09_电子设计教程基础篇(电阻)

news2024/11/15 6:51:21

文章目录

  • 前言
  • 一、电阻原理
  • 二、电阻种类
    • 1.固定电阻
      • 1、材料工艺
        • 1、线绕电阻
        • 2、非线绕电阻
          • 1、实心电阻
            • 1、有机实心电阻
            • 2、无机实心电阻
          • 2、薄膜电阻(常用)
            • 1、碳膜电阻
            • 2、合成碳膜电阻
            • 3、金属膜电阻
            • 4、金属氧化膜电阻
            • 5、玻璃釉膜电阻
          • 3、厚膜电阻(常用)
          • 4、金属箔电阻
      • 2、用途
        • 1、通用电阻
        • 2、精密电阻
        • 3、高阻电阻
        • 4、功率电阻
        • 5、高压电阻
        • 6、高频电阻
      • 3、封装
        • 1、片状电阻
        • 2、插件电阻
    • 2.可变电阻(除电位器外都是半导体)
      • 1、电位器
      • 2、热敏电阻
      • 3、力敏电阻
      • 4、湿敏电阻
      • 5、压敏电阻
      • 6、磁敏电阻
      • 7、气敏电阻
      • 8、光敏电阻
      • 9、熔断电阻
  • 三、技术参数
    • 1.标称阻值、精度
      • 1、电阻阻值标准
      • 2、贴片电阻阻值识别
      • 3、色环电阻阻值识别
    • 2.温度系数
    • 3.额定功率
    • 4.最大工作电压
    • 5.固有噪声
    • 6.电压系数
  • 四、失效模式
    • 1.主要失效模式
    • 2.失效机理分析
      • 1、固有机理失效
      • 2、电应力失效
      • 3、热应力失效
      • 4、机械应力失效
      • 5、污染、腐蚀失效
    • 3.预防措施
  • 五、应用与选型
    • 1.应用
      • 1、分压
      • 2、分流
      • 3、限流
      • 4、信号处理
      • 5、上下拉
        • 1、应用
        • 2、选择原则
      • 6、假负载
      • 7、阻抗匹配
      • 8、ESD、热插拔
      • 9、0Ω电阻
        • 1、作为跳线与兼容设计
        • 2、数字地与模拟地单点接地
        • 3、作为熔丝使用
        • 4、解决EMC问题
      • 10、排阻
    • 2.选型
      • 1、功能
      • 2、厂家
      • 3、封装、功率、耐压、精度
      • 4、阻值
    • 3.采购
      • 1、立创商城
      • 2、淘宝
    • 4.设计
      • 1、立创EDA
      • 2、AD
    • 5.库存管理


前言

本文将全面介绍电阻原理、种类、应用、选型,注意博客是当教材使用的,具体视频讲解请前往bilibili搜索柳离风。

一、电阻原理

概念:电阻是描述物体导电能力的物理量,是由其材料所决定的
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低频:集总参数模型
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满足欧姆定律:I = U/R
功率计算:P = I* I * R = U*U/R
满足基尔霍夫电流、电压定律
KCL:
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KVL:
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串联电路:
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特点:
(1)各电阻电流相等I = I1 = I2 = I3
(2)总电压等于各电阻上的电压之和:V = V1+V2+V3
(3)总电阻等于各电阻之和:R = R1 + R2 + R3

并联电路:
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(1)总电流等于各电阻电流之和:I = I1 + I2 + I3
(2)各电阻电压相等:V = V1 = V2 = V3
(3)总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和:1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

高频:分布参数模型
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二、电阻种类

1.固定电阻

1、材料工艺

不同工艺的电阻阻值、体积、成本、精度、功率、频率、噪声特性都有差异

1、线绕电阻

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特点:噪声小,甚至无电流噪声,温度系数小,热稳定性好,耐高温,工作温度可达315℃,能承受大功率负荷, 阻值范围0.01Ω-100kΩ,额定功率为1/8-500W,但高频特性差
适用于低频且精确度要求高的电路。

2、非线绕电阻
1、实心电阻
1、有机实心电阻

工艺:有机实心电阻器是把颗粒状导电物(如炭黑、石墨)、填充料(如云母粉、石英粉、玻璃粉、二氧化钛)和有机黏合剂(如酚醛树脂等)等材料混合均匀后热压在一起,然后装在塑料壳内组成的电阻器,它的引线直接压塑在电阻体内。
特点:机械强度高,可靠性好,过负荷能力强,体积小,价格低廉,噪声大分布参数大,电压、温度稳定性差,阻值范围为4.7Ω-22MΩ,工作电压为250-500V,额定功率为1/4W-2W,不适合要求高的电路

2、无机实心电阻

工艺:无机实心电阻器是把颗粒状导电物(如炭黑、石墨)、填充料和无机黏合剂(如玻璃釉等)等材料混合压制成型后再经高温烧结而成,然后装在塑料壳内组成的电阻器,它的引线直接压塑在电阻体内。
特点:温度系数大,阻值范围小

2、薄膜电阻(常用)
1、碳膜电阻

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工艺:碳膜电阻是用有机粘合剂将碳墨、石墨和填充料配成的悬浮液涂覆于陶硅基体上,经真空高温烧结形成皮膜(气态碳氢化合物在真空高温中分解,碳沉积在基体上),然后加适当接头切割,并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。其表面常涂以绿色保护漆。碳膜的厚度决定阻值的大小,通常用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器。
特点:稳定性高、负温度系数小、高频特性好,受电压频率影响较小,脉冲负荷稳定,阻值范围大,制作工艺简单,生产成本低

2、合成碳膜电阻

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工艺:合成碳膜电阻器是用有机粘合剂将碳墨、石墨和填充料配成悬浮液涂覆于绝缘基体上,经加热聚合而成
特点:阻值范围大,10Ω-10的6次MΩ,额定功率范围为1/4-5W,最大工作电压为35kV。但其抗湿性差,电压稳定性差,频率特性差,噪声大。不适合做通用电阻,主要用于高压、高阻,可用于微电流测试。

3、金属膜电阻

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工艺:金属膜电阻是用高温真空镀膜技术(真空蒸镀法或磁控溅镀法)将镍铬或类似的合金紧密附着在陶硅基体上形成皮膜,施行螺旋状切条调整阻值,再加二端导线及涂装而成。
特点:稳定性和耐热性好,温度系数小,工作频率范围宽,噪声电动势很小

4、金属氧化膜电阻

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工艺:金属氧化膜电阻器就是以特种金属或合金作电阻材料,用真空蒸发或溅射的方法,在陶瓷或玻璃基本上形成氧化的电阻膜层,施行螺旋状切条调整阻值,最后再加两端导线及涂装而成。
特点:比金属膜电阻抗氧化能力强,抗酸、抗盐能力强,耐热性好。由于材料特性和膜层厚度限制,阻值范围小,范围为1Ω-200kΩ

5、玻璃釉膜电阻

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工艺:玻璃釉膜电阻是由贵金属银、钯、铑、钌等的氧化物(如氧化钯、氧化钌等)粉末与玻璃釉粉末混合,再与有机粘合剂按一定的比例调制成一定粘度的浆料,涂覆在陶硅基体上,经真空高温烧结形成皮膜,施行螺旋状切条调整阻值,再加二端导线及涂装而成。
玻璃釉膜电阻用符号RI表示。
特点:耐高温能力差,耐湿性好,稳定性好,噪声小,温度系数小,阻值范围大,阻值范围为4.7Ω-200MΩ,额定功率有1/8W,1/4W,1/2W,1W,2W,大功率有500W,最高电压为15kV

3、厚膜电阻(常用)

厚膜电阻主要是指采用厚膜工艺印刷而成的电阻,在陶瓷基底上贴一层钯银电极,然后在电极之间印刷一层二氧化钌作为电阻体,厚度通常为100um。厚膜电阻是目前使用最多的电阻,价格低廉,容差有5%和1%。

4、金属箔电阻

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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

2、用途

1、通用电阻

线绕型、实心型、厚膜型、碳膜型、金属膜型、金属氧化膜型、玻璃釉膜型

2、精密电阻

线绕型、碳膜型、金属膜型、金属箔型

3、高阻电阻

厚膜型、合成碳膜型、金属膜型、玻璃釉膜型

4、功率电阻

线绕型、厚膜型、碳膜型、金属膜型

5、高压电阻

合成碳膜型、玻璃釉膜型

6、高频电阻

金属氧化膜型、金属箔型

3、封装

现在的设计电路,除特殊需求外(大功率),都是优选贴片元件,贴片元件和直插元件相比,体积和质量更小,可靠性高,抗震能力强,高频特性好,易于机器自动化焊接提升效率,贴片元件更好拆卸维修。

1、片状电阻

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片状电阻底部是白色,是其陶瓷基底的颜色
片状电阻根据其尺寸不同有着很多封装
01005、0201、0402、0603、0805、1206、1210、1218、2010、2512等
举例:0402 实际尺寸:1mm0.5mm 0.04 英寸0.02 英寸
封装越大,额定功率越大

2、插件电阻

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蓝色代表金属膜电阻,灰色代表氧化膜电阻,黄色或土黄色代表碳膜电阻,棕色代表是实心电阻,旅社代表线绕电阻,红色、棕色代表无感电阻,电阻厂家通常会按上面的标准生产。

2.可变电阻(除电位器外都是半导体)

1、电位器

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电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时,在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。
电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器,由于它在电路中的作用是获得与输入电压(外加电压)成一定关系的输出电压,因此称之为电位器。
特点:方便调节电阻,可靠性差,易受震动、灰尘、油污、松动等原因产生接触不良,成本高、非线性调节、噪声特性差
按阻值变化规律可分为:直线型电位器、指数型电位器、对数型电位器
按材料分为:碳膜电位器、线绕电位器、合成碳膜电位器、金属膜电位器、有机实心电位器、导电塑料电位器
特殊电位器:带开关的电位器、单联电位器、双联电位器、直滑式电位器、数字电位器

2、热敏电阻

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热敏电阻是一种传感器电阻,其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻(PTC thermistor,即 Positive Temperature Coefficient thermistor)和负温度系数热敏电阻(NTC thermistor,即 Negative Temperature Coefficient thermistor)。正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小,它们同属于半导体器件。PTC常用于过流保护。

3、力敏电阻

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力敏电阻是一种能将机械力转换为电信号的特殊元件,它是利用半导体材料的压力电阻效应制成的,即电阻值随外加力大小而改变。主要用于各种张力计、转矩计、加速度计、半导体传声器及各种压力传感器中。

4、湿敏电阻

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湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的 。
工业上流行的湿敏电阻主要有1、半导体陶瓷湿敏元件;2、氯化锂湿敏电阻;3、有机高分子膜湿敏电阻

5、压敏电阻

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“压敏电阻"是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,主要用于在电路承受过压时进行电压钳位,吸收多余的电流以保护敏感器件。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。压敏电阻器的电阻体材料是半导体。
压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。
压敏电阻的响应时间为ns级,比气体放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千Pf的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。压敏电阻器简称VDR,是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。
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。
当加在压敏电阻上的电压超过它的阈值时,流过它的电流激增,它相当于阻值无穷小的电阻。也就是说,当加在它上面的电压高于其阈值时,它相当于一个闭合状态的开关

6、磁敏电阻

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磁敏电阻是一种基于磁阻效应而制作的电阻体。它在外施磁场的作用下(包括外施磁场的强度及方向的变化)能够改变自身的阻值,是一种新颖的传感元件。它可分为半导体磁敏及强磁性金属薄膜磁敏电阻两大类

7、气敏电阻

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气敏电阻是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器,它是利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成的,主要成分是金属氧化物。

8、光敏电阻

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光敏电阻(photoresistor orlight-dependent resistor,后者缩写为LDR)是一种基于内光电效应的半导体元件,它的阻值依赖于入射光强的变化。入射光强增加,光敏电阻的阻值减小,入射光减弱,光敏电阻阻值增大。光敏电阻没有极性,使用时在其两端施加一个任意方向的外加电压,通过测量回路中的电流大小就可以反映入射光的强弱。

9、熔断电阻

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熔断电阻器,是一种具有电阻器和熔断器双重作用的特殊元件,在正常情况下具有普通电阻的功能,一旦电路出现故障,该电阻会因为过负荷在规定的时间内熔断开路,从而起0到保护其他电路的作用。与传统熔断器和其他保护装置相比,熔断电阻具有结构简单,使用方便,熔断功率小,熔断时间短等优点。

三、技术参数

1.标称阻值、精度

1、电阻阻值标准

电阻的阻值是无穷的吗,当我们理论计算完成后的电阻可以直接应用吗,当然不是,实际我们不可能把所有阻值的电阻都生产出来
引入优先数原理:19世纪末,法国人查尔斯雷诺提出,比如要将10分5份,正常做法为等差数列,但其相对差太大,于是采用等比数列方法,先求出公比,将10开5次方,为1.60,这样就可以分为1.00、1.60、2.50、4.00、6.30、10.00,所以要分多少份就对10开多少次方,然后用等比数列分配即可。
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2、贴片电阻阻值识别

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:阻值大小和精度。
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
2) 带有字母“R”的丝印
3) 带有数字和 R 之外字母的丝印
带有三位或者四位数字的丝印
三位数字表示 5%精度的,四位数字表示 1%精度的,前面几位表示数值,最后一位表示 10 的 x 次方。
例 1:丝印为“103”,则:R = 10 ∗ 103 = 10kΩ,5%精度
例 2:丝印为“1003”,则:R = 100 ∗ 103 = 100kΩ,1%精度
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。
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 E-96。
E-96 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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3、色环电阻阻值识别

尾环为精度环,与其他环间隔较大
倒数第二个环为倍乘数环
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2.温度系数

温度系数TCR指环境温度每变化1℃引起阻值的相对变化系数。温度系数越小,表征电阻的温度稳定性越好。
不同材料的TCR有很大的差别;一般情况下:碳膜>线绕>玻璃釉>金属氧化膜>金属膜>片状厚膜>片状薄膜;
相同材料不同阻值的,甚至相同阻值的TCR都可能正负不同,同一批次生产的一般应该是符号一致的;
电阻的自热也会造成电阻值改变。大多数生产厂家的产品说明都给出“热阻”技术指标。热阻定义为电阻的有效温度与外部规定参考点的温度之差除以器件的稳态散耗功率所得的商,用(°C/W)单位表示。

3.额定功率

电阻的额定功率是指电阻在一定的气压和温度长期连续工作所承受的最大功率,如果电阻上所加功率超过 额定值,电阻就有可能被烧毁
一般器件手册里的额定功率是在70℃环境温度下设定的,如果环境温度超过70℃,一定要进行功率降额使用。

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4.最大工作电压

电阻在其工作电路中,作用于其两端的电压不应该超过其最大工作电压,最大工作电压主要基于绝缘要求,取决于电阻的材料和工艺,如果电阻的电压超过其最大工作电压,则很有可能击穿电阻上的一些绝缘部分,甚至直接击穿空气。
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5.固有噪声

电阻的噪声主要由三大类型组成:热噪声(Thermal noise)、接触噪声(contact noise)、射击噪声(shot noise)。一般情况下:线绕<薄膜<厚膜<金属膜<金属氧化膜<碳膜。
(1) 热噪声(电子的无序运动引起)主要取决于温度、频宽、阻值;
  
   其中Vn=噪声的峰值电压
   Kb=Boltzman常数
   T=温度
   B=噪声带宽
   R=阻值
(2)接触噪声主要取决于平均电流、频宽、材料、几何形状。膜式电阻的主要噪声就是接触噪声,在低频部分尤其明显(因为具有1/f的属性);线绕电阻没有接触噪声。
(3)射击噪声(单位时间通过PN结的载流子数目变化造成)主要取决于频宽、平均电流。
(4)低噪声设计
尽量使用低阻值,因为热噪声和阻值成正比;
大功率电阻,越大的几何材料产生的接触噪声会越少;
保持流过电阻的电流小,因为噪声和电流成正比关系;
在低噪声(如前置放大电路)和高频电路中,优先考虑选用片状表贴电阻,其次为金属膜电阻。

6.电压系数

四、失效模式

1.主要失效模式

1、开路:阻膜烧毁(通常表现为中心空洞)或大面积脱落、基体断裂、引线帽与阻体脱落;
2、短路:银迁移;
3、阻值漂移:阻膜缺陷或退化、保护涂层不良。
4、引线断裂:焊接工艺缺陷、焊点污染、机械应力损伤。
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2.失效机理分析

1、固有机理失效

(1)阻膜结晶
阻膜一般用沉积方法获得,在一定程度上存在结晶致密化趋势,引起阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。
(2)电应力加速老化
电应力加速电阻老化,其加速老化作用比高温老化更显著,原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过电阻体的平均温升。
(3)电解作用
电应力作用下,电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移,产生离子流。碳膜或金属膜表现为电解氧化;金属氧化膜表现为电解还原。电解作用的后果使阻值增大,出现薄膜破坏现象。湿气存在时,电解过程更为剧烈。
(4)气体解吸或吸附
金属膜在晶粒边界或导电颗粒和粘结剂部分,总可能吸附非常少量的气体,构成了晶粒之间的中间层,阻碍了导电颗粒之间的接触,导致阻值漂移。
合成膜电阻在真空或低气压工作时,解吸部分气体,改变了导电颗粒之间的接触,使阻值下降。
温度和气压是影响气体吸附或解吸的主要环境因素,降温可增加平衡吸附量,升温则反之。
(5)氧化或硫化
与吸附不同,氧化是长期起作用的因素。氧化从由电阻体表面开始,逐步向内部深入。除了贵金属与合金薄膜电阻外,其他材料的电阻体均会受到空气中氧的影响。氧化的结果是阻值增大。阻膜层愈薄,氧化影响愈更明显。
电阻端电极中的银电极层与电阻材料物质直接相联,在含硫的空气中,银电极层和空气中的硫反应形成Ag-S合物;Ag-S化合物相当于在银电极层与电阻材料之间增加了一种新的物质,使得阻值变大或是开路。
防止氧化或硫化的根本措施是密封。采用有机材料(树脂等)涂覆,虽然不能完全防止保护层透湿或透气,但能起到延缓氧化的作用。
(6)银迁移
银迁移(Silver Migration)现象是指在潮湿环境中,水分子渗入含银导体表面电解形成氢离子和氢氧根离子,银在电场及氢氧根离子的作用下,离解产生银离子,并产生下列可逆反应:在电场的作用下,银离子从高电位向低电位迁移,并形成絮状或枝蔓状扩展,在高低电位相连的边界上形成黑色氧化银。银离子的迁移会造成无电气连接的导体间形成旁路,造成绝缘下降乃至短路。

2、电应力失效

(1)过电应力(EOS)
过电应力(EOS)是指施加到元器件的电应力(包括连续电应力、短时电应力)超过其允许的最大范围。EOS的作用时间一般大于1us,其损伤可用光学显微镜观察。
(2)静电(ESD)
静电(ESD)是指元器件在加工生产、组装、贮存以及运输过程中,可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触,所带静电经过器件引脚放电到地,使器件受到损伤或失效。ESD损伤通常要用SEM观察。分为突发性和潜在性两种模式:
突发性失效是指元器件受到静电放电损伤后,完全丧失功能,主要表现为开路、短路或参数严重漂移。
潜在性失效是指静电放电能量较低,仅在元器件内部造成轻微损伤,器件电参数仍然合格或略有变化。但器件的抗过电应力能力已经明显削弱,再受到工作应力后将进一步退化,使用寿命将明显缩短。

3、热应力失效

环境温度超过规定的最大值,导致产品材料形变或内部发热。

4、机械应力失效

施加在元器件上的机械应力(振动、冲击、离心力、安装应力或其他力学量)超过规定的最大值,导致元器件结构发生不可逆变化。
电阻的可靠性很大程度上取决于电阻的机械性能。

5、污染、腐蚀失效

(1)污染失效
污染物携带导电离子,引入附加导电通道而影响元器件功能;污染引起结构、质量(重量)变化改变污染部位的性质,如晶体谐振器有微小的附加质量就出现频率偏移甚至停振。污染引起的失效可以在早期发生,即早期失效,也可以是使用过程发生,即随机失效。污染主要有4种:
工艺残留:工艺过程中使用的化学品清洗不干净的残留;
外来物污染:工艺过程中对外来物控制不到位引起的污染;
人体污染:作业过程人体接触引入人体特有的污染;
环境污染:有害气体的侵蚀,如SO2、HCl等。
(2)腐蚀失效
污染携带了腐蚀性离子,发展为腐蚀。腐蚀主要有3种:
有害元素(或离子)接触元器件的金属部分,直接腐蚀;
腐蚀性元素(例如Cl)与水共同作用对元器件的金属部分进行的腐蚀;
电化学腐蚀:两金属电极在电场、水、离子(可电离)的条件下,阳极金属被逐步腐蚀。

3.预防措施

针对应用环境条件(湿度、温度、工业气体密度等),选择适合的电阻材料,缓解由于环境条件引起的老化或失效,采取有效的清洗和三防措施(防潮、防雾、防霉变);
进行合理的降额设计,在寿命周期内减缓由于温升或过电应力引起的老化或失效;
选择适宜的加工工艺,避免加工环节引起的加速老化、侵蚀或机械应力损伤。

五、应用与选型

1.应用

1、分压

(1)DCDC电源输出反馈
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(2)ADC采样分压
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2、分流

经常用于大功率场景

3、限流

如果对通过的最大电流有限制,往往需要串联一个限流电阻,如LED、稳压二极管、三极管基极等限流电阻。

4、信号处理

(1)信号采样(含运放电路)
(2)RC滤波电路
RC滤波电路的功能是让一定频率范围内的信号通过,而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内,可使用滤波器有效的抑制。

5、上下拉

上拉电阻是把信号通过一个电阻接到VCC,下拉电阻是把信号接到GND

1、应用

(1)维持输入引脚处于稳定状态,芯片输入引脚有三种状态,高电平、低电平、高阻态,当引脚悬空时为高阻态,可能会引起输出震荡,例如按键检测IO。
(2)I2C总线,空闲时的状态是由上拉电阻提供,根据总线速度选择合理的阻值,标准模式选10K,快速模式选1K。
(3)提高单片机I/O口输出的驱动能力(单片机的输出接口类型通常可分为:准双向、推挽Push-Pull、开路几种方式);输出端有IOL(吸电流)和IOH(注电流)两个参数,且前者往往大于后者,设计时应选择合理的驱动方式;
Rmin>(VCC-VOL)/IOL Rmax<(VCC- VOH)/ IOH。
(4)器件使能控制引脚设置合理的上、下拉电阻,防止噪声信号的影响,提高抗干扰性能。
(5)三极管的基极设置合理的上、下拉电阻,防止噪声信号的影响,使三极管截止可靠。
(6)集电极(或漏极)开路输出电路, 上拉电阻作为电源阻抗,提供高电平;低电平直接接地,需考虑上拉电阻的功耗
(7)插拔检测

2、选择原则

(1)功耗与驱动电流角度:电阻越大,电流越小,功耗越小,驱动能力越小。应在二者之间进行权衡。
(2)通信速率角度:过大的上拉电阻可能会使信号的边沿变平缓,因为电阻与电路寄生电容形成RC低通滤波器,影响信号高频分量传输。
(3)高低电平设定角度:不同电路的高低电平的门槛电平会有不同,电阻应确保输出正确的电平。以上拉电阻为例,当输出低电平时,上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。Rmin>(VCC-VOL)/IOL Rmax<(VCC- VOH)/ IOH。

6、假负载

如果电路断电后电容没有放电回路,MCU停止工作后电容的电压就不会很快下降,这个时候再上电MCU的复位引脚不会产生复位信号,MCU不工作,所以如果有快速掉电上电的情况需要在电源处接一个假负载(如果有电源指示灯的话其实也够了),大概10K左右。

7、阻抗匹配

先科普一下,只要是不均匀变化的电信号,在电路中的传播方式都是以电磁波的形式进行的,简单解释就是变化的电场产生变化的磁场,变化的磁场产生变化的电场,形成电磁波,只要是波,水波,光波,电磁波遇到不连续的介质都会产生反射现象,在电路中我们需要保证电信号传播过程中的阻抗连续,这个过程叫做阻抗匹配。
当然并不是所有电路都需要做阻抗匹配,只有高速电路需要
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如果不是高速电路,当然也会反射,只是并不会改变原信号的波形,高速信号必须保证传输线阻抗匹配,否则信号会因反射失真。
消除反射的方法,在传输线末端的末端跨接与传输线的特性阻抗同样大小的终端电阻,使传输线的阻抗连续。由于信号在传输线上的传输是双向的,因此,在通讯传输线的另一端也跨接同样大小的终端电阻
1、发送端串联阻抗端接
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2、接收端上拉、下拉阻抗端接
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3、接收端戴维南阻抗端接
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4、接收端RC阻抗端接
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8、ESD、热插拔

当芯片的引脚引线较长,容易产生静电时,就可能会因为ESD损坏芯片,比如按键的检测IO,插针的IO,必须要串联一个电阻保护。
热插拔保护主要是用来防止CMOS芯片发生闩锁(这个原理可以自行百度一下,或者在晶体管章节进行讲解),当热插拔时,VCC上电需要一定时间,可能会出现器件引脚电压先于VCC上电,就有可能发生闩锁损坏芯片,在CPU应用中也会常常出现不同上电时序的情况,所以信号线一定要串电阻进行保护。
一般为100欧姆,信号频率高时,需要改为33欧。

9、0Ω电阻

厂家数据手册提供额定最大电流和最大电阻,一般最大电阻是50mΩ,使用的时候需要降额50%使用,比如电路最大电流为1A,则需要使用2A的0欧电阻
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1、作为跳线与兼容设计

如果PCB走线有根线被挡住了,不方便打过孔,这个时候可以放一个 0欧电阻来当跳线。如果电路设计需要有多种设计模式,可以通过焊接与不焊接0欧电阻、或者焊接别的阻值电阻设置

2、数字地与模拟地单点接地

在数字和模拟等混合电路中往往要求两个地分开,但如果不接一块就会造成浮地,存在压差,容易积累电荷造成静电,所以需要使用零欧电阻单点连接,通常也可以使用磁珠、电感连接

3、作为熔丝使用

如果电路发生短路时,电流会非常大,如果电路中有0欧电阻,则会熔断,从而将电路断开

4、解决EMC问题

零欧电阻在全频带有衰减作用

10、排阻

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排阻(Network Resistor),即网络电阻器(Wire-wound Resistor)。排阻是将若干个参数完全相同的电阻集中封装在一起,组合制成的。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。
优点:排阻具有装配方便、安装密度高等优点,
缺点:调整阻值不方便,容易硫化、连锡,所以一般尽量不用排阻

2.选型

1、功能

先确定电阻功能,是通用、精密、高压、高阻、高频、功率、可变中的哪一种。

2、厂家

优选国产厂家,如国巨(YAGEO)、光颉(VIKING)、美隆(SUP)、天二科技(EVEROHMS)、旺诠(RALEC)、风华高科(FH)等,学生需要考虑采购可行性,淘宝、立创商城出货量最多的电阻为国巨、厚声。

3、封装、功率、耐压、精度

封装、功率、耐压是互相绑定的,需要综合考虑,一般无功率、耐压要求优选0402,有功率要求时,先计算功率,再看哪种封装满足(单个电阻或并联分流),功率与耐压一定要做降额处理,一般降额70%。至于精度选1%精度就行,现在5%与1%工艺成本接近,若大量采购1%电阻成本会更低。

4、阻值

阻值选择一定要考虑归一化问题,即优选常用电阻,一般E24标准中的阻值为常用阻值,例如:1、1.2、2.4、3.3、4.7、5.1、6.8、7.5、8.2、9.1,同一块电路板中电阻尽量相同。

3.采购

1、立创商城

如下图所示,依次选择功能,厂家,封装、类型、精度、耐压、功率,阻值。立创商城优点是元器件种类丰富,有datasheet,唯一不足就是不包邮。
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2、淘宝

淘宝直接搜封装、阻值就行,淘宝优点是包邮,缺点是元器件很杂,卖家都不一定知道他是哪个厂家,也不提供datasheet。

4.设计

1、立创EDA

如下图所示,依次选择功能,厂家,封装、类型、精度、耐压、功率,阻值。
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2、AD

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5.库存管理

一定要建立属于自己的库存管理,方便查找库存数量、价格、datasheet、选型。
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