你真的了解电阻吗

news2024/9/25 3:27:49

电阻通常有下面几种表示符号。

我们用的最多的还是定值电阻。

ESP32参考设计原理图用的是折线。

GD32中参考设计原理图用的是小方框。

包括我们画原理图的时候用的基本也是小方框。

折线符号属于ANSI(美国标准)矩形符号属于DIN标准(德国工业标准),但是他们本质上没有区别的,我们看到它们能知道它们是电阻就行。

接下来看看电阻有什么用。

电阻电阻,顾名思义就是拿来“阻电”的。

根据我们初中物理学过的欧姆定律可知, I = U/R 。也就是在电压一定的情况下,电阻越大,通过的电流越小,也可以说电阻的作用就是限流。

欧姆材料也被称为线性导体,是在广泛的应用电压范围内具有恒定电阻的材料。

欧姆定律只适用于欧姆材料,对于非欧姆材料,欧姆定律就无可奈何了。就比如说二极管,二极管上加的电压为正时,电流很容易流过二极管但当二极管加的电压为负时,二极管呈现高电阻,阻止电流流过。

举个简单的小例子,在单片机有个梗就是点灯大师,意思就是我们无论学习哪款单片机,第一件要做的就是点亮个LED,在我其他单片机系列教程中,第一个教大家的也是点灯,然而我的做法是错误的,因为我点灯的时候是直接把LED接到单片机的GPIO口和高电平上的,正确的做法是需要串联一个电阻的,不然很有可能烧掉的。

那么我们应该串联一个多大的电阻呢?

如果你不知道LED的参数,那么直接接个1k的电阻就行,基本不会有什么问题。

如果知道LED的参数,那么咱可以算一下。

以上面这个LED为例。

假设电源电压为5V,LED的正向电压为3V(上面写3.0~3.2V,我们就算它是3V),正向电流是20mA,计算的方法也很简单,那就是把电源电压减去LED的正向电压,再除上LED的正向电流,这边电流20mA需要转单位为0.02A。经过计算我们可以得知需要串联的限流电阻要为100Ω。

当然了这是比较粗糙的算法,精细一点还要考虑电阻的额定功率,不过LED功率小,基本可以不用考虑这个问题。

除了我们自己计算之外,还可以使用在线工具帮我们计算,网站我贴在下面了,不过大家网上一搜也会有一大堆。

LED发光二极管限流电阻值计算器_在线工具_电子工程网LED发光二极管限流电阻值计算器。icon-default.png?t=O83Ahttps://www.eechina.com/tools/led_current_limiting_resistance.html

还有个题外话,那就是限流电阻放在哪里,是接在LED的正极好还是负极好?

理论上接在哪里都一样,因为我们知道串联电路上的电流处处相等。但是我们最好是放在正极,第一点是方便我们观察电路。第二点是如果我们把限流电阻放在了LED的负极,那么在上电的一瞬间,在电流还未到达限流电阻的时候,是等同于LED没加限流电阻的!当然电流速度很快,电路上的电流很快就会趋于稳定,但就是那一瞬间的“没电阻”的电流就有可能将LED损坏。因此我们最好是将限流电阻放在LED的正极。

电阻的阻碍作用本质上是因为电流通过导体时会与导体中的原子、分子等微观粒子发生碰撞,这种碰撞会消耗电能并转化为热能或其他形式的能量,从而阻碍电流的流动。

等等,转换为热能?这就引出电阻的第二个用途了,充当发热元件。如果你拆过家里的电吹风,就会发现里面有一堆用于发热的发热电阻丝。

这设计到我们初中物理的另外一个定理,焦耳定律,即电流通过导体时产生的热量与电流的平方、导体的电阻以及通电时间成正比W = I²Rt。

除了限流之外,我们熟知的作用还有分压。详细点就是串联电阻分压,并联电阻分流。

简单点说,如果给俩串联的电阻整上10V 的电压,且一个电阻是10Ω,另一个电阻是90Ω,因为它们电阻的比值是1:9,那么它们分到的电压也是1:9,也就是1V和9V。

在小功率电路中可以利用电阻分压的特性来给负载器件分配指定的电压,但是大功率电路就不推荐了,因为会白白让分压电阻消耗功率,而电阻消耗功率基本上就是用来发热的。

电阻也可以用来采样,采样电阻的阻值一般都很小,根据欧姆定律,R = U/I,那么我们通过采集电阻的压降就可以得知流经采样电阻的电流是多大了。

说到采样,就不得不提一下一些特殊的电阻了,常见的有光敏电阻,热敏电阻,压敏电阻(这边的压,是电压的压,我之前还以为是气压的压和压力的压),气敏电阻等。就是会随着环境的变化而改变阻值。因为阻值改变了,所以这些电阻身上的电压也会改变,我们使用单片机来对其ADC采集的时候就是采集的它们的电压。

还有一个我们经常遇到的电阻就是上拉电阻和下拉电阻,详细解释会比较麻烦,我这里就简单概括一下。上拉电阻就是给引脚接个电阻,但是电阻另一端接上高电平,这样默认情况下该引脚的状态就是高电平,也就是电平“被拉上来了”,因此这个电阻叫上拉电阻。下拉电阻也是同样的道理,只不过另一端接地。上拉下拉电阻的阻值一般在1K到100K之间,常见的阻值有4.7K。

如果我们上拉但是不加电阻,就会导致短路,如果我们下拉但是不加电阻,就会导致引脚的状态始终是低电平,因此上拉电阻和下拉电阻都是有存在的必要的。

然后我们看看怎么识别一个电阻的阻值,识别方式在下面。

贴片电阻一般就是下图右边电阻码,还算是比较好认。

色环电阻就有点复杂了,不过我们也不用记,真要识别的时候我们直接百度即可。

电阻中还有个特殊的存在,那就是0欧电阻。

这边需要先说明一下,0欧电阻并不是没有电阻,而是电阻非常小,一般来说,0欧电阻的实际阻值在50毫欧左右,在大部分情况下我们可以忽略。

0欧电阻最大的也是最常用的作用就是充当跳线使用。在PCB布局走线时,可能会遇到布线走不通的情况,特别是在线路板面积小且连线多的情况下。此时,连接一个0欧姆电阻可以跳过前面的导线,实现布线优化。

使用0欧电阻还可以在电路设计中预留调试空间,便于后续更改或适配不同配置。例如,在电路参数不确定时,可以暂用0欧电阻代替,待实际调试后再替换成具体数值的元件。并且在电路调试和测试阶段,0欧电阻可以用作测试点。通过在这些电阻两端接入测试设备,可以方便地监测和测量电路中特定点的电压、电流等参数。

在立创的ESP32R8B8开发板的原理图中就有0欧电阻的身影。这里就是把0欧电阻当拨码开关用了,用0欧电阻代替拨码开关可以有效防止用户在使用过程中误触。不过用户要是“不小心”拿出了电烙铁,“不小心”把0欧电阻给拆下来了,由“不小心”给焊其他位置了那也没办法。

0欧电阻还能在一定程度上做到信号隔离。

在数字电路和模拟电路的混合设计中,0欧电阻可以用于分隔模拟地和数字地,从而避免形成地线环路。地线环路可能会导致地电位差和共模噪声的增加,进而影响信号的完整性。通过插入0欧电阻,可以限制电流在地线环路中的流动,从而减小这些负面影响。

虽然0欧电阻的阻值极低,但在某些特定情况下,它可以被用作阻抗匹配的一部分。在高频电路中,0欧电阻的引线会表现出一定的电感特性,而其封装材料则可能表现出一定的电容特性。这些特性虽然微弱,但在某些情况下可以用来微调电路的阻抗分布,从而帮助实现阻抗匹配。但这种匹配方式通常只适用于对阻抗匹配要求不高的场景。

在实际应用中,0欧电阻很少单独用于阻抗匹配。它通常与其他元件组合使用,以共同实现阻抗的精确匹配。

0欧电阻还可以充当低成本小功率电路的“保险”,虽然PCB上走线的熔断电流较大,但0欧姆电阻的电流承受能力相对较弱。因此,在电路中发生短路过流等故障时,0欧姆电阻会先熔断,从而将电路断开,防止事故进一步扩大。这种特性使得0欧姆电阻在电路保护中具有一定的应用价值。但是在条件允许的情况下,专门的事请专门的人做,短路保护最好还是用保险丝来做。

顺带一提,保险丝的符号是下面这个。

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