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电阻在电路中的作用
  一、基本作用
电阻点电路中用作分压器、分流器和负载电阻;它与电容器一起可以组成滤波器及延时电路,在电源电路或控制电路中用作取样电阻;在半导体电路中用作偏置电阻以确定电路的工作点等,对于这些作用,电路中的应用是非常多的,也是非常重要的。

要根据电阻在电路中的作用和具体的技术要求,来选择使用哪种类型的电阻,例如,对电路中的降压和限流电阻、音频负载电阻等,选用碳膜电阻就能满足要求;若是稳压电路中的取样电阻、延时电路中的定时电阻等要求热稳定性较高的场合,最好选用金属膜电阻;对于测量仪表中的分流、分压电阻,应该选用精密度等级较高的电阻。
这些常见的功能作用我们就不过多介绍了。

我们重点介绍一下0欧姆电阻以及特殊电阻在电子电路设计中的作用及使用注意事项。

二、0欧姆电阻在电路中的作用
相信我们在看前辈设计的电子产品时,经常会看到电路上存在有0欧姆的电阻,为什么要设计这么一个电阻呢?
直接在画电路图时用一根导线连过去就行了,还这么画蛇添足干什么?
原因有多个方面,我们简要介绍如下:

1、模拟地和数字地单点接地

我们知道,在电路图中,只要是地,最终都要接到一起,然后接入大地。如果不接在一起就是“浮地”,存在压差,容易积累电荷,造成静电、地是参考零电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。如果把模拟地和数字地大面积相连,会导致互相干扰。
不短接又不妥,有四种方法解决此问题。用磁珠连接;用电容连接;用电感连接;用0欧姆电阻连接。

我们来一一分析一下这四种连接方式:

  • 用磁珠连接:磁珠的等效电路相当于带阻滤波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号;对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合适;

  • 用电容连接:电容隔直通交,容易造成浮地;

  • 用电感连接:电感体积大,杂散参数多,不稳定;

  • 用0欧姆电阻连接:0欧姆电阻相当于很窄的电流通过,能够有效的限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧姆电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

2、跨接时用于电流回路

当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。
在分割区上跨接地0欧姆电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。

3、配置电路

一般产品上是不能有跳线或者拨码开关的,因为一旦有了这些可以手动操作的开关,用户难免会乱动,从而导致设置出错,容易引起误会或者故障,为了减少维护费用,应用0欧姆电阻代替跳线等焊接在电路板上。控制跳线在高频时相当于天线,所以用贴片电阻会更好一些。

4、其它用途

布线时跨接调试/测试用:在开始设计时,要串一个电阻用来调试,但是还不能确定具体的值,加这样一个器件后,方便以后的电路调试,如果调试的结果不需要加电阻,就加一个0欧姆的电阻。

临时取代其它贴片器件作为温度补偿器件,更多时候是出于EMC对策的需要。另外,0欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要打孔)。

总结如下:
  • 在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便或者兼容设计等原因。

  • 可以做跳线用,如果某段线路不用,直接贴上0欧姆电阻即可(不影响外观)。

  • 在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆电阻代替,实际调试的时候,确定参数后,再以具体数值的元件代替。

  • 想测试某部分电路的电流时,可以去掉0欧姆电阻,接上电流表,这样方便进行电流测试。

  • 在布线时,如果实在布不下去了,也可以加一个0欧姆电阻。

  • 在高频信号下,充当电感或电容(与外部电路特性有关)用,主要是解决EMC问题,如地与地、电源和IC Pin之间。

  • 单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地,在设备上相互分开,各自成为独立系统)。


三、特殊电阻在电源模块外围防护电路的作用

最常见的特殊电阻有热敏电阻、湿敏电阻、压敏电阻等,压敏电阻在AC-DC开关电源设计和应用中起着关键的作用。

压敏电阻MOV是在电路电磁兼容(EMC)中最常用的器件之一,广泛的被应用在电子线路中,来防护因为电力供应系统的瞬时电压突变可能对电路造成的伤害。

其特性通俗的理解为前端电压高于压敏电阻的开启电压时,压敏电阻被击穿,压敏电阻的阻值降低而将电流予以分流,防止后级受到过大的瞬时电压破坏或干扰,从而保护了敏感的电子组件。

电路防护就是利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间时,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。
压敏电阻的主要参数有压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

不过,也不要把压敏电阻的作用想得太大了,压敏电阻是不可以提供完整的电压保护的,压敏电阻所能承受的能量或功率是有限的,不能提供持续性的过电压保护。
持续的过电压会破坏保护装置(压敏电阻)。
压敏电阻不能提供保护的部分还有开机时的冲击电流,短路时的过电流,电压突降等情况,这些情况需要其他方式的防护。

热敏电阻是一种跟温度相关的器件,一般分为两种,NTC为负温度系数热敏电阻,即温度越高,阻抗越小;PTC为正温度系数的热敏电阻,即温度越高,阻抗越大。利用阻抗对温度的敏感特性在电路设计中有着非常重要的作用。
热敏电阻
NTC在电路中主要为抑制电路启动过程中的启动电流,在系统启动过程中,由于系统内部存在功率电路、容性及感性负载,因此在启动瞬间会出现非常大的冲击电流。
如果电路器件选型过程中没有考虑器件瞬时的抗电流能力。
那么系统在多次启动的操作过程中,就很容易导致器件被击穿损坏,而在电路中加入NTC,等于在输入回路启动时,提高输入阻抗减少冲击电流,而系统处于稳定状态时,由于NTC发热,根据其负温度特性,阻抗降低,从而在NTC上的损耗也降低,减少了系统的整体损耗。

PTC在电路中可以起到保险丝的作用,所以其还有另外一个名字:自恢复保险丝。
在系统运行过程中,电路出现异常,导致出现大电流时,如果该部分电路中串有一个PTC,那么也就等于在PTC中有大电流流过,PTC发热,根据其正温度特性,其阻抗将变得很大,使整个回路的阻抗变大,从而使回路的电流变小,起到了保险丝的作用。
根据其正温度的特性,PTC的另外一个作用是在电路中实现过温保护。

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