深入剖析电阻的用法和作用

信号线上，为什么要接电阻？你一定想不到小小电阻，竟然有这么大的作用。本期贸泽科普实验室，就让我们一起来重新认识——电阻。

01电阻是什么？

我们常说的电阻是简称，可代表电阻值或电阻器。

当作为电阻值时，通过欧姆定律(R=U/I)，定义其数值（外部特性）。线性电阻的电阻值不随电压/电流变化；非线性电阻的电阻值会随电压/电流变化，如晶体管的R(DS)，会动态调整以维持恒流。

当作为电阻器出现时，就是一个实体，其电阻大小与材料的电阻率和长度成正比，与材料的截面面积成反比（R=p*L/S）。它表示一个物体的电阻物理属性，是不随外部电压或者电流变化而变化的，例如我们常用的这种贴片或者插件电阻，不论电阻两端的电压是1V还是100V，1KΩ就是1KΩ。

022个实验感受电阻对电路的影响

电阻大概是电子世界里极不起眼的器件了，它既没有MCU或SOC那般“高端”，也不像其他集成电路那样被视作“核心”，活脱脱像个默默无闻的NPC。可你别小看它，要是少了这个小元件，整个电子世界怕是要乱了套。不信？咱们来看下面这两个电路。

首先是电路中常见的LED指示灯电路：

图1

LED灯是电路工作状态的重要指示之一，LED的亮灭、不同颜色可显示电路当前的状态。在电路中，LED电路中通常会串联一个电阻。那如果去掉这个电阻会怎么样呢？

图2

去掉电阻之后，看似坚固的LED，居然直接冒烟烧掉了。

LED的数据手册中，标明LED灯的正向电压为1.6V-2.6V，正向电流可达25mA。所以，在设计时，电流可选10mA，正向电压可选2V。

图3

电路电源通常为3.3V、5V或者更高电压，这个时候如果直接接入LED，LED必坏无疑呀。

串联一个小小的电阻，就能解决了。比如5V的电源，LED正向电压2V，电流10mA，那么电阻上需要分压3V，所以计算可以得到电阻的阻值（5V-2V）/10mA=300Ω。只要将300Ω的电阻与LED串联，就可以正常工作了。

另外一个电路是NE555延时开关电路：

图4

当电路通电时，NE555的3脚输出处于关闭状态，NE555的7脚在内部接地，因此电容C2完全放电。当SW1被按下时，NE555的2脚被接地，由于NE555的2脚电压小于VCC的1/3，3脚输出开启，LED亮了，NE555的7脚在内部和GND断开了，不再接地。同时电容C2通过电阻VR1开始充电。NE555的6脚连接电容正极，当电容充电到VCC的2/3时，就会关闭3脚的输出，LED灭，NE555的7脚在内部重新连接到GND，电容开始放电，直到电压归0。

每次按下按钮开关时，重复上述步骤，C2电容从0V充电到2/3VCC的这段时间, 就是延迟断电时间。

重点来了，当电容C2的值一定时，通过改变VR1的阻值，就可以修改延时启动的时间。比如调大VR1的阻值，充电电流就会变小，那么电容C2充电到VCC的2/3的时间就会拉长，那么LED灯亮起的时间也会拉长。

图5

03盘点电阻的作用

上面的LED电路中，电阻的作用是极基本的分压限流，而在NE555延时开关电路中，电阻可以调节时间常数。电阻的作用远不止这两个，下面就盘点几种电阻常见的作用。

1）阻抗匹配和终端匹配

在一些电子产品中，比如单片机的I/O口会串接一个22Ω或33Ω的电阻到线路末端，很多小伙伴不理解，为什么要串一个这么小阻值的电阻？

图6

这是因为在数字信号系统中，在PCB设计中，单端线路的阻抗通常会控制在50Ω，而单片机的IO口作为输出时，本质是控制内部的晶体管导通与关断，晶体管是有导通电阻的，这个也就是IO口的输出内阻，通常是10Ω到30Ω。

图7

为了验证是否存在这个输出电阻，我们通过内阻仪实测了STM32的单片机IO口内阻，确实在这个范围内。

图8

串联一个22Ω或33Ω的电阻，这样串联电阻和驱动端输出阻抗的总和近似50Ω，达到阻抗匹配的效果，同时，可以消除线路中的信号二次反射，提高信号传输效率。

而在485通讯和CAN通讯中，可以看到在信号传输侧会并联一个120Ω的电阻，这是电阻的终端匹配作用。

图9

根据传输线理论，信号在电缆中传播时，若末端阻抗与电缆特性阻抗不匹配，会导致信号反射。反射波与原信号叠加会引发波形畸变，如振铃现象，增加误码率。所以CAN总线和RS485总线在末端并联120Ω电阻的核心原因是为了实现阻抗匹配，从而消除信号反射、确保信号完整性。

2）特殊传感器

电阻本身虽不是传统意义上的传感器，但某些特殊类型的电阻能通过自身电阻值随外界物理量的变化而改变，间接实现“传感”功能。这类电阻利用材料的物理特性将非电信号转化为电信号（电阻变化），成为电路中的“特殊传感器”。

比如热敏电阻，电阻值会随着温度变化而变化，在电路中可以作为温度传感器使用；光敏电阻的电阻值会随着光线强度而变化，在自动路灯控制电路中，就可以使用它作为光照传感器使用；还有压敏电阻、气敏电阻等等。

3）热效应利用

电阻还可将电能转化为热能，用于加热元件，简称热效应利用。家里使用的电陶炉、电热毯、电热水器都是利用电阻的热效应，还有我们工程师用的电烙铁和加热台等焊接工具，在设计电热器的时候需要注意额定功率是P=I2R，实际功率是P=UI。

4）电路调试与测试

有些电路设计可能包含很多模块或功能选择，就会在设计电路时保留电阻跳接位置，通过焊接不同位置的电阻，来选择不同的模块或模式参数，这个时候的跳接电阻就是一个可断测试点，便于硬件调试。比如下图中的两个电阻，在调试阶段方便调试，在批量的时候就可以去掉。

图10

这里只是分享了电阻的部分常用的使用方法。作为基础器件，电路各个部分都有电阻的身影，大家不妨打开手边电路图，分析一下电阻的作用。

文末，虽然电阻很简单，但还是有几点注意事项再和大家强调一下：

1）在选择电阻时，除了阻值，功率也是要注意的，电阻的额定功率需要大于实际功耗，避免过热烧毁。

2）在精密电路中，选择电阻时，需要注意电阻是否是高精度、低温漂的电阻。

3）在高频电路中，电阻的寄生电感和电容是不能忽视的。