如何在电路设计中选择电阻？
2025/02/26
电阻器是电子产品中常用的元件之一。基本上，只要是电子产品，内部就会有电阻器。电阻器可以用作电路中的分压器、分流器和负载电阻；它们可以与电容器一起形成滤波器和延迟电路；它们在电源电路或控制电路中用作采样电阻；它们在半导体管电路中用作偏置电阻，以确定工作点；具有特殊性能的电阻器，如压敏电阻和热敏电阻，用于防止浪涌电压、抑制冲击电流和实现过温保护等。电阻器是常见的元件，也是电路中不可或缺的元件。选择和使用电阻器的好坏对产品的稳定运行和可靠性至关重要。
电阻器的种类很多。常用的电阻器包括碳膜电阻器、水泥电阻器、金属膜电阻器和绕线电阻器；特殊电阻器包括压敏电阻、热敏电阻和光敏电阻。不同类型的电阻器在其特性参数上有一定的差异，使用时需要考虑的要点也不同。对于刚接触电路设计的工程师来说，很可能会忽视电阻器的一些特殊参数，导致产品的稳定性和可靠性得不到保证。只有正确理解电阻器的各种参数及选择时的注意事项，充分了解电阻器在电路中的真实作用，才能从底层基本电路设计上保证产品的质量。
1 电阻器的基本参数：
刚接触硬件电路设计的工程师可能会有这样的印象：电阻器在物理书中被描述为导体对电流的阻力，称为电阻，用符号R表示，单位为欧姆、千欧姆和兆欧姆，分别用Ω、KΩ和MΩ表示。主要关注的参数有1）标称电阻：电阻器上标示的电阻；2）允许误差：标称电阻与实际电阻之间的差异百分比与标称电阻的比值称为电阻偏差，表示电阻器的精度。在电路设计中，仅关注这两个参数是不够的。还有两个其他重要参数必须在设计中认真对待：额定功率和耐压值。这两个参数对整个系统的可靠性有很大影响。
如果电路中流过电阻器的电流为100mA，电阻为100Ω，则电阻器上的功耗为1W。选择常用的贴片电阻器，如0805或1206封装是不合适的，因为电阻器的额定功率较小会导致问题。因此，所选电阻器的额定功率必须高于1W（电路设计中所选电阻器的功率裕度一般超过2倍），否则电阻器消耗的功率会导致电阻器过热和失效。
同样，如果耐压值选择不当，系统设计将因电阻器的击穿而失败。例如：在AC-DC开关电源模块的输入前端设计中，根据安全规范GB4943.1标准的要求，在插头或连接器断开后，输入端L和N上的保持电压在1S内衰减到初始值的37%。因此，在设计中，通常使用一个或两个MΩ级的阻抗电阻并联进行能量放电，输入端是高压，即电阻器的两端必须承受高压。当电阻器的阻值较低且输入端为高压时，会发生失效。以下表1是常见SMT厚膜电阻器的参数。在最终选择时，必须与所选器件的制造商进行验证。
2 电阻器在电路中的作用：
2.1 基本作用：
电子工程师已经了解电阻器的基本作用，即它们在电路中用作分压器、分流器和负载电阻；它们可以与电容器一起形成滤波器和延迟电路，并在电源电路或控制电路中用作采样电阻；它们在半导体管电路中用作偏置电阻，以确定工作点等。对于这些作用，电路中有很多应用，它们也非常重要，因此我不会过多描述。以下主要介绍0Ω电阻器和特殊电阻器在电子电路设计中的作用及使用注意事项。
2.2 0欧姆电阻器在电路中的作用：
我相信许多新电工在查看一些前辈设计的电子产品时，常常会看到电路中的0Ω电阻器。为什么要设计这样的电阻器？在图纸上直接连接一根线不是更好吗？为什么要添加不必要的细节？通过搜索和整理信息，关键点如下：
1）模拟地和数字地的单点接地
只要是接地，就必须连接在一起，然后进入大地。如果它们没有连接在一起，就是“浮地”，会有电压差，容易积累电荷并导致静电。地是参考0电位，所有电压都是以地为参考获得的，地标准必须一致，因此各种地应短路在一起。人们相信大地可以吸收所有电荷并始终保持稳定，它是最终的接地参考点。虽然有些电路板没有接地，但电厂是接地的，电路板上的电力最终会返回电厂并进入大地。如果模拟地和数字地直接大面积连接，会导致相互干扰。不短路是不合适的，解决这个问题有四种方法：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制器，仅对某一频率点的噪声具有显著抑制效果。使用时，需要提前估计噪声频率，以选择合适的型号。对于频率不确定或不可预测的情况，磁珠不适合；电容器阻挡直流电并通过交流电，导致浮地；电感器体积大，寄生参数多且不稳定；0欧姆电阻器相当于非常窄的电流路径，可以有效限制环路电流并抑制噪声。电阻器在所有频带上都有衰减效果（0欧姆电阻器也有阻抗），其效果强于磁珠。
2）在跳线时用于电流环路
当接地平面被分割时，信号的短回路被打断。此时，信号环路不得不绕道而行，形成较大的环路面积，电场和磁场的影响变得更强，容易干扰/被干扰。在分割区域跳接一个0欧姆电阻器可以提供更短的回路路径，减少干扰。
3）配置电路
一般来说，产品上不应出现跳线和拨码开关。有时用户会随意更改设置，这容易导致误解。为了降低维护成本，应使用0欧姆电阻器代替跳线，并焊接在电路板上。空跳线在高频下相当于天线，贴片电阻器是有效的。
4）其他用途
在接线期间进行跨线调试/测试时：在开始设计时，需要一个电阻器进行调试，但具体值尚无法确定。添加这样的设备后，未来调试电路会更方便。如果调试结果不需要添加电阻器，则添加一个0欧姆电阻器。暂时将其他SMD设备替换为温度补偿设备，更多是为了满足EMC对策的需要。此外，0欧姆电阻器的寄生电感小于通孔的寄生电感，而通孔也会影响接地平面（因为通孔需要挖掘）。
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