体电阻不同 。

温度：  对大多数导体来说，温度越高，电阻越大，如金属等；对少数导体来说，温度越高，电阻越小，如碳 

 也就是说，一个电阻制造出来，电阻的阻值基本上就是固定的。不会因为两端的电压或者电流的变化而变化。

4.  电阻的串并联

电阻的串联:

 

计算公式：R=R1+R2+R3……

 

电阻的并联:

计算公式:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3….. 

 

5.  电阻分类&常用电阻介绍

按照安装方式分类： 插件电阻 和贴片电阻

目前的电子产品，使用贴片封装的居多，生产成本低

 

按照材质来划分:碳膜电阻、金属氧化膜电阻、压敏电阻、光敏电阻、温敏电阻等等。

 

在这里给大家介绍几款比较常见的电阻贴片薄膜电阻：

贴片薄膜电阻，我们简称贴片电阻，因为这种电阻是电子产品开发中，最常用的电阻。

 

 

优点：价格便宜，精度高(±0.1% -10%)，额定工作电压高(200V)，工作温度范围宽(-55℃~+155℃), 生产成本低。

缺点：特殊情况下，功率偏小

排阻：

排阻就是若干个参数完全相同的电阻并联在一起，叫做排阻。

插件排阻：

 

 

就是若干个参数完全相同的电阻，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚，其余引脚正常引出。所以如果一个排阻是由n个电阻构成的，那么它就有n+1只引脚，一般来说，最左边的那个是公共引脚。它在排阻上一般用一个色点标出来。 

贴片排阻：

贴片排阻和插件排阻的结构有区别，结构如下图：

   

可调电阻

可调电阻是电阻的一类，可调电阻的电阻值的大小可以人为调节，以满足电路的需要。

 

 

教学可调电阻：

 

参数:   可调电阻的阻值范围。

 

水泥电阻

这种电阻很多学员，可能都没有见过，在实际产品开发工程中，我们有时会碰到。

概念：是将电阻线绕在无碱性耐热瓷件上，外面加上耐热、耐湿及耐腐蚀之材料保护固定并把绕线电阻体放入方形瓷器框内，用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成。水泥电阻的外侧主要是陶瓷材质

 

优点：支持的电流大、功率大。    P = UI = I2R

缺点：阻值小、体积大、发热量大，比较重

用途:  水泥电阻通常用于功率大，电流大的场合，有2W，3W，5W，10W甚至更大的功率，像空调，电视机，等功率在百瓦级以上的电器中，基本上都会用到水泥电阻。

 

压敏电阻

概念：

电压的阻值会随着电压的变化而变的电阻，就做压敏电阻

工作原理：

当加在压敏电阻上的电压低于它的阈值时，流过它的电流极小，它相当于一个阻值无穷大的电阻，也就是说，当加在它上面的电压低于其阈值时，它相当于一个断开状态的开关。

当电压超过它的阈值的时候，电阻阻值急剧下降，接近0R. 相当于一个短路的状态。

   

用途: 

压敏电阻的作用是防雷和过电压保护

 

除了以上的电阻，还有很多种类，例如温敏电阻、光敏电阻等….这些电阻是在特定的条件下使用，在这里就给大家不一一介绍了

 

6.  电阻的参数

①焊接方式&尺寸大小：

包括表面贴装和插入式两种。表面贴装也就是我们通常说的贴片式。

这里重点给大家介绍贴片电阻：常用的封装有 0805 、0603、0402、0201

 

和封装相关的其他参数： 额定功率，最高工作电压，最大过负荷电压

 

②阻值：（重要）

电阻的大小通常用欧姆（Ω）来表示，它是电阻器两端电压与通过电阻的电流之比。

如何获取电阻的阻值? 以下两个电阻的阻值分别是多少？

 

按照电阻上面的丝印，获取电阻的阻值

• 如果是精度5%10%的，丝印就是3个数字表示，前两位表示阻值，最后一位表示10的几次方。
• 如果是精度5% 1%2%,丝印由4个数字组成,前三位表示阻值,最后一位表示10的几次方。
• 带小数点的电阻，例如: R300代表0.3Ω( R代表小数点)
• 
• 其他标识：  2K2     2M2
• 
  

 

0603 高精度电阻丝印如何看：（了解）

0603因为尺寸较小，无法标示4位代码，阻值代码通常以3位喷码标示。

0603封装1%精密电阻丝印代码对照如下表 ：e

例如：10KR 阻值 丝印对应为：01C  —100*10²=10000R=10KR

0603以上封装的贴片电阻才有字码。 0402 （包括0402）以下的没有丝印。 这种我们可以通过电阻的包装获取。

 

③精度

因为制造工艺等因素，一个电阻的实际阻值基本上不可能和标称的阻值据对相等，两者之间存在一定的偏差，我们将偏差值允许的范围称作电阻的精度。 允许偏差小的电阻器，其阻值精度就越高，稳定性也好，但其制造成本相对较高，价格也贵。 

通常，普通电阻器的允许偏差为±5%、±10%，而高精度电阻器的允许偏差则为±1%、±0.5%。

④功率参数

不同的尺寸的贴片电阻功耗不一样，尺寸越大，能通过的功率越大。

一般来说1206这种级别的都是做220V电源用的比较多，其他的基本0805,0603,0402够用。

实际我们设计电路都是用以前现成稳定的修改，比较少会去关注功率这块。

7.  规格书-电阻

这个电阻的上面的RTT03475JTP 是什么意思？

我们通过规格书需要了解那些参数？(这部分内容通过课程视频学习)

• 电阻的命名规则
• 电阻的阻值
• 电阻的功率
• 电阻的封装
• 电阻的精度

 

二、电阻选型

这里主要讲解两个问题

• 选择什么样的电阻？
• 电阻的阻值如何确定？

 

1.  选择什么样的电阻？

①封装的选择：

实际产品开发过程中，我们最常用的就是贴片电阻。插件电阻用的非常少。

插件电阻：生产成本高，一致性差

贴片电阻：价格便宜、生产成本低、一致性好

 

②电阻的功率:

电阻的功率和电阻的封装有关系，如下图：

在大多数情况下，我们选择贴片的0603、0402的电阻就可以满足大多数的产品需求。

在某些工作电流比较大的电路中，我们就要选择封装较大的贴片电阻，或者插件电阻，甚至是水泥电阻。

功率如何计算?  P=UI = I2R.   按照通过电阻的电流的大小来计算。

 

③精度:

在某些特定的电路中，对电阻的精度要求比较高，我们需要选择精度较高的电阻，例如ADC检测电路、可调电压的电源电路中，电阻我们一般都要选择 1% ，甚至0.5%、0.1%的电阻。

当然精度越高，电阻的价格越贵。

 

④结构空间:

产品外壳内部空间比较小的电路板，一般选择尽可能小封装的电阻。

 

2.  电阻的阻值如何确定？

①按照数据手册取值：

例如基准电压芯片XL385-2.5 电路中电阻的取值。

 

②经验取值：

在实际产品开发中，很多电阻是根据经验取值的，例如上拉电阻我们一般都选择的是4.7K、10K. 等 

经验取值就是需要我们有大量的项目经验积累。

 

③计算取值：

有些特定电路的电阻取值，需要工程师来计算。如下图的外电供电检测电路。

 

④电阻阻值说明

下图是通用的电阻组值表。 

3.  电阻选型其他因素：

①通用性：

同一个电路板，尽可能选择比较通用的阻值。比较偏门阻值的电阻，不易购买，价格贵。

例如1：4.1K .   如果电路参数允许的情况下，我们可以用3.9K + 0.2K的代替。  

例如2：如果电路中电阻值910R，如果可以用1K 代替的，尽可能用1K代替。

②复用性：

电路设计中，需要注意电阻的复用性。

 

三、产品应用(重点)

1.  分压

应用1： 

下图是 USB 5V外电供电检测电路。

如果单片机的供电电压是3.3V，USB电压是5V，直接连接单片机的IO，可能会损坏单片机的IO口。 所以这里采用了电阻的分压作用。

外电供电检测电路：

ADC_VCHG直接连接单片机的IO，所以R54和R55之间的电压需要小于等于3.3V.

    UB                    R55

———-  =    ————–          =  3.33v  

    UA                   R55+R54

 

应用2： 

以下电路实现的功能是将DC5V 转换成DC3.3V。  以下的电路选择的方案是XL1513芯片，以下的电路也是参考 XL1513的规格书设计的。  其中输出的电压是通过R4 和R5来调整的。

按照数据手册上面的计算公式：Vout = 0.8*(1+R2/R1)   

Vout = 0.8*(1+R4/R5)   =0.8*（1+6.25/2）= 0.8*4.125 = 3.3

2. 限流

这也是电阻最普遍的用途之一。

举例：LED驱动限流

R50：用来限制LED2的电流。

一般LED灯电流最大不要超过25mA(具体看数据手册)，否则会烧坏，所以LED2需要串R50这个电阻限流。

一般红色LED的压降最小是1.6V，标准是2V，最大2.6V。

下面是测量我们无际单片机编程实战课程主机项目的硬件，得出LED2的压降约等于1.823V。

根据这个值，我们计算下LED2的电流。

(5V-1.823)/2K=1.59mA

所以LED2的电流大概在1.59mA左右。

如果你想让LED2更亮的话，可以把R50电阻调小，这样电流就会增大，LED2也更亮。

如果是其它颜色的LED灯，比如说蓝灯，压降会更高，所以电阻值需要取小。

 

3.分流

分析以下的电路: 

分别计算流过R1 和R2的电流、A点到B点的电流。

R1 和R2的电流：  I = U/R  = 3.3V/10R = 0.33A;

A点到B点的电流:  I = U/Rx = 3.3/5R = 0.66A;  (Rx 标识R1 和R2并联之后的电阻值)

 

4.上拉电阻

将一个不确定的信号（高或低电平），通过一个电阻与电源VCC相连，将电平固定在高电平。

应用1：IIC通信

R35,R36就是上拉电阻，因为AT24C128是基于IIC通信的芯片，从芯片的规格书了解到。芯片的SCL 和SDA 默认是开漏模式（即: 高低电平不确定），所以需要加外部上拉电阻。

应用2：按键检测

R9：上拉电阻，保证按键没按下时，SWITCH引脚的电平默认为高电平，如果单片机引脚内部有上拉电阻，R9就可以省略。

5.下拉电阻

作用：将一个不确定的信号（高或低电平），通过一个电阻与地GND相连，固定在低电平。

如上图的R2就是下拉电阻。

 

电路分析：

按键未按下去：  A点的电压因为R2的下拉电阻，是低电平

按键按下去：      A点的电压是VCC 高电平

我们在上面的电路中，加1个R1电阻，再进一步分析以下的电路:

按键未按下去：  A点的电压因为R2的下拉电阻，是低电平

按键按下去：      A点的电压是VCC/2      这样可能导致按键检测不稳定。

上拉&下拉电阻总结:

一般上拉电阻的应用比较多一点，使用下拉电阻的应用相对要少很多。但以上的知识点我们都必须要掌握。

上拉&下拉 应用总结：（后面课程专门讲解）

• 单片机IO口开漏模式必须使用上下拉电阻，保证IO的电平在任意时刻保持高电平或低电平。
• 单片机的IO口内部一般都内置有上拉电阻，是否选择使用，可以通过程序配置。但内部的上拉电阻的阻值是固定的，为了增强输出引脚的驱动能力，在某些时候需要外置添加上拉电阻
• 从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑，上拉电阻应当选择的足够大；电阻大，电流小。
• 电阻越小，电流越大，驱动能力越强。
• 对于高速电路，过大的上拉电阻可能使边沿变平缓。

综合考虑以上总结，通常在 1K 到 10K 之间选取。对下拉电阻也是类似道理。

一般像STM8、STM32这种单片机内部都有上拉电阻，大概40K左右，但是如果是低功耗产品，一般用外部上拉，这样可以用大的阻值减小功耗。

6.0Ω电阻

我刚接触开发的时候，经常会看到0Ω的电阻，很好奇有什么用。 

首先我想提醒大家的是，0Ω电阻并非是0Ω，比如风华高科对0Ω电阻分为三个精度等级：F(≤10mΩ)、G(≤20mΩ)、J(≤50mΩ)。

大多数都是用于硬件调试备用的，特别是电源电路用的比较多。

应用一：电源调试备用

第一次做硬件样机的时候，首先就是调试电源，调试时可以把R69断开，防止电源电路问题把后面的负载烧坏。

除此以外，加上0Ω电阻，也方便硬件电路每个模块的功耗测试。

应用二：跳线帽作用

选择R6(0R)是VCC(3.3V)供电    选择R8(0R)是BATA（12V）供电。

注意：R6和R8 不能同时焊接。同时焊接会造成电源VCC和BATA短路。

7.阻抗匹配

R82：增大吸收，减少信号回波反射，简单来说就是提高数据的传输距离的。

这个了解就行，网上有很多现成的取值可以参考。

如果这里的实际应用有些看不懂也没关系，不用焦虑，后面不断通过项目去学习理解会更深刻。

四、习题：

习题1:  不同封装的电阻的主要差异是什么？

• 大小&安装方式 不一样
• 功率不一样
• 额定工作电压不一样
• 最大过负荷电压不一样

 

习题2：R1 的阻值是1K   R2的阻值是2K  分别计算出R1 和R2串联、并联之后的阻值

R1 和R2 串口之后的电阻值:   R  = R1 + R2 = 3K;

R1 和 R2 并联之后的电阻值： R  =  R1*R2/(R1+R2) = 2/3 K

 

习题3：根据以下图片，计算出电阻的阻值

       

1002 = 10000 = 10K 精度小于 5%

103   = 10000 = 10K 精度 5% 或 10%

R01  = 0.01R 

习题4：如下图是电池电量检测硬件电路，如果A点的电压是4.3V， 计算出B点的电压；

按照电阻分压的原理      VB = VA *  (R56/R56+R53) = 2.15V ;