电阻
- 定义
- 分类
-
- 阻值特性
- 制作材料
- 实际用途
- 电阻内部特点
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- 欧姆定律
- 高频等效模型
- 电阻指标
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- 阻值和精度
- 读数
- 额定功率和额定电压
- 温度系数
- 非线性度
- 噪声系数
- 可靠性和失效性
- 电阻选型
定义
导体对电流的阻碍被称为导体的电阻。 导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称欧姆，符号是Ω。
分类
电阻可分为固定电阻、可变电阻和特殊电阻。 根据生产材料碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、绕线电阻、无感电阻、膜电阻等 根据实际用途普通电阻、精密电阻、功率电阻、高压电阻、高频电阻、集成电阻 电阻可分为负载电阻、采样电阻、分流电阻、保护电阻 电阻可根据安装方法分为：插件电阻、贴片电阻
阻值特性
电阻器 从名称上可以清楚地知道，固定电阻的电阻值是固定的，电阻值的大小是其标称电阻值。固定电阻应用广泛，种类繁多，也是电子设计中最常用的部件之一。
可变电阻可以清楚地知道，可变电阻器是一种可以调整电阻值的电阻器，其电阻值可以在一定范围内连续变化，用于需要调整电路电流或改变电路电阻值。
可变电阻的故障率明显高于固定电阻。
从名称上可以清楚地知道，特殊电阻是一种应用于特殊场合的电阻，也称为敏感电阻。常见的特殊电阻包括热敏、光敏、压敏等电阻，对环境变化更敏感。广泛应用于检测设备
制作材料
碳膜电阻器是膜电阻器(Film Resistors)其中一种(原本是纯碳膜，后来在碳膜中加入少量硅)。采用高温真空涂层技术，将碳紧密附着在瓷棒表面形成碳膜，然后加入适当的接头进行切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护。其表面常涂绿色保护漆。碳膜的厚度决定了电阻厚度和雕刻槽来控制。碳膜电阻又称热分解碳膜电阻。碳氢化合物在真空中热分解的碳沉积在基体上的薄膜电阻。
其特点是结构简单，生产方便，成本低，价格低，精度低(一般为±5%，也有±2%但价格相对较高)，体积大；优异的长期稳定性，电压和频率的变化对电阻值影响不大，具有负温度系数；电阻范围宽，一般为2.1 Ω \Omega Ω~10 M Ω M\Omega MΩ；噪音大，不适合高精度环境，如DCDC电源分压、放大电路等
金属膜电阻器是膜电阻器(Film Resistors)其中之一。采用高温真空涂层技术，将镍铬或类似合金紧密附着在瓷棒表面形成皮膜，切割调试电阻值，达到最终要求的精密电阻值，然后加入适当的接头进行切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护。
其特点是体积小（约为碳膜电阻的一半）；温度系数、电压系数、噪声小，工作频率宽，适用于高频电路；广泛应用于家用电器、无线电通信设备、精密电子仪器；但膜薄，脉冲负荷稳定性差；生产低电阻困难，现用化学沉积金属膜替代；电阻范围宽，一般为1 Ω \Omega Ω~10 M Ω M\Omega MΩ。
金属膜和金属氧化膜的电阻在外观上无法区分，表面涂层可以用刀刮开。碳膜电阻刮开后，柱体呈黑色和金色。金属氧化膜电阻刮开后，柱体呈棕色，比碳膜颜色浅，有金属光泽！
金属氧化膜是用金属盐溶液喷洒在热陶瓷骨架上分解沉积形成的。其形状类似于金属膜的电阻。与金属膜相比，它具有良好的抗氧化性和良好的脉冲过载性能，但其电阻范围小，温度系数大。金属氧化膜电阻的电阻范围为1 Ω \Omega Ω~200 k Ω k\Omega kΩ，该电阻器由热玻璃或陶瓷表面的水解金属盐溶液（如四氯化锡和三氯化锑）分解沉积而成。电阻的性能因制造条件而异；电阻率低，小功率电阻不超过100千欧元，应用范围有限，但可作为补充金属膜电阻的低电阻部分。
优点：本身即是氧化物，化学稳定性好；耐热冲击；硬度大，耐磨；同一阻值下，氧化膜比金属膜或碳膜厚得多，因而氧化膜电阻器稳定性较好，易获得比较低的阻值。
缺点：在潮湿空气和直流负荷下，陶瓷基体中含有碱金属离子的金属氧化膜发生电解，导致膜腐蚀，长期稳定性差。此外，大多数氧化膜属于半导体，在金属导线帽接触时会产生较大的接触电阻。
绕线电阻器由镍铬线或锰铜线和康铜线绕绝缘骨架制成，分为固定式和可调试式。绝缘骨架由陶瓷、塑料、涂有绝缘层的金属等材料制成。
绕线电阻器具有电阻精度高、噪音低、稳定可靠、环境温度170的特点℃它仍然可以正常工作。但体积大，阻值低，多为100k Ω k\Omega kΩ以下。另外，由于结构上的原因，其分布电容和电感系数都比较大，不能在高频电路中使用。这类电阻通常在大功率电路中作降压或负载等用。
通常在精密仪表，电子设备等交直流电路的分压、降压、分流及负载电阻使用。无感绕线电阻可用于中高频电路。
无感即是无感值的意思，当然这里的无，是指电阻上的感抗值非常小了，可以忽略不计，一般不能说是彻底没有。一些精密的仪器仪表设备，电子工业设备常常需要用到此类无感电阻，因为普通具有高感抗的电阻在使用中容易产生震荡，损坏回路中的其他器件。
无感电阻本身的电感值很小(仅为几微亨)，频率响应特性优异，除可广泛用于交、直流电路外，还适用于中、高频电路中，（在高中频感应加热设备中防止寄生振荡）；伏安特性为线性，电气性能稳定、耐高压，有良好的绝缘性能；过载能力强，特别适用于间歇式供电和脉冲大电流的电路；电阻温度特性良好，适用温度范围较宽；机械强度高，可耐冷、热冲击。无感电阻常用于做负载，用于吸收产品使用过程中产生的不需要的电量，或起到缓冲，制动的作用，此类电阻常称为制动电阻，负载电阻。
薄膜电阻器是用类蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成，一般这类电阻常用的绝缘材料是陶瓷基板。
因为金属量少，薄膜电阻在湿润的条件下极易自蚀。浸入封装过程中，水蒸汽会带入杂质，产生的化学腐蚀会在低压直流使用几小时内形成薄膜电阻开路。因为较薄的堆积层更简单氧化，因而高阻值薄膜电阻退化率十分高。
薄膜电阻由陶瓷基片上厚度为50 A 至250 A 的金属堆积层组成 （选用真空或溅射技术）。薄膜电阻单位面积阻值高于线绕电阻或 Bulk Metal 金属箔电阻，并且更为廉价。在需要高阻值而精度需求为中等水平时，薄膜电阻更为经济并节省空间。
实际用途
| 电阻类型 | 指标 | 应用/限制条件 |
|---|---|---|
| 普通电阻 | 阻值范围 ： 0 0 0 ∼ \sim ∼ 200 M Ω 200M\Omega 200MΩ；精度： ± 5 ±5 ±5% ∼ \sim ∼ ± 20 ~±20 ±20% | 用于要求一般；成本控制条件 |
| 精密电阻 | 功率范围： < 2 W <2W <2W；阻值范围 ：0 ∼ \sim ∼ 200 M Ω 200M\Omega 200MΩ；精度： ± 0.001 ±0.001 ±0.001% ∼ \sim ∼ ± 2 ~±2 ±2% | 稳定性强；适用于精密放大电路以及高要求电路等 |
| 功率电阻 | 功率范围： 2 W 2W 2W ∼ \sim ∼ 200 W 200W 200W；阻值范围 ： 0.15 0.15 0.15 ∼ \sim ∼ 1 M Ω 1M\Omega 1MΩ；精度： ± 5 ±5 ±5% ∼ \sim ∼ ± 20 ~±20 ±20% | 绕线电阻为主，不适用于高频；适用于大功率磁场恶劣的使用环境 |
| 高压电阻 | 耐压值范围： 1 1 1 ∼ \sim ∼ 100 k V ， m a x = 35 G V 100kV，max=35GV 100kV，max=35GV； 功率范围： 0.5 W 0.5W 0.5W ∼ \sim ∼ 100 W 100W 100W | 用于高压装置 |
| 高阻电阻 | 阻值范围 ： 10 M Ω 10M\Omega 10MΩ ∼ \sim ∼ 1 0 14 Ω 10^{14}\Omega 1014Ω | ----- |
| 高频电阻/无感电阻 | 电感量极小；阻值范围 ： < 1 k Ω <1k\Omega <1kΩ；功率范围： m a x = 100 W max=100W max=100W | 频率 100 M H z 100MHz 100MHz以上电路 |
| 集成电阻 | 多电阻集成在一起；体积小 | 多用于小型化电子仪器中，做统一的上拉电阻或阻抗匹配 |
电阻内部特点
欧姆定律
我们知道电阻在电路中的计算公式。电阻的大小与导体的长度、横截面积、材料以及温度有关 R = U / I R = U/I R=U/I 其中 U U U为加在电阻两端的电压， I I I为通过电阻的电流。 而电阻的决定公式为： R = ρ L / S R = \rho L/S R=ρL/S 其中 ρ \rho ρ为电阻率，由材料本身决定； L L L为导体的长度， S S S为导体的横截面积
高频等效模型
对电阻来说，理想情况下阻抗等于本身的阻值；低频时接近于理想情况；中频和高频时可能表现出来电感电容存在的情况。高频时电阻就不是传统意义上一个简单的电阻了。
电阻的高频等效模型：由电阻、电感、电容三部分构成。 
注：图片来源于网络
图中两边的 L L L为两个金属引脚的电感；电容 C a C_a Ca为电阻内部的寄生电容； C b C_b Cb为两个金属引脚间的寄生电容。（如果时贴片电阻，由于其引脚较小，可以忽略）
(引线长度为1/4英寸的)碳质电阻的典型串联电感为14nH，并联电容为1-2pF。 Z = 1 j ω C b / / ( j ω L 1 + j ω L 2 + 1 j ω C a / / R ) Z = \frac1{j \omega C_b}//(j \omega L_1+j \omega L_2+\frac1{j \omega C_a}//R) Z=jωCb1//(jωL1+jωL2+jωCa1//R)
下图描绘了电阻的阻抗与频率的关系，正像看到的那样，低频时电阻的阻抗是R，然而当频率升高并超过一定值时，寄生电容的影响成为主要的，它引起电阻阻抗的下降。当频率继续升高时，由于引线电感的影响，总的阻抗上升，引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。 注：图片来源于网络
在较低频率时，图中的曲线是水平直线，也就是纯电阻。但随着频率的增加，并联电容将占主导地位。电阻现在变成了电容，这时阻抗开始下降，转折点的频率为： 1 2 π R C \frac1{2 \pi RC} 2πRC1 在曲线下降为最低点时，也就是容性电抗等于感性电抗的点，在这个短暂的瞬间，阻抗再一次变为纯电阻，但是此时的阻值要小得多。在这个点之后，串联的引线电感占主导地位，电阻变成了电感，阻抗也随之增大，串联谐振就发生在这个转折点，其频率为： 1 2 π L C \frac1{2 \pi \sqrt{LC}} 2πLC 1
电阻指标
阻值和精度
阻值的确定是在设计电路时候必不可少的一步，然而实际计算出来的阻值可能在现实中并不存在。假设计算出电阻需要110 Ω \Omega Ω，但是实际中只有100 Ω \Omega Ω，那么在一些情况下可以使用100 Ω \Omega Ω 10%的电阻。（电阻不能随意替换，需要具体情况具体分析）。
好奇的朋友可以查一下美国电子工业协会(Electronic Industries Association)定义的标准电阻值系统。包括几个系列的精度值的电阻值，分别为E3 E6 E12 E24 E48 E96 E192
| 标称 | E3 | E6 | E12 | E24 | E48 | E96 | E192 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 精度 | ±50%（不再使用） | ±20%（很少使用） | ±10% | ±5% | ±2% | ±1% | ±0.5% ，±0.2%，±0.1% |
E24的值比如120 Ω \Omega Ω的电阻，在E96中并没有，但是这并不意味为120 Ω \Omega Ω的电阻只有5%精度的而没有1%精度的，淘宝上很容易买到120 Ω \Omega Ω 1%的电阻。
读数
电阻读数分为两种方法，一种为色环电阻读数方法，另一种为直接读数方法
色环电阻也就是常见的直插电阻，根据色环的数量一般分为四色环和五色环。但是实际中色环的颜色都不标准，所以这种方法做个了解就好。如果有人直接看色环就能准确的读出数据，那就直接拜师吧，哈哈。
三色环中前两位都是有效位，第三位是倍率；四位环前两位是有效位，第三位是倍率，最后一位是误差位；五色环前三位为有效位，第四位为倍率，最后一位为误差位。 注：图片来源于网络
这种方法适用于贴片电阻，贴片电阻表面都有数字丝印，搞清楚数字的含义，就能容易的读出电阻的阻值和精度。
贴片电阻阻值误差精度有±1％、±2％、±5％、±10％精度，常规用的最多的是±1％和±5％，5%精度的用三位数字来表示，而1%精度的用四位数字来表示。举例如下：
| 标注 | 算法 | 数值 | 精度 |
|---|---|---|---|
| 100 | 100=10*10^0=10 Ω \Omega Ω | 10 Ω \Omega Ω | ±5％ |
| 103 | 103=10*10^3=10000 Ω \Omega Ω=10 k Ω k\Omega kΩ | 10 k Ω k\Omega kΩ | ±5％ |
| 206 | 206=20*10^6=20000000 Ω \Omega Ω=20 M Ω M\Omega MΩ | 20 M Ω M\Omega MΩ | ±5％ |
| R47 | 丝印带R表示带有小数的电阻，R所在的位置就是小数点的位置 | 0.47 Ω \Omega Ω | ±5％ |
| R047 | 丝印带R表示带有小数的电阻，R所在的位置就是小数点的位置 | 0.047 Ω \Omega Ω | ±5％ |
| 1R2 | 丝印带R表示带有小数的电阻，R所在的位置就是小数点的位置 | 1.2 Ω \Omega Ω | ±5％ |
| 1502 | 1502=150*10^2=15000 Ω \Omega Ω=15 k Ω k\Omega kΩ | 15 k Ω k\Omega kΩ | ±1％ |
| 1500 | 1500=150*10^0=150 Ω \Omega Ω=150 Ω \Omega Ω | 150 Ω \Omega Ω | ±1％ |
| 75R0 | 丝印带R表示带有小数的电阻，R所在的位置就是小数点的位置 | 75 Ω \Omega Ω | ±1％ |
注：贴片电阻表面上数字代码带有三位数则表示阻值精度为5%，四位数则表示阻值精度为1%
额定功率与额定电压
电阻的额定功率就是在正常气候的条件下（一般为标准大气压、70℃环境温度、静止空气中，又称为额定环境条件），电阻长时间连续安全工作所允许耗散的功率值。 P = U I = I 2 R = U 2 R P=UI=I^2R=\frac {U^2}{R} P=UI=I2R=RU2 电阻实际功率长时间大于额定功率那是一定会烧坏的，这就要求我们在使用电阻的时候“降额使用”，一般降低50% ∼ \sim ∼ 60%左右。
如果电阻的电阻耐冲击能力足够的话，在开关电路中，电容和电感会对电阻产生一个瞬间的冲击，在这个冲击的瞬间，电阻的功率有可能很大，但是不会烧坏电阻。也就是说瞬时功率大于额定功率不会烧坏电阻。具体的耐冲击能力的大小需要自行查看数据手册。
同额定功率一样，额定电压是指电阻长时间连续安全工作所允许的电压值。使用时也需要注意耐冲击电压。
需要注意的是：电阻降额需要同时满足功率、电压和温度的降额要求。
温度系数
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，单位为ppm/℃。有负温度系数（Negative Temperature,Coefficient，NTC）、正温度系数（Positive Temperature,Coefficient，PTC）及在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度系数。
当为金属时，温度越高电阻越大。金属导电是因为其内部有自由运动的电子（无规则）。当温度上升时，这些电子会加剧地来回振动，以致于阻碍电流。
非金属物质（部分半导体）温度越高电阻越小。原因：当温度上升时，其内部电子运动加剧（但不会来回振动），进而可以运载电荷。如金属的电阻总是随温度的升高而增大，这是因为当温度升高时，金属中分子热运动加剧的结果。
当导体电阻为1Ω时，温度变化1℃，其电阻变化的数值称为电阻温度系数。康铜、锰铜的电阻温度系数很小，它的电阻几乎不受温度影响，所以常用来制造标准电阻或变阻器。有的物质（如电解液）当温度升高时，由于正、负离子运动加快，电阻反而减小，其电阻温度系数则为负值。 t 1 t1 t1-----绕组温度 T T T------电阻温度常数(铜线取235，铝线取225) t 2 t2 t2-----换算温度(75 °C或15 °C) R 1 R1