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电阻
1、厚膜电阻和薄膜电阻有什么区别？（提示：成本、工艺、使用）
2、电阻额定功率如何降额应用？
3、电阻有最大使用寿命吗，到达使用寿命后失效特性是什么？
4、高频特性，比如100MHz以上高频电阻阻抗特性是什么样子的？
5、电阻根据材料不同可以分为碳膜、金属膜、金属氧化膜以及绕线电阻，他们分别特性和使用环境是什么样子的，如何选型？
一、定义分类
1、结构分类
2、外形分类
3、材料分类
4、用途分类
二、电路模型
1、介绍
2、欧姆定律
3、高频等效模型
三、常规指标
1、阻值和精度
2、额定功率
3、额定电压
4、温度系数
5、非线性度
6、噪声系数
7、可靠性和失效特性
四、高频特性
五、应用关键点
1、电阻器选型
2、薄膜电阻和厚膜电阻
3、特种电阻
灵魂拷问：什么是电阻？（不看下面你能回答出来吗）
定义：导体对于电流的阻碍作用叫做该导体的电阻，它是导体本身的一种性质，通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称Ω。
分类：可以分别按照结构、外形、材料以及用途进行分类，下面容我一一道来。
1、结构分类
按照结构电阻可以分为固定电阻器、可变电阻器以及特种电阻器，他们具有不同的特性。
1）固定电阻器：就是在常规条件下阻值不变电阻器。
3）特种电阻器：也称为敏感电阻器，指的是压敏电阻、热敏电阻、光敏电阻等阻值对环境变化敏感的电阻器，适用于特殊的使用环境或是检测设备中。PS：下图为光敏电阻
2、外形分类
是不是脑海中瞬间浮现出一大堆奇形怪状的电阻，除了常见的方形片状贴片电阻和圆柱电阻，还有长条状的集成电阻，管状的绕线电阻，下面图片中列出了常见的几种，数数看你都认识吗？
3、材料分类
这里就有讲究了，材料不同的电阻所对应的成本以及使用性能差异很大。
下面主要对这五种类型的电阻进行分析：碳膜、金属膜、金属氧化膜、线绕电阻、SMT表贴电阻。
1）碳膜Carbon film resistor：
制作工艺：它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。
碳膜的厚度决定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽来控制电阻器。
特点：价格便宜，精度较低（±5%左右），稳定性好，阻值和功率范围也比较宽，属于负温度系数电阻（温度升高，电阻减小）。
应用：不适用于高精度使用环境（运算放大器放大、DCDC电源分压等等）
2）金属膜metal film resistor：
制作工艺：它是采用高温真空镀膜技术将镍铬或类似的合金紧密附在瓷棒表面形成皮膜，加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成。
金属膜电阻可以调整它的材料成分、膜层厚度、刻槽来调整阻值。
特点：体积小，噪声低，稳定性好，经常作为精密和高稳定性的电阻器使用。
应用：用在绝大多数的家电、无线通讯设备、仪器仪表中，亦用于高精度要求下的军事航天等领域，应用非常普遍。
3）金属氧化膜Metal oxide film resistor：
制作工艺：它是采用特种金属或合金作电阻材料，用真空蒸发或溅射的方法，在陶瓷或玻璃基本上形成氧化的电阻膜层的电阻器。
金属氧化膜电阻也可以调整它的材料成分、膜层厚度、刻槽来调整阻值。
特点：耐热性、噪声电势、温度系数、电压系数等电性能比碳膜电阻器优良。
应用：广泛应用在电力自动化的控制设备中，可以很好的保证仪器长期在高温环境中工作的安全性。
4）线绕电阻：
制作工艺：线绕电阻器是用电阻丝绕在绝缘骨架上构成的。电阻丝一般采用具有一定电阻率的镍铬、锰铜等合金制成。绝缘骨架是由陶瓷、塑料、涂覆绝缘层的金属等材料制成管形、扁形等各种形状。
电阻丝在骨架上根据需要可以绕制一层，也可绕制多层，或采用无感绕法等
特点：表面涂覆耐高温涂料，功率大，温度系数小；短时间超负载能力强，阻值常年无变化；可以选用无感型绕制（选用无磁性的材料和特殊绕制方法减少线绕电阻电感量，接近理想电路）
应用：通常用于精密仪表、电讯仪器、电子设备等交直流电路中作分压、降压、分流及负载电阻使用。无感线绕电阻可以用于中高频电路。
5）SMD表贴电阻：
制作工艺：是金属玻璃釉电阻器中的一种。是将金属粉和玻璃釉粉混合，采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器。
特点：耐潮湿和高温，温度系数小，抗干扰性能强，高频特性好。可大大节约电路空间成本，使设计更精细化。
应用：广泛应用于计算机、手机、电子辞典、医疗电子产品、摄录机、电子电度表等设备中。
4、用途分类
材料的划分是确定一个大方向上的电阻的选择，而对于实际的应用环境应选择不同类型的电阻，这种划分更为细致，也是我们在进行选择时候的一种重要的参考依据。
这里我专门绘制了一张表格分别说明其技术指标和推荐应用：
上一章节讲解了电阻的外部特性以及分类，这一章我们来看看电阻的内部特点，没错，就是它的电路模型是什么样的。
1、基本概念
单位为欧姆Ω（George Ohm），是用图中人物略有脱发的老帅哥的名字进行命名的，是不是有点像“大侦探福尔摩斯”中的华生。又或是007中的那个技术人员，严谨但有趣。
2、欧姆定律
根据欧姆定律，我们可以得到电阻的定义公式和决定公式，其中定义公式为电阻在电路中计算公式。决定公式是电阻被制造出来特性，与电阻的长度、横截面积以及材料均有关系。
可以得到电阻定义公式为：
其中U为加在电阻两端的电压；I为通过电阻两端的电流。
而电阻的决定公式为：
其中ρ为电阻的电阻率，由其本身材质决定；L表示为电阻的长度，S表示电阻的横截面积；
3、电阻高频等效模型（重点）
这一小节的内容才是我们在做高速设计中电阻应用的重点环节。刚才也有提到，绕线电阻由于引线电感过大导致不适合在高频等效电路中应用，那么什么样的电阻才适用在高频电路呢？
没错，就是SMD贴片电阻，也是我们在高密度多层板设计中所用的电阻，这种电阻也分为薄膜电阻和厚膜电阻，这个我们会在后续内容中涉及到。不同于低频的电阻只是单一R，下图为电阻的高频等效电路：
其中两边的L为两个金属引脚的电感；电容Ca为电阻内部的寄生电容；Cb为两个金属引脚间的寄生电容（贴片电阻往往比较小，可忽略）。
这里特别要注意的是封装尺寸和内部寄生电容的关系，通常来说较小的SMD封装的寄生参数也较小。这也是除了减小体积之外，手机中已经开始用0201以及01005这种封装的电阻器件的一部分原因。
说完了电阻的内外表现形式，这里对应用的比较广泛一些基本指标进行描述，主要是用于对电阻阻值、精度、功率、电压等等选型中使用。
这里的参数具体包括七种：阻值和精度、额定功率、额定电压、温度系数、非线性度、噪声系数以及可靠性和失效特性。
下面我会逐一进行分析和描述，希望能够使用最简单直观的表述方式让大家理解：
1、阻值和精度
阻值的确定是存在一个标准的阻值表，这个组织表是美国电子工业协会定义了一个标准电阻值系统，并不是所有的电阻阻值都有，建议在进行电阻首先查阅一下这个表格，然后没有的阻值使用两个电阻拼一下即可。
百度查“电阻标准阻值表”下载表格。
知其然必须知其所以然，这才是科研的真谛。因此我简单描述下这个阻值表是如何推算出来的，解决一下大家可能迷惑的为啥电阻只有510Ω没有500Ω的相关问题。
（请注意：下面只是为了讲解清楚阻值的来源，但是实际选择过程中强烈建议看公司推荐的阻容值表格进行选择，减少额外采购的成本）
首先，我们经常看到的E系列对应的精度是这样的：
其中不同E的值对应的精度不同，在这个精度下所拥有的阻值是不同的，对应阻值的公式为：
下面拿E6举例说明计算方法：
步骤一：按照公式计算E6的公比为：
步骤二：根据公比可以计算出基本数为1、1.5、2.2（1.5^2）、3.3、4.7、6.8。
步骤三：根据得到的基本数，将基本系数×10^n（n为整数），即可得到具体的电阻数值。
因为误差比较大，所以E6对应的阻值比较少，误差越小对应拥有的阻值就越多。这个也好理解，比如100Ω，E6误差的话100Ω误差范围就是80~120Ω，弄个90Ω也没多少意思，所以下一个电阻阻值直接就是150Ω了。
读数问题：
这是个老问题，这里简单介绍色环法和直接读数方法（贴片）：
色环法如下图所示，上面4色环对应的为22×1=22欧姆，精度±5%（金色）。下面5色环对应470×0.1=47Ω，精度±1%。
贴片电阻在实际使用过程以3位为主，大家很容易就能通过下面例子理解读数方法。
2、额定功率
所谓电阻的额定功率，指的就是长期工作不损坏，并且能够保证性能稳定工作的最大功率。
如果换算成显卡那就是别超频，否则就容易损毁或是寿命减少，这也是矿卡不推荐购买的主要原因。下图很明显就是电阻被烧坏的现象。
遇到这种问题我们必须要采取措施，就四个字：“降额使用”
经验主义：差不多60%就可以了。为什么？在什么条件下？
如下功率温度曲线图所示，当温度超过70度时，电阻的实际额定功率会急剧下降，因此，实际使用中应注意的降额标准为：
当环境温度70度以下时，降额为60%使用；
当环境温度超过70度时，按照图中的实际工作温度下额定功率等比例降额使用。
此时的70度代指额定温度。
图片来源国巨电阻数据手册
3、额定电压
同额定功率一样，电阻的额定电压指的是电阻在两端所加电压下能够长时间工作不损坏电阻的电压值，这里我找到一份超棒的降额表格，分享给大家，一图顶千言。
其中Pr为额定功率；T为实际工作温度；Ts为额定环境温度，也就是功率温度曲线图中的70度；Tmax对应最大工作温度，对应功率温度曲线图中的150度的点；Pm为峰值脉冲功率；Ur是额定工作电压；Um是峰值脉冲电压；
注意事项：
[1]：电阻上存在不超过1s的脉冲负荷时要同时满足瞬态降额要求。脉冲大于1s时仍然按照稳态降额评估。
[2]：电阻降额需要同时满足功率、电压和温度的降额要求。
4、温度系数
定义：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/℃。
分类：负温度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度系数。
为什么温度会对电阻值造成影响？
因为温度影响电阻率的温度系数，绝大多数金属材料电阻率温度系数约等于千分之四，比如常见的银铜金铝。少数类似康铜、锰铜材料电阻率温度系数极小，可以被用来制造精密电阻元件（康铜丝做采样电阻也是这个原因）。
下面再简单阐述几个概念：
正温度系数：PTC（Positive Temperature Coefficient），热敏电阻就是这个原理，用来做自恢复保险丝限流保护电路，温度升高，阻值增大。金属为主要材料。
负温度系数：NTC（Negative Temperature Coefficient），用于测温、控温以及温度补偿等方面。金属氧化物为主要材料，寿命是其重要性能指标。
5、非线性度
定义：电阻两端的电压与通过它的电流不是线性关系，称为非线性电阻。
如下图所示，a为线性电阻，b、c均为非线性电阻。但是实际使用中即使是线性电阻也没有如此理想化的线性关系，因为随着电流增加，电阻温度会升高，进而影响阻值大小。
金属电阻相对线性度较好，非金属相对线性度较差，这是由于材料特性导致的。
6、噪声系数
电路的固有噪声包括热噪声和电流噪声。
热噪声主要是由于温度引起，电阻通电发热，内部的电流导子产生无规则的运动，使电流的定向流动产生起伏变化，进而形成了热噪声电流。
热噪声具体可以表示为：
其中R是电阻的固定阻值；T是绝对温度；B为频率带宽；k是玻尔兹曼常数，约为1.38e^(-23)；
热噪声作为电阻的本征噪声，无法避免和消除，因此在信号检测精度较高时，一定要选用高精密电阻器哦。
过剩噪声主要是材料问题，当电流在通过电阻时，电阻薄膜并不均匀，电流不能均匀的流经电阻的每一个区域，当某个区域较为密集时，就会产生过剩噪声。
也就是说：电阻的过剩噪声同电阻阻值、流过电流以及电流强度相关。
解决办法：1、进行电阻散热设计，减少热噪声。2、选用固有噪声小的电阻材质。
固有噪声（前面的特性优于后面的）：
线绕、金属氧化膜、金属膜、碳膜、玻璃釉、合成膜、合成实心
7、可靠性和失效特性
电阻器是具有使用寿命的，而且在长时间使用过程中阻值也会发生变化，具体原因是无定型结构具有结晶化趋势，通常认为温度每增高10°，寿命缩短一半。
额定电压和功率下，电阻具有较长的使用寿命，估计值为10万+小时。
在导致失效的物理、化学、热力学等过程中，电阻的失效模式和失效机理：
1、开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或者大面积脱落，整体断裂。
2、阻值精度偏移：受外界影响导致电阻膜故障，电阻阻值偏移超出规格。
3、引线断裂：由于焊接等工艺缺陷导致焊点污染，机械应力损伤。
4、短路
轻则影响电路检测精度，重则导致电路烧毁，危及安全，因此请尽量选用有质量保证的品牌电阻，避免影响产品质量。
讲完了常规特性指标，我们来一起看看电阻在高频状态下表现吧：
没错，还是这张经典的图，这是一个1KΩ的电阻。
低频时阻抗为R，当频率大约10MHz时，阻抗开始下降，此时如2.3章节所示，寄生电容的影响成为主要影响，引起阻抗的持续下降。
当频率继续下降到谐振频率时，引线电感成为主要影响，总阻抗上升。
引线电感在高频下代表开路和无限大阻抗。
这里介绍一下比较关键的点以及特殊电阻的作用和特点，以方便大家的选型和使用。
1、电阻器选型
一句话：根据实际情况进行选择。
那么现在我就把实际可能的情况列出来，大家按照表中所示选择就好啦。
（招不在多，管用就行）
2、薄膜电阻和厚膜电阻
因为这两种是我们在贴片电阻选择中最常见到的，下面就是它们的指标特性分析，看完就会选择啦
3、特种电阻
特种电阻当然是用于特殊用途，看看我列出的表格吧。
