电阻-那些你不了解的细节
今天從YAGEO的RC系列電阻說起,討論一下你和高級硬件工程師的一步之遙。
新入行的硬件工程師往往對電子元器件的參數知之甚少,有些即便能羅列出一些來,也只是死記硬背出來,對其因果由來都是一知半解。
接下來我們從一個料號說起,具體談一談小小的一個表貼電阻,到底有哪些我們設計中需要的知識,有哪些我們從來不關心又非常重要的參數。
【RC0402JR-07100KL 】 這是一個國巨品牌的RC系列中的100K的電阻,我的這個簡單的中文描述中涉及了三個知識點:電阻的品牌,電阻的系列,電阻的阻值。
是不是大部分新入行的電工都只關注了電阻的阻值,因為這是原理設計中相對來說最關鍵的一個參數。我們在設計中經常信手拈來的電阻選型首先考慮的就是阻值。
大家都知道,這種阻值不是可以隨意選擇的,比如我想使用一個212K的電阻,對不起,這樣的電阻是沒有廠家生產的,即使有也是非常小眾的,工程師選擇的時候也許利于計算,方便了很多,但是等到真正批量生產的時候就會飽受供貨差,高成本之痛。
那么我們平時選擇電阻,諸如1K,22K,47K,68K這樣的阻值是怎么定義的呢?
這就不得不提到IEC技術委員
1948年IEC第12技術委員會(無線電通訊)在斯德哥爾摩會議討論過程中,一致同意國際標準化最緊迫的課題之一就是電阻器和0.1uF以下電容器的優先數系列。盡管想使這些系列按照10√10數系標準化,但在若干國家內由于上述元件針對5√10、10√10和20√10允許偏差進行標準化已經采用了12√10數系,而在采用了12√10數系的這些國家中要改變商業慣例是不切合實際的。雖然采用10√10數系更符合ISO的慣例,但考慮到現實情況委員會只能對不得不推薦12√10數系表示遺憾。而優先數E6、E12和E24系列提案是1950年在巴黎會議上被接受的,隨后發布了IEC 63號標準(第一版)。
E系列是一種由幾何級數構成的數列。E系列首先在英國的電工工業中應用,故采用Electricity的第一個字母E標志這一系列,它是以6√10(10開6次方) 、 12√10 、24√10、48√10、96√10 、192√10為公比的幾何級數,分別稱為E6系列、E12系列、E24系列、E48系列、E96系列、E192系列
我們現在常規的貼片電阻阻值采用E24,E96系列。系列和相應的阻值換算關系,我們用E6來舉例:
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所以我們常常選用的阻值并不是沒有規律的,他是按照上面的公式計算出來的近似值,說起來也是一個標準化史上的一個歷史包袱。
講完了這個阻值,我們在聊一聊另外兩個不起眼的參數,品牌和系列。
就目前來講,研發和制造電阻的廠家非常多,但國巨絕對是占據了電阻市場的半邊天,其他的還有ROHM,Viking,厚生,廣東風華,華新科技在小尺寸市場做的也不錯。
而國巨的RC系列是指的一般厚膜電阻,國巨對于電阻的研發進行了很多細分市場,比如汽車專用車規電阻,薄膜電阻,還有專門的高耐壓的陶瓷電阻,金屬氧化物電阻,一般消費類電子最常選用的都是這個RC系列。
講到這里跟他家講一個我的研發經歷,曾經一個產品上選擇一顆0805封裝的電阻用于對輸入信號做限流處理,輸入信號是通過一個塑料端子利用線束引入的,需要在組裝的時候進行接插件的對插。
開始我們量產的非常順利,幾乎沒有不良,后來由于市場行情,我們將電阻的品牌從國巨切換到Viking,奇怪的事情發生了,
每一批都會有幾個板子的電阻失效,失效模式為阻值變大,后來經過大量的實驗驗證,確認了是由于接插件在接插的過程中導致PCB變形,引起電阻應力失效,而從此中看來,國巨的電阻在可靠性方面確實更勝一籌。
雖然說本身確實是設計問題,但也不難看出,在元器件的選擇上也是要關注品牌,每個公司有每個公司自己的體系標準,生產出的東西標稱參數也許一樣,但出廠檢驗標準,生產制程管控是不完全相同的。
相同的問題也會發生在二極管,mos管上,大家可以先點擊關注,我會在后面的文章中分享失敗案例 。
OK,我們討論到這里肯定不是結束,其實才剛剛開始,因為電阻還有很多重要的參數我們沒有聊呢。
電阻另一個很重的參數是精度,常用的精度分為兩種,5%和1%,我們在設計電路過程中,尤其是針對模數轉換的電路,或者模擬運放等電路中,常常需要選擇1%精度的電阻,而對于上下拉電阻,限流電阻等要求不高的場景可以使用5%的精度。
在設計中我們往往會認為5%的電阻肯定便宜,1%的會貴很多,所以在選擇的時候傾向于選擇5%的多一些,其實這個是分情況的,如果是在大批量生產過程中,從生產可制造性的角度看選擇相同參數的任何一個都是有利的,在整個生產制造環節,減少物料種類,提高單一物料用量才是最經濟的。
另外對于電阻的溫漂也是在精密的模擬電路中常常被關注的,電子產品的設計往往需要考慮產品的工作環境,我們設計的產品既要能在零下10度正常工作,也要能在50度的高溫環境正常工作,這里就需要工程師考慮各種器件的溫漂情況,考慮自己的設計冗余,是否禁得住考驗,除了電阻,這方面最值得關注的就是三極管了,這塊會在單獨章節來闡述,記得關注哦?。
接下來我們再來看一下RC0402中的封裝信息0402,入圈幾年的工程師應該都有所了解,目前的制造工藝其實是往小型化發展,電阻也不例外,早在2018年電子元器件缺貨時就顯現出來,很多大廠都放出消息,不在生產大封裝的器件,國巨也對大尺寸的封裝接連漲價,畢竟對于通用型號肯定是尺寸越小成本越底,對于廠家來說利潤就越足。這一點在MLCC市場表現得更為嚴峻。
那一時段幾乎大廠們聯合起來一樣,不是缺貨就是漲價,說是為了整個行業小型化推進進行的措施,不過現在看來似乎也沒有太多的改變。畢竟今年缺的是芯片,電阻今年更多的是看熱鬧。
電阻不同的封裝會對應不同的功率,沒錯,功率也是電阻的一個非常重要的參數,部分工程師對電阻功率的關注并不夠,在設計的時候一味的小型化,最后導致產品各種燒毀和失效。小型化同時對于加工,PCB的CAF,以及耐壓和爬電距離提出更多挑戰,后期文章深入講解 。
從國巨的規格書中的截圖(如上所示)看,不同封裝大小的電阻對應的功率是不同的,甚至于相同封裝的電阻也會表現出不同的功率,這是因為有些電阻系列做了功率提升,可以耐受更高的功率。
聊到這里不得不提一下電阻的耐壓問題,因為這個耐壓實際上和功率是有一定關系的。
很多工程師對于電阻的耐壓很詫異,電阻的原理就是對電流起到一定的阻礙作用,為什么會有耐壓一說的?
沒錯,電阻是有耐壓的,首先可以根據datasheet中描述的,電阻耐壓跟封裝的基本關系是:
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但是只關注這個關系還遠遠不夠,因為在規格書中對于耐壓的計算公式還有如下規定
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V = √(P * R),假設我們設計中確定了封裝,那么電阻的耐壓值就和阻值相關了,這個時候要尤其關注電阻的耐壓參數。
比如我們設計一個信號的前級濾波電路,選擇了0402的1/16W的電阻,如果我們的阻值為10K,那么我們最高能加在電阻兩端的電壓為:√(10K* 1/16W)= 25V。如果我們在電阻兩端加電壓25V,其實算下來也說明功率已經達到標稱功率值了,這個時候的耐壓值并不是0402對應的50V耐壓值。
好了,說了很多,最后還想說一下datasheet中提到的電阻的耐流值,從而引申出0R電阻,規格書中沒有提及0R電阻,標注參數都是從1Ω開始的,其實對于0R電阻,數據手冊中是采用Jumper來描述的,因為0R電阻更多時候的確像個跳線一樣。
0R電阻的真實阻值一般會設計在20mR或者50mR,他們所能流過的電流也相應的根據阻值和功率計算出來。關于0R電阻的用法我也會在后面的文章中繼續闡述,敬請期待哦。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的电阻-那些你不了解的细节的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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