【硬件学习】贴片电阻相关知识

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  参考课程链接：【硬件工程师炼成之路】器件篇

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一、贴片电阻简介

1.1 电阻的阻值

  相信有一定硬件学习经验的朋友一定会注意到，实际应用中电阻的阻值（电容的大小）是一个离散的序列。生产厂家为了在误差允许的范围内最大节约成本，采用了优选系数的选择方法。这种选择方法在稳压二极管稳压值、螺纹规格、齿轮齿数、电台频率的选择等多个领域都有广泛应用。具体的原理性内容可以参考以下两个课程视频，仅作了解即可，博主在这里不作过多赘述。

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  电阻标准由 IEC（国际电工委员会）制定，标准文件为 IEC60063 和 EN60115-2。
  电子元器件厂商为了便于元件规格的管理和选用，同时也为了使电阻的规格不至太多，采用了统一的标准组成的元件的数值。电阻的标称阻值分为 E6、E12、E24、E48、E96、E192 六大系列，它们的误差（精度）大小如下表所示：

系列名称	E6	E12	E24	E48	E96	E192
误差（精度）	±20%	±10%	±5%	±2%	±1%	±0.5%

其中以 E24 和 E96 两个系列为最常用。“E”表示“指数间距”（Exponential Spacing），它表明了电阻阻值是由公式计算出来的。
$$R=(\sqrt[n]{10}{)}^m$$
  字母 n 指的是 E24，E96 等标准中的数值 24 和 96，m 的取值范围为 0~n-1；这样，E24 有 24 个基准值，E96 有 96 个基准值，这些基准值再乘以 10 的 x 次方，就可以得到各种各样的电阻值了。以E96为例：

1.2 电阻丝印的标称规则

  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

  三位数字精度一般为 5%，四位数字精度一般为 1%。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：$R=10\times 10^3=10$，5%精度
• 例 2：丝印为“473”，则：$R=47\times 10^3=47$，5%精度
• 例 3：丝印为“1003”，则：$R=100\times 10^3=10$，1%精度

2. 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。

3. 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 E96。
  E96 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。

1.3 贴片电阻的精度标识码

标识	T	A	B	D	F	G	K
精度	±0.01%	±0.05%	±0.1%	±0.5%	±1%	±5%	±10%

  一般场合使用 ±5%精度，有精度要求的电路使用 ±1%电阻，比如 DCDC，电流采样电路。特殊要求的根据实际情况选择更高精度的电阻。

1.4 贴片电阻的封装命名规则

  电阻封装的命名规则是根据电阻的实际尺寸（英寸）命名的。例如，0603的实际大小为 $0.06\times 0.03(inch)$，0805的实际大小为 $0.08\times 0.05(inch)$。目前一般电子产品主要用 0402，0603 封装的，要求功率高点的用 1206 的，手机或者穿戴设备会用到更小封装，比如 01005，0201 等。

二、贴片电阻应用参数

2.1 贴片贴片电阻的功率

2.1.1 电阻的额定功率

  电阻的额定功率与封装有关，一般而言，封装越大，电阻的功率就越大。但封装方式并不是功率的唯一决定因素，电阻的功率还跟电阻的工艺（薄膜还是厚膜），品牌，阻值大小等有一定关系。具体可以参考下表：

2.1.2 电阻的功率与温度的关系

  在实际应用中，需要注意电阻的实际工作温度范围。上一小节提供的额定功率是在70℃以下的温度条件时测得的，一般而言，如果温度超过 70℃，电阻的额定功率会下降。并且，R01005 和 R0201 比其它封装电阻的额定功率，随温度升高有下降得更快的趋势。
  不同电阻的工作的温度范围也不同，R01005 和 R0201 电阻的工作温度范围是-55℃-125℃，R0402 及其以上工作温度范围为：-55℃-155℃。
  如下图是贴片电阻的负荷（额定功率）百分比随温度的变化曲线：

2.2 贴片电阻的额定电压

  电阻是有额定耐压值的，不能超过额定耐压值使用。不过对于一般的单片机、通信等电路而言，电路的电压都不会超过电阻的额定电压。

1. 材质相同（厚膜）的额定电压，各品牌相差不大。
2. 材质不同，额定电压有差别，薄膜要比厚膜要低。
3. 封装越大，额定电压越高。
   

2.3 电阻的温漂特性

2.3.1 电阻温度系数 TCR

  电阻温度系数（Temperature Coefficient of Resistance，简称 TCR）表示电阻当温度改变 1 摄氏度时，电阻值的相对变化大小，单位为 ppm/℃。ppm（part per million）——百万分之几。其定义公式为：
$$TCR=\frac{R-R_a}{R_a}\cdot \frac{1}{T-T_a}\times 10^6\%$$
在上式中，$R_a$为基准温度条件下的阻值，$T_a$为基准温度（20℃），$R$为任意温度条件下的阻值，$T$为任意温度。
  一般常用电阻温度系数的范围为：$-200\sim 500ppm/℃$

2.3.2 阻值变化率

  如何求电阻的阻值变化率？以下面这个问题为例：

• 例：$100ppm/°C$ 电阻温度系数的贴片电阻器，从基准温度 $20°C$ 到 $100°C$ 时的阻値变化率是？

$$阻值变化率=\frac{(T-T_a)\cdot TCR}{10^6}\%=\frac{(100-20)\times 100}{10^6}\%=0.8\%$$
  阻值变化率—温度曲线如下图所示：

三、“0Ω”电阻

3.1 “0Ω”电阻的作用

  博主第一次接触到这个概念，感到非常奇怪：0Ω电阻看名字觉得它是一个理想的模型，因为现实中绝不存在0Ω的电阻，但是通过学习，我认为0Ω电阻实际上是一个工程应用上的概念。
  0Ω电阻又称为跨接电阻器，是一种特殊用途的电阻，0Ω电阻器并非真正的阻值为0，实际上是一个电阻值很小的电阻。正因为有阻值，也就和常规贴片电阻一样有误差精度等指标。电路板设计中两点不能用印刷电路连接，常在正面用跨线连接，这在普通板中经常看到，为了让自动贴片机和自动插件机正常工作，用零电阻代替跨线。
  使用0Ω电阻，可以在电路设计中实现以下几个功能：

• 方便测试电流
• 兼容设计，跳线
• 将模拟地和数字地分开，单点接地
• 占位（可换成其它阻值的电阻，也可换成磁珠）
• 做电路保护，充当低成本熔丝
• …

3.2 “0Ω”电阻的实际阻值

  根据电阻标准文件 EN60115-2，0Ω电阻实际最大阻值为10mΩ、20mΩ、50mΩ可选。实际查询各个厂家，普通 0Ω电阻的阻值最大可达 50mΩ。

3.3 “0Ω”电阻的过流能力

  不同厂家的 0Ω电阻过流能力并不相同：

  也存在能过超大电流的0Ω电阻，只不过这种电阻不常见，且价格昂贵。如罗姆的超大过流能力的 0Ω电阻，单个可达到 20A-60A，阻值最大只有0.5mΩ，同时价格也非常昂贵。

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