電阻器使用指南

我們都知道, 任何電氣元件都有電阻, 沒有一個是純導體.

也許有人會問為什麼在電路中加入電阻器來減小電流呢? 電阻器不是會將功率作為熱消耗掉嗎? 電路的效率是不是比沒有加入電阻器以前降低了呢? 是的, 電阻器會以熱的形式消耗功率, 但是, 它可以優化信號發生或放大電路的性能, 使得電路按設計者的意願最優化地工作.電阻器在電氣和電子設備中扮演著多種多樣的角色. 下面是常用的幾種.

電壓分配 我們對分壓器可能都有所了解, 電阻在工作時確實會消耗一些功率, 但是通過它們分配的電壓可以使晶體管或電子管實現正常的偏置. 這樣可以保證放大器或振蕩器在最有效, 最可靠的狀態下工作.

偏置 為了更有效地工作, 晶體管或電子管需要正確地被偏置. 也就是說要控制電極--基極, 門極或柵極--必須有特定的電壓或電流. 電阻網路被用來完成這項任務. 不同的電路需要不同的偏置電平. 射頻發送放大器的偏置通常與振蕩器或低電平接收放大器的偏置是不同的. 有時用分壓器來實現偏置, 有時不需要. 圖1所示的晶體管就是通過把一對電阻接成分壓器的形式來實現偏置的.

圖1 用於偏置晶體管基極的分壓器

限流 電阻器會妨礙電路中電子的流動. 有時候這是為了保護某個元件或電路. 接收放大器就是一個很好的例子. 電阻器可以防止晶體管因消耗大量功率而發熱. 如果沒有電阻器來限制或控制電流, 晶體管就會被與信號無關的直流電流而燒壞. 一個沒有正確設計的放大器需要經常更換晶體管, 不是因為在需要的地方沒有使用電阻器, 就是所選電阻器的阻值不對.圖2所示為與晶體管串聯的限流電阻器. 通常它被接在發射極端, 但也可接在集電極端.

圖2 晶體管電路中的限流電阻器

功率耗散

把功率以熱的形式耗散掉並不總是壞事. 有時電阻器可被用來作為"虛擬"元件, 於是從電路側"看"電阻器就好像它是一個複雜的東西. 例如, 在收音機中, 電阻器可被用來替代天線. 這樣就可以測試發射器了, 而不會幹擾電視廣播的信號. 發射器的輸出使電阻器發熱, 而不會發射出任何信號. 但是只要測試完畢, 就抑換上天線了.(圖3)

在B圖中發射器被接到一個阻性的"虛擬"天線上.

將電阻器用在功率放大器的輸入端來耗散功率也是非常有用的. 有時驅動放大器的電路輸出功率太大, 這時就需要用一隻電阻器或一個電阻器網路來消耗這部分多餘的功率, 以使得功率放大器不被過驅動.泄流電阻器

在高壓, 直流(DC)電源中, 電容器被用來濾除輸出電壓中的波動. 這些電容器需要充電, 並將電能儲存一會兒. 在有些電源中, 濾波電容器兩端的電壓與輸出電壓一樣, 比如有時為50V, 即使在電壓關閉后, 或者從插座中將插頭拔出后, 電容器仍保持著高壓. 如果此時維修這樣一個電源, 是很危險的. 泄流電阻器, 並聯在電容器的兩端, 會消耗電容器儲存的能量, 以使電容器兩端的電壓下降到安全電壓範圍以內(圖4).

在維修高壓直流電源前, 用一把帶絕緣柄的螺絲刀將所有的濾波電容器短路一會兒, 常常是一個不錯的主意. 我想起有一次我在維修一台射頻功率放大器時發生的事情. 電容器兩端的電壓約為2kV. 我的組長, 他不是很了解電子, 站在我的後面看. 我說, "馬上要聽聽放炮聲了", 然後我拿了一把螺絲刀, 在確認我只拿著絕緣手柄的情況下, 我用螺絲刀把電容器的兩端短路了一下. 砰! 當我的組長在做深呼吸的當兒, 我給他好好解釋了一番. 即使有泄流電阻, 要消耗掉電容器中的殘留電荷也需要一定的時間. 為了安全起見, 在工作前要把濾波電容器的兩端短一下, 不管你的組長是否在你身邊. ^_^

阻抗匹配

電阻器較精細, 較複雜的應用是在放大器鏈的耦合中, 或者在放大器的輸入輸出電路中.為了產生最大可能的放大效果, 前級放大器的輸出阻抗必須與下一級的輸入阻抗相匹配. 在信號源和放大器的輸入之間同樣需要有這樣的關係. 而且, 在放大器鏈中的最後一個放大器和負載之間也要有這樣的關係, 不論負載是揚聲器, 耳機傳真機, 還是別的什麼.

Pull-up Resistors / Pull-down Resistors / Damping Resistors

上拉電阻/下拉電阻/阻尼電阻

Digital circuits ordinary have bus line configuration on printed circuit boards.

在印刷電路板上數字電路通常有匯流排配置。

Bus lines might be better stabilized by pulling up to Vcc using resistors around 1k-100 kΩ, or by using termination resistors matched to signal line impedance.

匯流排如果想獲得比較好的穩定性要通過一個電阻1k-100kΩ上到Vcc，或者用一個與信號線阻抗匹配的終端阻抗。

Or, sometimes, damping resistors of around 10-30Ω are added in series to signal lines to eliminate reflected waveforms.

有時候，大約10-30Ω的阻尼電阻串列地加在信號線上來減少反射波形。

Network resistors are best fit to these purposes. In case of 8-bit pull-up resistors/termination resistors, if footprint area needed for 8 chip resistors(1608 size) is considered as 100%, area requirement is only 8 for 2 chip network resistors CN1J4 (with 4 elements) and 45% for one CND1J10 (with bussed 8 elements). In case of 8-bit damping resistors, footprint area requirement of one CN1F8K is only 60% of 8 chip resistors(1608 size).

網路電阻器是最適合這種用途的。如果八個分離的上拉/終端電阻（1608封裝）的管腳布線面積認為是100%的話，8的電阻只需要兩片網路電阻CN1J4(4個電阻)，而用CND1J10（8的電阻）的話，面積只是分離電阻的45%。對於阻尼電阻來說，如果用CN1F8K只需要8個阻尼電阻布線面積的60%（1608封裝）。

圖5 Pull-up Resistors / Pull-down Resistors / Termination Resistors

上拉電阻/下拉電阻/終端電阻

圖6 Damping Resistors 阻尼電阻

Resistors to terminate digital circuits

數字電路終端電阻

For the high frequency digital circuits, waveforms are distorted due to the reflection if the terminal impedance (e.g. input impedance of IC) mismatches with the specific impedance of the transmission line (e.g. signal line pattern on the printed circuit board).

對於高速數字電路，如果終端阻抗（比如IC的輸入電阻）與傳輸線的特性阻抗（比如印刷電路板的信號線）不匹配，波形將會變形，並且反射。

Once the reflection occurs, the distortion varies from point to point.

一旦反射重現，這樣的話，波形每一點都會變形。

Therefore it is important to pay attention to such signal lines as the clock lines have so many branches.

因此必須對這樣的信號線，比如時鐘線多加註意。

Termination to avoid reflection is an analogous technology, but it is today an essential technology for high speed digital circuits which should be considered as distributed constant circuits.

終端匹配避免反射是模擬技術，但今天也是高速數字電路的關鍵技術，高速電路被認為是分散式常數電路。

Bus lines to connect between printed circuit boards are terminated with matched impedance from long ago. Resistors to prevent reflection should be exactly the value of the transmission lines. Recommended resistors are RK73H, which are precise enough and excellent in high frequency characteristics.

圖7

Resistors to terminate differential transmission line

差分線終端電阻

A typical differential transmission scheme is shown below.

一個典型的差分線圖如下圖。

There are two drivers to transmit analog or digital signals, while one side is positive, the other side goes negative symmetrically.

用兩根線傳輸模擬或數字信號，如果其中一根傳輸正信號，那麼另一個傳輸負信號。

This is an effective way to reject noise, and therefore the signal level can be low.

這是一種抗干擾很有效的方法，因此信號電平可以很低。

This is thus an excellent communication system, signal source impedance Rs+, Rs-, specific transmission line impedance Zo, input impedance Ri+, and Ri- are requested to be matched good enough to work correctly.

下圖中是一個很好的通信系統，信號電源阻抗Rs+和Rs-，傳輸線特性阻抗Zo，輸入阻抗Ri+和Ri-都要求要很好地匹配，使系統工作正常。

On the contrary, if the circuit is not electrically symmetrical enough, the system does not work well, and it even becomes a source of common mode noise.

相反，如果電路不足夠對稱，系統將不能很好工作，而將變成一個共模雜訊源。

Thus, resistors to terminate high frequency transmission lines have effects on signal quality. Resistors of RK73H types are recommended.

高速傳輸線的終端電阻對於信號的品質起很大的作用，推薦使用RK73H型電阻。

圖8

參考網站：

1.（文章前半部分）

2.（文章後半部分）翻譯自：

3.厚膜片式網路電阻器參數