電阻器是印刷電路板 (PCB) 中使用的最基本元件之一。它們是阻止電路中電流流動(dòng)的無(wú)源器件。PCB 電阻器可以控制、劃分、穩(wěn)定、連接電路等。它們具有各種電阻值、尺寸、額定功率和容差，以滿足不同的電路要求。?

電阻值（以歐姆為單位測(cè)量）表示對(duì)電流的抵抗力。電阻器遵守歐姆定律，該定律規(guī)定：

V = 紅外

其中 V 是以伏特為單位的電壓，I 是以安培為單位的電流，R 是以歐姆為單位的電阻

因此，對(duì)于給定的電壓，較高的電阻會(huì)導(dǎo)致較小的電流。電阻器將電能轉(zhuǎn)化為熱量，并且必須將其消散。它們是純粹的無(wú)源器件，不能放大或增加功率。

為什么在 PCB 中使用電阻器？?

以下是電阻器在PCB電路中的一些主要應(yīng)用：

電流限制——電阻器通過(guò)限制精密 LED、集成電路和其他組件的電流來(lái)防止損壞。

分壓——串聯(lián)電阻形成分壓器，以從電源獲得較低的電壓。

上拉/下拉 –與數(shù)字邏輯電路一起使用，以確保在未驅(qū)動(dòng)輸入時(shí)有已知的邏輯電壓電平。

偏置——為晶體管放大器和其他模擬電路提供適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷夯螂娏鳌?/p>

反饋——對(duì)于運(yùn)算放大器、ADC、DAC 和其他模擬電路控制增益和響應(yīng)至關(guān)重要。

脈沖整形——與電容器結(jié)合形成用于脈沖生成的 RC 定時(shí)電路。

ESD 保護(hù) –防止靜電放電損壞。

加熱器 –線繞功率電阻器將電能轉(zhuǎn)化為熱量。

總之，電阻器可以調(diào)節(jié)、穩(wěn)定和保護(hù)電子電路。如果沒(méi)有它們，現(xiàn)代 PCB 將無(wú)法正常工作。

PCB 電阻器的類(lèi)型

有多種電阻器類(lèi)型可供選擇，以滿足不同的應(yīng)用。它們可以根據(jù)結(jié)構(gòu)、材料成分、尺寸和其他因素進(jìn)行分類(lèi)。

以下是一些最常見(jiàn)的 PCB 電阻器類(lèi)型：

碳質(zhì)電阻器

碳成分電阻器是最古老的電阻器類(lèi)型。它們由陶瓷和碳顆粒的實(shí)心圓柱形棒制成。碳質(zhì)電阻器的主要特性：

成本低，但由于溫度影響，耐受性較差（±10%）

用于精度要求不高的地方

提供 1/4 至 2 瓦額定功率

商業(yè)級(jí)穩(wěn)定性

與其他類(lèi)型相比噪音較大

容易出現(xiàn)電壓系數(shù)問(wèn)題

碳膜電阻器

碳膜電阻器在陶瓷棒上有一層薄薄的碳沉積膜。它們表現(xiàn)出比碳成分更好的性能：

提高容差 (±5%) 和穩(wěn)定性

低溫電阻系數(shù)

提供 1/8 至 1 瓦額定功率

極低的電感和電容

低噪音運(yùn)行

更好地承受電壓浪涌

金屬膜電阻器

為了獲得更好的精度和穩(wěn)定性，使用金屬膜電阻。它們是通過(guò)在陶瓷基板上沉積一層薄薄的鎳鉻或氧化錫薄膜而制成的。金屬膜電阻器的主要特點(diǎn)：

更好的容差 (±1%) 和溫度穩(wěn)定性

比碳組合物和碳膜噪音更低

額定功率范圍為 1/10 瓦至 1 瓦

能夠處理更高的峰值電壓

電壓系數(shù)低，穩(wěn)定性好

金屬氧化膜電阻器

金屬氧化膜電阻器不使用金屬膜，而是使用氧化錫等金屬氧化物材料。這提供了進(jìn)一步的改進(jìn)：

出色的容差低至 ±0.5%

隨著時(shí)間和溫度的變化極其穩(wěn)定

低熱電動(dòng)勢(shì)，降低噪音

高頻能力高達(dá) GHz 范圍

高可靠性和脈沖處理能力

應(yīng)用于高精度測(cè)試設(shè)備

線繞電阻器

線繞電阻器通過(guò)將電阻絲纏繞在陶瓷芯上來(lái)獲得電阻。主要特征包括：

高功率處理能力，高達(dá) 100 瓦或更高

可實(shí)現(xiàn)淺電阻值

電感性，不適合高頻使用

商業(yè)公差約為±5%

通常封裝在鋁殼或陶瓷外殼中

在沖擊/振動(dòng)下容易產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)

箔電阻器

對(duì)于低于 1 歐姆的淺電阻值，使用箔電阻。它們由粘合到陶瓷基板上的金屬合金薄箔組成。

特點(diǎn)包括：

電阻值低至毫歐

提供 ±0.005% 公差的高精度

低 TCR，穩(wěn)定性極佳

高載流能力

全焊接結(jié)構(gòu)，無(wú)螺旋線

常見(jiàn)于航空航天應(yīng)用

陶瓷電阻器

陶瓷成分電阻器由熔合到陶瓷體上的氧化釕釉層制成。它們提供卓越的性能：

極其嚴(yán)格的公差低至 ±0.02%

超低溫度系數(shù)

隨著時(shí)間的推移和環(huán)境壓力的高穩(wěn)定性

承受反復(fù)的熱沖擊而不漂移

用于高可靠性航空航天和軍事應(yīng)用

熔斷電阻器

可熔功率電阻器包含一個(gè)內(nèi)置熔斷線，在電流過(guò)大時(shí)會(huì)燒斷。在正常情況下，它們的行為與任何其他固定電阻器一樣?？扇垭娮杵鞯闹饕匦园ǎ?/p>

為電路提供過(guò)載保護(hù)

額定功率為 1 至 5 瓦

保險(xiǎn)絲在主電阻體過(guò)熱之前安全斷開(kāi)

可通過(guò)更換保險(xiǎn)絲手動(dòng)復(fù)位

常用于電源、配電電路

微調(diào)電阻器

微調(diào)電阻器具有通過(guò)機(jī)械方式（螺釘或滑動(dòng)觸點(diǎn)）獲得的可調(diào)電阻值。這允許在電路校準(zhǔn)和測(cè)試期間“微調(diào)”電阻。

微調(diào)電阻器的特性：

在有限范圍內(nèi)可變，通常為 20-30%

使用螺絲刀或小型調(diào)節(jié)工具設(shè)置為精確值

密封結(jié)構(gòu)可防止環(huán)境污染

提供通孔和SMD封裝

廣泛應(yīng)用于模擬或精密電路微調(diào)

熱敏電阻

熱敏電阻是采用具有顯著電阻溫度系數(shù)的半導(dǎo)體材料的電阻器。這意味著它們的電阻值隨溫度變化而變化很大。

熱敏電阻特性：

用于溫度測(cè)量、補(bǔ)償和控制

NTC 類(lèi)型的電阻會(huì)隨著溫度升高而降低

PTC 類(lèi)型隨著溫度升高而增加電阻

響應(yīng)時(shí)間從秒到分鐘不等

電阻與溫度的關(guān)系是高度非線性的

壓敏電阻

壓敏電阻是由特殊配方的金屬氧化物材料制成的電壓相關(guān)電阻器。

它們的基本功能是瞬態(tài)電壓抑制：

電阻隨施加電壓急劇下降

吸收并限制 ESD 或浪涌期間的瞬態(tài)電壓尖峰

用于保護(hù)敏感電子設(shè)備免受損壞

交流或直流電路的雙向操作

由焦耳額定值指定的能量處理能力

響應(yīng)時(shí)間（納秒）

光敏電阻

光敏電阻器，也稱為光敏電阻器 (?LDR?)，其電阻在暴露于光線時(shí)會(huì)減小。它們由硒化鎘或硫化鎘等半導(dǎo)體材料制成。主要特征：

在黑暗和光照條件下，電阻可能會(huì)發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化

對(duì)可見(jiàn)光和紅外波長(zhǎng)具有出色的靈敏度

用于使用光傳感和激活的電子產(chǎn)品

響應(yīng)時(shí)間慢使得它們不適合快速光信號(hào)

包裝必須允許光照射到感光區(qū)域

磁電阻

磁電阻器是由電阻隨磁場(chǎng)變化的材料制成的電阻器。一些類(lèi)型包括：

使用鎳鐵薄膜的坡莫合金磁電阻

砷化鎵鎂半導(dǎo)體

巨磁阻多層器件

利用磁性隧道結(jié)的隧道磁電阻

磁電阻器的有用特性包括：

檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向

提供與感測(cè)介質(zhì)的電氣隔離

堅(jiān)固耐用，可在寬溫度范圍內(nèi)運(yùn)行

用于磁場(chǎng)傳感器、電流傳感器、隔離器

對(duì)微小的磁性變化表現(xiàn)出高靈敏度

貼片電阻

表面貼裝器件 (SMD) 電阻器專(zhuān)為表面貼裝 PCB 組件而不是通孔安裝而設(shè)計(jì)。它們要小得多，并且允許電路板上的元件密度非常高。?

貼片電阻的一些特點(diǎn)：

矩形、方形或橢圓形陶瓷體，底部有端子

端子為厚膜、焊料涂層鎳帶

標(biāo)有數(shù)字電阻代碼而不是色帶

電阻范圍通常為 10 ohm 至 22 Mohm

額定功率從 0.05 瓦到 1 瓦

公差低至±0.1%

以英制 (01005) 或公制 (0402) 代碼指定的尺寸

SMD 電阻器的微小尺寸使得能夠?qū)⒏嘣惭b到越來(lái)越小的 PCB 中。與通孔電阻器相比，自動(dòng)化組裝和節(jié)省成本是額外的優(yōu)勢(shì)。

電阻器標(biāo)記代碼

通過(guò)顏色代碼查找電阻

由于電阻器很小，因此必須使用色帶、字母數(shù)字代碼或直接印在電阻體上的其他標(biāo)記來(lái)指示其電阻值和公差。

色帶

自 20 年代以來(lái)，色環(huán)系統(tǒng)一直被用來(lái)表示電阻值。

三環(huán)電阻器有兩個(gè)重要的數(shù)值電阻色環(huán)和第三個(gè)乘數(shù)環(huán)

四環(huán)電阻器添加了第四個(gè)容差色環(huán)以實(shí)現(xiàn)更高的精度

還存在五環(huán)和六環(huán)電阻器以滿足高穩(wěn)定性要求

SMD 標(biāo)記代碼

由于尺寸較小，SMD 電阻器使用緊湊的數(shù)字電阻和乘數(shù)代碼而不是色環(huán)。

一些典型的方案是：

三位數(shù)代碼 – 前兩位數(shù)字表示電阻，第三位數(shù)字表示乘數(shù)

四位數(shù)字代碼 – 前三位數(shù)字為電阻，第四位數(shù)字為乘數(shù)

EIA-96系統(tǒng) – 2位數(shù)字電阻，字母表示乘數(shù)

因此 472 等于 47 x 100 = 4.7KΩ。15R2 = 15 x 0.01 = 150 歐姆。

電阻層的激光微調(diào)也用于實(shí)現(xiàn)非常嚴(yán)格的公差 SMD 電阻值。

如何選擇合適的電阻器

為特定 PCB 應(yīng)用選擇合適的電阻器需要考慮幾個(gè)重要因素：

電阻值

最佳電阻取決于電路設(shè)計(jì)要求，并使用歐姆定律計(jì)算。通常選擇標(biāo)準(zhǔn) EIA 十年值。

寬容

容差表示電阻器標(biāo)稱值的準(zhǔn)確度?！?% 或更好的更嚴(yán)格容差用于精密電路。對(duì)于非關(guān)鍵應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可以接受約 ±5% 或 ±10% 的較大公差，以降低成本。

額定功率

額定功率必須超過(guò)電阻器的最大預(yù)期功耗。額定功率取決于物理尺寸。1/4 瓦（或 250mW）可以處理大多數(shù)低功率電路。電源或加熱器可能需要更高的瓦數(shù)。

溫度系數(shù)

每度溫度變化的固有電阻變化。較低的系數(shù)可在精密電路中提供更好的穩(wěn)定性。還必須考慮最高工作溫度。

額定電壓

必須超過(guò)電阻器兩端的最大壓降，并留有安全余量。電源和其他高壓應(yīng)用需要更高的額定電壓。

尺寸

物理尺寸可以決定 SMD 與通孔形式。高度限制可能適用于密集板。大功率電阻比小功率電阻大。

噪音

高增益模擬電路和射頻/數(shù)據(jù)傳輸線應(yīng)使用低噪聲薄膜電阻。線繞線圈具有一定的電感，會(huì)產(chǎn)生噪聲。

響應(yīng)時(shí)間

為定時(shí)電路、脈沖操作和高頻應(yīng)用選擇具有適當(dāng)瞬態(tài)響應(yīng)的電阻器。

考慮到這些因素，可以選擇最佳的 PCB 電阻器類(lèi)型和規(guī)格。

PCB 電阻器應(yīng)用

電阻符號(hào)

電阻器在各種印刷電路板應(yīng)用中無(wú)處不在，包括：

分壓器

兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接在電壓源上的電阻器形成一個(gè)簡(jiǎn)單但有用的分壓器電路。這會(huì)從較高的電源電壓生成較低的電壓抽頭。?

分壓器用于電源、晶體管放大器的偏置網(wǎng)絡(luò)、ADC 接口以及許多其他需要一小部分電壓軌的地方。仔細(xì)選擇合適的電阻值可以獲得所需的分壓比。

限流

將電阻器與 LED、集成電路和其他精密電子元件串聯(lián)可以限制流過(guò)它們的電流。電阻值經(jīng)過(guò)計(jì)算，可將多余的電壓降低到超出設(shè)備所需的電壓。它可以防止浪涌電流、過(guò)載或短路造成的損壞。

上拉/下拉

上拉和下拉電阻器連接在集成電路邏輯輸出和正或負(fù)電源軌（地）之間。當(dāng) IC 輸出為高電平時(shí)，它可確保已知的邏輯電壓電平。

上拉/下拉電阻提供了定義的默認(rèn)條件，可防止邏輯錯(cuò)誤和誤觸發(fā)。它們對(duì)于所有數(shù)字邏輯系列的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

偏置網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)電阻器提供適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷夯螂娏魉?，允許晶體管放大器和運(yùn)算放大器等模擬集成電路在其線性區(qū)域運(yùn)行。偏置電阻有助于將這些有源器件穩(wěn)定在最佳靜態(tài)條件下，以滿足電路設(shè)計(jì)要求。

反饋電路

電阻器是運(yùn)算放大器、ADC、DAC 和其他模擬電路的反饋環(huán)路中不可或缺的組件。它們根據(jù)預(yù)期功能控制增益、頻率響應(yīng)、穩(wěn)定性和輸出阻抗。

定時(shí)電路

將電阻器與電容器組合形成 RC 定時(shí)電路，可生成已知的時(shí)間常數(shù)。它們用于振蕩器、定時(shí)器、脈沖發(fā)生器和其他需要延遲、波形整形或頻率控制的電路。

終止

電阻器通常用于端接RF、視頻、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、USB等信號(hào)的傳輸線和布線。端接電阻器與線路阻抗相匹配，以最大限度地減少信號(hào)反射。它允許最大功率傳輸，以提高信號(hào)完整性。

浪涌保護(hù)

壓敏電阻和熔斷電阻有助于保護(hù)精密半導(dǎo)體器件免受高壓瞬變的影響。它們會(huì)鉗位或吸收危險(xiǎn)的電壓尖峰，以免損壞 IC、芯片和其他組件。電阻器還有助于限制靜電放電 (ESD) 事件期間的電流。

溫度補(bǔ)償

熱敏電阻測(cè)量溫度變化并適當(dāng)改變其電阻，以補(bǔ)償由熱效應(yīng)引起的其他組件的變化。這保持了電路的穩(wěn)定性和性能。

電壓調(diào)節(jié)

電阻器與齊納二極管、晶體管和其他有源元件結(jié)合使用，有助于構(gòu)建穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓器電路。這些電阻器可實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出電壓、限制電流并耗散電源的多余功率。

過(guò)濾

電阻器與電容器組合形成低通、高通、帶通和帶阻模擬濾波器。它們過(guò)濾掉不需要的信號(hào)并傳遞感興趣的頻率。濾波有助于消除噪聲、諧波和干擾。

放血器

設(shè)備斷電后，高阻值功率電阻器會(huì)緩慢地對(duì)電容器放電。泄放器可以安全地排出儲(chǔ)存的能量，以防止電擊危險(xiǎn)。它們常見(jiàn)于電源、除顫器和工業(yè)電子產(chǎn)品中。

分裂的網(wǎng)絡(luò)

串并聯(lián)電阻梯網(wǎng)絡(luò)通過(guò)單個(gè)參考提供多個(gè)精確的抽頭電壓。它為 A/D 轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)、電壓縮放等應(yīng)用創(chuàng)建電阻分壓器。

通過(guò)利用電阻器可以發(fā)揮的各種作用，PCB 設(shè)計(jì)人員利用它們來(lái)構(gòu)建強(qiáng)大、可靠且高效的電子電路。

PCB電阻焊接

帶引線電阻器通過(guò) PCB 孔插入并焊接到位。它牢固地固定組件并建立牢固的電氣連接。在板上手工焊接電阻的一些技巧：

使用適當(dāng)?shù)睦予F溫度（含鉛元件為 650-700°F）

在元件引線和PCB 焊盤(pán)上涂抹助焊劑以幫助潤(rùn)濕

焊接前確保電阻引線完全插入電路板孔中

加熱兩個(gè)電阻

自動(dòng)拾放組裝

大批量PCB 制造采用適合 SMD 人群的專(zhuān)用貼片機(jī)。它實(shí)現(xiàn)了裝配過(guò)程的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了令人難以置信的速度、精度和可靠性。?

一些功能包括：

高速真空吸嘴從送料器或料帶上拾取元件

機(jī)器每小時(shí)貼裝數(shù)千個(gè)零件，精度高達(dá) 0.01 毫米

頭部光學(xué)器件可對(duì)齊組件并驗(yàn)證零件是否存在

消除人為錯(cuò)誤和放置變化

與手動(dòng)組裝相比，減少了制造缺陷

適用于任何元件封裝的定制吸嘴、送料器和編帶尺寸

該軟件與 CAD 數(shù)據(jù)集成以生成程序

降低總體組裝成本并縮短上市時(shí)間

先進(jìn)的取放系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、緊湊的 PCB 極其密集的元件裝載。

嵌入式薄膜電阻器

由于寄生電感和電容問(wèn)題，分立電阻器不適合射頻和微波板等特殊應(yīng)用。相反，嵌入式薄膜電阻器可以直接激光修整到內(nèi)板層上。

好處包括：

電阻容差低至 ±1%

超出 GHz 范圍的出色高頻特性

在溫度波動(dòng)下具有穩(wěn)定的電阻

薄型外形不占用板上的垂直空間

與 FR-4 等標(biāo)準(zhǔn) PCB 層壓板兼容

適用于數(shù)字和高速模擬信號(hào)

通過(guò)消除分立元件來(lái)提高信號(hào)完整性

通過(guò)將無(wú)源部件集成到 PCB 中降低裝配成本

嵌入式電阻器不斷推進(jìn) PCB 的小型化和性能，特別是滿足高頻需求。

PCB 電阻測(cè)試

驗(yàn)證組裝板上電阻的正確性對(duì)于可靠性至關(guān)重要。一些重要的測(cè)試方法包括：

在線測(cè)試檢查安裝在電路板上的電阻器

連續(xù)性測(cè)試以確認(rèn)連接并檢測(cè)開(kāi)路

電阻器上的電壓測(cè)量可驗(yàn)證正確的壓降

自動(dòng)光學(xué)檢查尋找可見(jiàn)缺陷和異常

X 射線檢查可揭示裂紋或空隙等隱藏問(wèn)題

溫度循環(huán)、振動(dòng)和功率循環(huán)資格條件下的壓力測(cè)試

應(yīng)用 ESD 沖擊檢查穩(wěn)健性和浪涌處理能力

在裸板和組裝板階段對(duì)電阻器進(jìn)行徹底測(cè)試，在發(fā)貨前發(fā)現(xiàn)故障。它可以防止過(guò)早的現(xiàn)場(chǎng)故障。

PCB 電阻器失效模式

盡管電阻器很簡(jiǎn)單，但它仍然可能因過(guò)應(yīng)力、污染、磨損或設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)纫蛩囟霈F(xiàn)故障。需要注意的一些標(biāo)準(zhǔn)故障模式：

功耗過(guò)大導(dǎo)致過(guò)熱

由于引線斷裂或內(nèi)部保險(xiǎn)絲燒斷而導(dǎo)致開(kāi)路

熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力引起的電阻值變化

電阻體或元件破裂導(dǎo)致間歇性故障

導(dǎo)電碎片造成短路或電弧

焊接損壞，例如焊盤(pán)翹起或熱沖擊

參數(shù)隨時(shí)間和環(huán)境暴露的變化

機(jī)械沖擊/振動(dòng)引起觸點(diǎn)開(kāi)路

電阻膜材料剝落導(dǎo)致電阻增加

電阻器額定功率不足以滿足應(yīng)用需求

了解電阻器如何發(fā)生故障并在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮可靠性風(fēng)險(xiǎn)可以減少潛在的現(xiàn)場(chǎng)故障。

結(jié)論

電阻器是必不可少的元件，由于它們能夠控制電流和電壓降，因此幾乎每個(gè)電子印刷電路板都能正常運(yùn)行。從高精度應(yīng)用到基本上拉需求，電阻器通過(guò)其多功能性、低成本和可靠性為 PCB 提供了支持。

電氣工程師可以通過(guò)使用提供的指南選擇適當(dāng)?shù)碾娮杵黝?lèi)型、尺寸和特性，充分利用這些基本的無(wú)源器件來(lái)構(gòu)建高性能、耐用的電路板和系統(tǒng)。隨著材料和制造的不斷進(jìn)步，電阻器在未來(lái)仍將是電子設(shè)計(jì)的支柱。?

審核編輯：黃飛

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