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电子元器件-电阻终篇：基本原理，电阻分类及特点，参数/手册详解，电阻作用及应用场景，电阻选型及实战案例

news 2025/8/19 6:19:35

一、基本原理

1.1 介绍

1.2 计算公式编辑

1.3 单位

1.4 标称值

二、分类及特点

2.1电阻分类及特点介绍

2.2常用电阻器件详细介绍

三、参数/数据手册解读

3.1 阻值

3.2 封装&功率

3.3 精度

3.5 额定电压

3.6 温度系数(TCR)

3.7 扩展

四、作用与使用场景

4.1 作用

4.2 使用场景

4.2.1 上下拉电阻

4.2.1.1 保证器件输入管脚状态的稳定:

4.2.1.2 用于输出/输出信号电平的转换或匹配：

4.2.1.3 上下拉电阻取值原则

4.2.1.4 上下拉电阻注意点及具体电流参考

4.2.2 电阻限流作用

4.2.3 电阻的分压、分流功能

4.2.4 匹配电阻

4.2.5 全频段滤波与品质因数

4.2.6 0Ω电阻

4.2.7 RC电路

4.3 【注意事项】

五、应用与选型

5.1 案例：LED电路——R15阻值？

5.2 案例：USB接口

5.3 降额使用

一、基本原理

1.1 介绍

导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。电阻（Resistance，通常用“R”表示）是一个物理量，在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号为Ω。

1.2 计算公式

功率和电压，电阻值间关系： $V=\sqrt{P*R}$

1.3 单位

电阻的单位是欧姆，简称欧，用希腊字母“Ω”表示。常用的电阻单位还有千欧姆(KΩ)，兆欧姆(MΩ)，它们的关系是：

1KΩ=1000Ω，1MΩ=1000KΩ
在电原理图中为了简便，一般将电阻值中的“Ω”省去，凡阻值在千欧以下的电阻，直接用数字表示；阻值在千欧以上的，用“K”表示；兆欧以上的用“M”表示。

1.4 标称值

国家标准规定了电阻的阻值按其精度分为两大系列，分别为 E-24 系列和 E-96 系列，E-24 系列精度为 5%，E-96 系列为 1%，在这两种系列之外的电阻为非标电阻，较难采购。下面列出了常用的5％和 1％精度电阻的标称值，供大家设计时参考。

上图仅供参考，有一些错误。

二、分类及特点

2.1电阻分类及特点介绍

我们从不同角度，可以对电阻器的种类作不同划分，如下图所示：

1.按用途分类，这种分类方式侧重于电阻的实际电路设计应用：

通用型：适应一般技术要求的电阻，功率在0.06W – 1W之间，阻值在1Ω – 22MΩ之间，允许误差为1% – 10%之间；——应用于一般的数、模电路：分压、阻抗匹配、上下拉等应用。
精密型：高精密度及高稳定性（低温漂：低至2ppm/℃）电阻，功率一般不大于2W；阻值在0.01Ω~20MΩ之间，允许误差小至0.01%；相对普通电阻有更高的精度、长期稳定性、温度系数小的特性；——应用于精密仪器：医疗、量测、电信设备等，汽车电子电路，高精度电压采样电路，电源电流/功耗监测（金属箔电阻器）电路等。
功率型：又被称为发热电阻/负荷电阻，在电路中主要起到降压和限流的作用，通常具有较高额定功率，功率可达3KW以上；主要分为三类：线绕功率电阻，膜式功率电阻，实心陶瓷电阻；——应用于为大电源电路提供假负载，检测电源输出能力。高压型：能够承受瞬间的高温、高压冲击，通常用于高压装置中，功率可达100W，额定电压可达100kV，标称值可达lGΩ；通常由玻璃釉膜和合成炭膜制成；——应用于高压装置中用作分压器和吸收器，也可供整流滤波电容器的放电和熄弧用。
高频型：自身电感量非常小，常被称为无感电阻，阻值一般小于1KΩ，功率范围宽，最大可达1W；在射频和微波电路中应用的主要是薄膜贴片式电阻。

2.按特殊用途分类，这些器件对外呈现电阻的特性，但又各怀独门绝技，已不属于一般电阻的应用：

热敏电阻：一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变；分为NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）；——主要应用于对外通信接口的电路防护（例如：POTS），温度监测等；
压敏电阻：具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位（电源电路防护），吸收多余的电流以保护敏感器件（VDR）；
光敏电阻：利用半导体光电效应制成的一种电阻值随入射光强弱而改变的电阻器；——主要用于光控调光，光控开关等；
力敏电阻：利用半导体材料的压力电阻效应制成的，能将机械力转换为电信号的特殊元件（即电阻值随外加力大小而改变）；——用于各种矩力计、半导体传声器及各种压力传感器中。
磁敏电阻：一种对磁敏感、具有磁阻效应（利用半导体的磁阻效应制造的，常用InSb材料加工而成）的电阻元件；——阻值随穿过其磁通量密度的变化而变化，用于磁场强度、漏磁、制磁的检测。
湿敏电阻：利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成。——基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性测量湿度。
气敏电阻：一种半导体敏感器件，利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化的机理来进行检测。

一些电阻的图片：

2.2常用电阻器件详细介绍

碳膜电阻的阻值可以做的很高，膜越薄，阻值越高，虽然精度不高，但是高组织可使其在特定环境下适用。还具有负温度特性，温度越高，阻值越小，但不会偏的很小，适用于高压电源，雷达，射线激光设备等，一般不适用于高精度电路中，精度:5%,2%。

SMT贴片电阻一般就指这种电阻

厚膜和薄膜电阻的区别：

三、参数/数据手册解读

最重要的参数：阻值，精度，额定功率，额定电压，TCR(我们自己做项目一般不考虑)

通过网盘分享的文件：PYu-RC_Group_51_RoHS_L_11.pdf
链接: https://pan.baidu.com/s/1aM8ahc2t95gWBykSX65VFw?pwd=7sf8 提取码: 7sf8
--来自百度网盘超级会员v3的分享

（1）size：大小；（2）精度(1%和5%最常用)（3）封装(不太主要)（4）电阻温度系数：取决于规格，后面会有公式和曲线（5）卷装料和功率：重要的参数（6）电阻值

3.1 阻值

电阻阻值通常采用的是E24标准(5%)和E96标准(1%)，也有精度更高的E192标准(阻值表查询)。

在阻值选用时，尽量选取常用阻值的电阻通过串联或者并联的方式（即组合的形式）构成该阻值。由于目前1%高精度电阻价格也不贵，在一份原理图中，对于同阻值不同精度的电阻，可考虑都用高精度型号，减少元器件型号的数量。
下表可以解释目前阻值的来源。

电阻的阻值，目前是遵循 IEC60063 标准制定的。

如上表E24标准，就是5%的精度电阻。实际上就是对10开根号24次方，然后得到1.10这个值。然后（1.10）^ n次幂就可以得到E24标准的阻值了（其中n表示0-23）。得到的基本数值之后，我们还可以对这个数乘以10的 n 次方，这样就可以得到各种阻值了。比如4.7 * 10^3，就可以得到4.7K的电阻。
标识：

阻值没必要画太多时间，可以直接上网查。

3.2 封装&功率

电阻的封装主要指的是电阻的外形尺寸和引脚排列方式。常见的电阻封装形式有0402、0603、0805、1206等，这些数字代表了电阻的长度和宽度，单位是英寸。例如，0402表示电阻的长度为0.04英寸，宽度为0.02英寸。封装尺寸的选择主要取决于电路板的尺寸和布局要求。

那么，这个尺寸是多少毫米呢？我们知道，1英寸等于25.4毫米。所以换上过来0402大约1.016mm*0.508mm；我们直接认为，0.04英寸就是1毫米，0.02英寸就是0.5毫米。因此，“零四零二”的尺寸就是1毫米乘以0.5毫米。

此外，电阻的引脚排列方式也有多种，如直插式、贴片式等。直插式电阻的引脚较长，适合焊接在电路板上；贴片式电阻则适合用于表面贴装技术（SMT），可以节省空间并提高生产效率。

电阻的额定功率是指电阻在正常工作条件下所能承受的最大功率。电阻的功率与其阻值、封装形式、工作环境温度等因素有关。如果电阻所承受的功率超过其额定功率，电阻可能会烧毁或损坏。

例如在-55度到155度间，0402：1/16W；0805：1/8W；但她给了两个功率，这就要看具体电阻手册了；

电阻的额定功率通常以瓦特（W）为单位表示。在选择电阻时，需要根据电路中的电流、电压以及电阻的阻值来计算所需的电阻功率，以确保所选电阻能够承受实际工作条件下的功率要求。

此外，还需要注意电阻的降额使用。在实际应用中，为了确保电阻的可靠性，依据厂家给的功率曲线按60%降额使用。降额使用的比例通常根据电阻的封装形式和工作环境温度来确定。

如上图及左边位置表示，例如当器件温度在0-70度时，我们RC0402的阻值为1/16W【右边的P-T图在0-70时为一条直线】。如果在85度下工作的话，那按照P-T图功率具体计算大概要72%(算直线斜率)，当此时RC0402的功率就是1/16*72%=0.045W，所以适用电阻的要考虑适用环境，要是温度超过70度，我们就要考虑对电阻额定功率降额；正常在0-70度时，我们可以降到80%时去用，但当温度到达85度时，降到50%去用。当然也可以直接按60%的额定功率处理。

3.3 精度

精度通常会在型号编号中明确标注。
T：±0.01%
A：±0.05%
B：±0.1%
D：±0.5%
F：±1%
J：±5%
K：±10%
常见的精度有1%、5%，而0.5%和0.1%的精度则更多地应用于特殊场合，如作为取样电阻或反馈电阻。这些高精度电阻在电流电压检测等场景中也有广泛应用。而实际上，有些电阻的精度可能比我们这里提到的还要高。
在应用中，电阻的精度直接决定了输出电压的精度，如果选择±5%精度的电阻，则输出电源的电压波动范围将达到10%。

3.5 额定电压

根据额定功率和电阻值能算出一个工作电压，但厂家给的手册上会单独给出一个工作电压(Working Voltage)和最大负载电压(Max Overload Voltage)，实际应取计算出的工作电压和最大负载电压之间的较小值，再考虑75%左右降额来使用。超过厂家给的最大负载电压使用，从散热角度可以接受，但可能会在膜层的刻槽间发生飞弧击穿而损坏电阻。

3.6 温度系数(TCR)

温度系数：±ppm/℃，即单位温度引起的电阻值的变化。ppm（Part Per Million）表示百万分之几，比如：标称阻值为1k的电阻，温度系数为±100ppm/℃，意为温度变化一摄氏度，电阻值的变化为1k±0.1Ω，变化100℃，阻值变化为1k±10Ω，精度非常高了。电阻的温度系数精密级的在几十ppm，普通的是200～250ppm，最差的也不过500ppm。

【TCR主要与封装，电阻材质，不同温度温度，在大多数普通电路中，电阻的温度系数（TCR）确实可以忽略不计；但在高精度电路(ADC/DAC,基准电压源)、宽温度范围应用(汽车电子（-40℃~125℃）、工业设备（高温环境）等场景)、）高频或信号链电路、功率电阻时要考虑】

3.7 扩展

电阻的耗能特性及其与滤波元件的对比

电阻，作为电子电路中的核心元件，其耗能特性是我们在设计和应用时不可忽视的重要属性。电阻的耗能特性意味着它会将流经其上的电能转换为热能。这种能量转换的过程，被称为功率耗散。换句话说，电阻实际上是一个能量转换装置，它将电能转化为热能并散发出去。

功率耗散的值，通常以瓦特为单位来表示，例如十分之一瓦、八分之一瓦或二十分之一瓦等。这些数值表示了电阻能够散发的最大热量。需要注意的是，电阻的功率耗散能力与其尺寸、材料和电路设计等因素密切相关。因此，在选择电阻时，我们需要根据电路的具体需求和工作环境来确定合适的功率耗散值。
此外，电阻的耗能特性还与滤波元件形成了一定的对比。在低频情况下，滤波元件（如电感）主要通过产生感性来反射噪声，从而实现滤波的效果。然而，在高频情况下，滤波元件则可能表现出电阻的特性，即吸收噪声并将其转换为热能。这种转换过程有助于减少电路中的噪声干扰，提高电路的稳定性和可靠性。

老化系数与噪声考量

如果老化系数选择不当，将直接影响电阻的可靠性工作时间。一个不合适的老化系数可能导致电阻在实际应用中迅速老化，从而降低电路的稳定性和可靠性。

此外，电阻的噪声特性也是关键。电阻的噪声包括热噪声和电流噪声，这是由于电阻内部电流通过时，电子的自由运动所产生的。在高速、高频或模拟电路中，噪声的影响尤为显著。因此，在这些应用中，应选择具有低噪声特性的电阻。

如果错误地选择了噪声较大的电阻，并将其应用于需要高精度模拟测量的场合，即便其他参数如阻值、封装、额定功率和额定电压都选择得当，也可能因为噪声的干扰而得到错误的结果。因此，在选择电阻时，除了常规的电气参数外，还需要充分考虑老化系数和噪声特性，以确保电路的性能和稳定性。

注意：

0Ω电阻对高速电路设计有重要意义（ 0Ω电阻相当于很窄的电流通路，能够有效限制环路电流，使噪声得到限制）；
在功耗高的路径上，如果串联了电阻，选型时需要考虑电阻的额定功率；
当电阻用于设定器件的工作参数时，应选择高精度电阻

四、作用与使用场景

电子电路学习笔记（6）——电阻的作用_电路中电阻的作用讲解-CSDN博客

4.1 作用

分压、分流、限流
保持信号状态稳定：上下拉
全频段滤波
降低电路的品质因数Q

信号通路：Q越大，同频特性越陡，容易发生振铃，信号容易失真

储能电路：Q越大损耗越小

选频电路：Q越大滤波能力越强

调整线路信号质量：匹配电阻，在高速电路中对不同接时序兼容，例：不同板卡使用匹配电阻+0欧电阻进行时序兼容
0Ω电阻
RC电路（部分应用）

4.2 应用场景

4.2.1 上下拉电阻

上下拉电阻的作用，其实就是将状态不确定的信号线通过一个电阻将其固定为高电平（上拉）或者低电平（下拉）。

4.2.1.1 保证器件输入管脚状态的稳定:

边沿触发的输入管脚，如果器件内部没有内置上/下拉电阻，需外接上/下拉电阻器，使维持管脚不被误触发；

例如中断、复位等可能为边沿触发的重要信号，必须保证其在工作期间的状态稳定。

有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉/下拉电阻器的方式使处于稳定状态；

一些器件在上/下电瞬间的输出不受控（高阻），为保证输入器件管脚的稳定，外接上/下拉保证其正确状态；例如输入MOS管G极的信号，如果是高阻状态，则G极电荷积聚可能导致MOS管误导通。

确保端口常态时有确定电平，

例如：检测低电平的输入管脚，接上拉电阻器，使其常态就为高电平（适用一般设计原则）；

端口上/下拉的默认状态是否为管脚触发状态，取决于其应用需求，例如：单板上某个器件的启动有特定要求，初始默认要一直处于复位状态（假设低电平复位），那么其复位信号需下拉。

解决总线驱动能力不足：

上拉电阻提升管脚输出拉电流，下拉电阻提升管脚输出灌电流大小；

例如，有些单片机的高电平驱动能力不足（一般器件管脚的低电平驱动电流大于高电平驱动电流），需要增加上拉电阻。

悬空输入管脚比较容易受外界的电磁干扰（天线），外部上/下拉可以提高总线的抗电磁干扰能力。

4.2.1.2 用于输出/输出信号电平的转换或匹配：

电平匹配：输出、输入信号不同电平之间的转换； TTL电平输出驱动CMOS电平管脚，由于高电平电压判断不同，需要上拉电阻器用于提升驱动电压；2，不同差分电平（LVPEC,HSTL等）的共模电压有差别，采用AC耦合后再输入端电阻上/下拉分压得到满足输入共模电压要求的电平；

用于传输线终端匹配（例：戴维南匹配）
用于对CMOS结构器件输入管脚的保护：

a.保护CMOS结构输入管脚内的保护二极管，防止保护二极管过流损坏；

有些器件输入管脚内置保护二极管，防止输入信号电压超出管脚允许电压范围后破坏输入管脚内部结构，上下拉电阻有一定的分流能力，利于信号电平的稳定。

b.COMS结构输入管脚中不用的管脚不能悬空，一般接上/下拉电阻降低输入阻抗，提供泄荷通道，防止静电造成损坏。

由于CMOS结构管脚的输入阻抗非常大（MOS是电压控制型器件，输入电流很小，积聚在管脚上的电荷不容易泄放，容易损坏输入管脚。

c.上拉电阻为OD/OC门提供驱动电流：

根据IIC总线协议，上拉电阻的取值和I2C总线的频率及负载电容有关，电阻的大小对时序有一定影响，对信号的上升时间和下降时间也有影响；
电阻计算公式：Rmin＝{Vdd(min)-0.4V}/3mA；Rmax = (T/0.874) *C。

4.2.1.3 上下拉电阻取值原则

在不同硬件电路设计应用中，对上拉/下拉电阻阻值的选择有不同考虑，整体来说有如下几个方面原则：

从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑：电阻值应当足够大；
——电阻大，电流小，损耗小。

从确保足够的驱动电流考虑：电阻值当足够小；
——电阻小，电流大，驱动能力大。

过大的上拉电阻阻值，可能会使边沿变平缓（例如OD/OC门，靠上拉提供驱动电流），需要电阻与电路寄生电容形成RC滤波电路，影响信号的高频分量的传输。

综合考虑以上三点原则，一般在数字电路的上/下拉电阻设计中选取：1k到10k之间。但电阻器的参数不能一概而定，要看电路其他参数而定：

需要使用上拉电阻还是下拉电阻，主要取决于电路系统本身的需要，比如，对于高有效的使能控制信号（EN），我们希望电路系统在上电后应处于无效状态，则会使用下拉电阻。假设这个使能信号是用来控制电机的，如果悬空的话，此信号线可能在上电后（或在运行中）受到其它噪声干扰而误触发为高电平，从而导致电机出现不期望的转动，这肯定不是我们想要的，此时可以增加一个下拉电阻。而相应的，对于低有效的复位控制信号（RST#），我们希望上电复位后处于无效状态，则应使用上拉电阻。
对于驱动TTL集成电路：上拉电阻的阻值要用1~10K之间；对于CMOS集成电路：上拉电阻阻值就可以选择相对较大（小于100K）。

对于不同的电平逻辑，其高低电平的门槛电平不同，需要考虑电阻，保证能正确输出电平。

电子电路学习笔记（6）——电阻的作用_电路中电阻的作用讲解-CSDN博客

4.2.1.4 上下拉电阻注意点及具体电流参考

1.根据拉电阻的阻值大小，我们还可以分为强拉或弱拉（weak pull-up/down），芯片内部集成的拉电阻通常都是弱拉（电阻比较大），拉电阻越小则表示电平能力越强（强拉），可以抵抗外部噪声的能力也越强（也就是说，不期望出现的干扰噪声如果要更改强拉的信号电平，则需要的能量也必须相应加强），但是拉电阻越小则相应的功耗也越大，因为正常信号要改变信号线的状态也需要更多的能量，在能量消耗这一方面，拉电阻是绝不会有所偏颇的，如下图所示：

对于上拉电阻R1而言，控制信号每次拉低L都会产生VCC/R1的电流消耗（没有上拉电阻则电流为0），相应的，对于下拉电阻R2而言，控制信号每次拉高H也会产生VCC/R2R 电流消耗（本文假设高电平即为VCC）

4、强拉与弱拉之间没有严格说多少欧姆是强弱的分界，一般我们使用的拉电阻都是弱拉(单片机引脚口加10K的上拉电阻都是弱上拉)，这样我们仍然可以使用外部控制信号将已经上/下拉的信号线根据需要进行电平的更改。
强拉电阻的极端就是零欧姆电阻，亦即将信号线直接与电源或地相连接，比如，对于EEPROM存储芯片24C02应用电路，如下图所示：

其中，E0,E1,E2（地址配置位）在应用中通常都是直接强上拉到电源VCC，或强下拉到GND，因为存储芯片的地址在系统运行过程中是不会再发生变化的，同样，芯片的写控制引脚WC（Write Control）也被强下拉到GND。

5、拉电阻作为输出（或输入输出）时牵涉到的知识点会更多一些，但本质的功能也是将电平箝位，最常见的输出上拉电阻出现在开集（Open Collector,OC）或开漏（Open Drain,OD）结构的引脚。

我们有很多芯片的输出引脚是推挽输出结构（Output Push-Pull），如下图所示（还有一种反相输出的结构，本质也是一样的）：

推挽输出结构引脚的特点是：无论引脚输出高电平“H”还是低电平“L”，都有比较强的驱动能力（输入或输出电流能力）！

当推挽输出结构的控制信号为低电平“L”时，Q1截止Q2导通，电流I1由电源VCC经负载RL与三极管Q2流向公共地，我们称此电流为灌电流（Sink Current），也就是外部电流灌入芯片内部，如下图所示：
相应的，当推挽输出结构的控

制信号为高电平“H”时，Q1导通Q2截止，电流I1由电源VCC经三极管Q1与负载RL流向公共地，我们称此电流为拉电流（Source Current），也就是芯片内部可以向外提供的电流（所以称之为“源电源”），从另一个角度讲，也就是外电路可以从芯片中拉走多少电流，如下图所示：

6、灌电流能力与拉电流能力也称为芯片引脚的驱动能力。对于任何给定的芯片，引脚的驱动能力都是有限的，如下图所示为STM32单片机的IO引脚电流驱动能力（来自ST数据手册）：

由上表可知，STM32的IO引脚的驱动能力为25mA，负号“-”表示电流的方向，灌与拉的电流方向是相反的（表中SUNK为SINK的过去分词）

由于芯片引脚的驱动能力都是有限的，如果引脚驱动的负载比较重，将可能导致输出电平不正确（无法输出预定的电平），如下图所示：

假定芯片的供电电压为3.3V（忽略晶体管饱和压降），则输出最大电流25mA时，负载RL的值约为132欧姆（3.3V/25mA），如果负载值小于132欧姆，则相应输出电流会更大（超过25mA），但是芯片引脚只能提供最大25mA的电流，因此，输出电平将会下降（老板你只给我2500月薪，我就只能干2500的活，你要我干更多的活得开更多的工资，一个道理）

一般情况下，这种驱动重负载（小电阻）的电路连接是不会烧毁内部晶体管的，因为内部也是有限流电阻的，换句话讲，就算输出引脚对地短路，输出电流也不会超过最大的驱动能力（除非是不正规的芯片），当然，在实际应用过程中尽量不要超出引脚的驱动能力。

7、OC（OD）的引脚输出结构有所不同（OC结构存在于三极管，而OD结构存在于场效管，下面以OC输出结构为例，OD输出结构的原理是一致的），如下图所示：

当三极管Q1的驱动控制信号为高电平“H”时，Q1饱和导通，将对应输出引脚拉为低电平“L”，如下图所示：

但是当控制驱动信号为低电平“L”时，三极管Q1截止，如果没有外部上拉电阻的话，该引脚相当于悬空（高阻态），无法输出高电平，也就是说，OC/OD结构输出的引脚没有拉电流（向外部电路提供电流）能力。因此，我们通常都会将OC/OD引脚通过外接电阻上拉到电源电压VCC，这样引脚输出高电平时的拉电流就直接由电源VCC提供，如下图所示：

大多数比较器芯片的输出都是OD/OC输出结构，如下图所示（来自TI比较器LM393数据手册）：

很多芯片或模块向外反馈系统状态的信号引脚也是这种结构，这样用户就可以根据电路系统实际需要将电平上拉到对应的电源电压VCC，就可以省略电平转换了，如下图所示（来自东芝步进电机控制芯片TB6560数据手册）：

I2C（Inter Integrated Circuit,内部集成电路）总线也是典型的OD输出结构的应用，如下图所示：

其中，SCL与SDA都是OD输出结构输出，这样的好处是可以作为双向数据总线（也称“线或Wire-OR”功能）。I2C的上拉，是协议要求的。I2C两根线要求默认是高电平，一旦被拉到低电平就会认为有数据要发送了。在I2C主机和从机都没有控制的情况下，需要维持在高电平。而I2C硬件上都是OC门，没办法自己上拉，因此需要外部上拉电阻。这种情况算是个特例。

8、如果芯片引脚使用之前描述的推挽结构，则两个或多个芯片的引脚连接时将如下图所示：

假设如上图所示芯片的输出分别为0与1，则两者直接相互连接后，会有非常大的电流自电源VCC经Q1与Q4到公共地，虽然大多数情况下不至于烧芯片，但也会引起很大的功率消耗，同时也会导致数据冲突（芯片1总会试图将数据线拉高，而芯片2则会试图将数据线拉低，我们称之为数据冲突或总线冲突，表示双方都在抢占总线）

如果使用OC/OD输出结构，则相应的电路如下图所示：

此时，无论两个芯片的引脚输出什么状态，都不会引起数据冲突，配合各自芯片内部的数据识别电路及仲裁系统，双方都可以主动给另一方发送信息，也就是说，任何一方都可以将信号线拉高或拉低，而不会影响起数据冲突。

我们所熟悉的51单片机P0口也是OD结构，如下图所示（来自ATMEL单片机AT89C51数据手册）

这样我们可以使用同一个P0口，再配合多个片选信号即可访问多个外挂的存储芯片。

前面所述上拉电阻的阻值对输入引脚引起的功耗同样适用于输出拉电阻，因此拉电阻不宜太小，但在输出信号速度比较快的电路下，拉电阻也不宜太大，如下图所示为I2C总线上拉电阻的参考最大值（来自ST存储芯片 AT24C02数据手册）。

在总线上总会有些杂散电容CBUS，这些电容与上拉电阻RL形成了一个RC充放电电路，上拉电阻越大则充放电常数越大，这样会把原先比较陡峭的数据边沿变得平缓，如下图所示：

严重的情况下将导致数据无法正常识别，这样我们只能进一步优化电路参路，或降低通讯的速率。

SDIO接口，就是接SD卡、TF卡的接口，增加10KR-33KR的上拉电阻有助于提高驱动能力。某些小厂生产的比较水的SD卡和TF卡，会不容易被识别到，增加上拉能够减小不读卡的概率。

4.2.2 电阻限流作用

限流在某种意义上来说也是上/下拉应用中的一种，但是限流设计的目的更加偏重于对电路中电流的限制：电阻器在电路中限制电流的流过，电阻值越大电流越小。
从欧姆定律I=U/R可知，当电压U一定时，流过电阻器的电流I与其阻值R成反比。

当供电电压>负载所需的工作电压时，使用电阻起到限流作用

注意点：1,不能超过电阻的额定功率

2，尽可能只使用中供电电压和负载工作电压相差不大或者工作电流很小情况下(这就是为了第一条注意点，供电电压和负载工作电压相差不大--->分到电阻上的电压就很小，电阻电压越小，则电阻功率越小；工作电流很小---->流过电阻的电流越小，则电阻功率越小。

LED点灯电路：电阻器用于限制发光二极管的电流，控制发光量； LED通常最大电流在20mA --25mA左右，压降为2V左右（不同颜色LED压降可能不同），根据亮度需求，电流范围一般在5mA–15mA之间；但是不同应用场景（板内和对外接口，室内和室外等）的LED亮度要求不同，具体场景具体分析。

左边电路，LED两端电压为3.3V，超过了LED的额定电压(就是上文的工作电压意思)，LED会损坏；

右边电路为使用电阻限流的电路，先计算所需电阻的电压：

$V_{3.3V}=V_{R}+V_{LED}$

$V_{R}=V_{3.3V}-V_{LED}=3.3-2=1.3V$

$\because$ LED的工作电流最好为5mA

$R=U/I=1.3V/5mA=260\Omega$

则将电阻阻值设为260 $\Omega$ ，这样LED的工作电压就为2V，工作电流就为5mA。

三极管/MOS管电路，电阻用于控制三极管/MOS管所处的工作状态。根据三极管放大倍数，计算IBE电流和ICE电流关系，让三极管工作在预想工作区域：放大区或饱和区；在数字电路中MOS管一般当作理想开关（除缓启动等特殊应用），使其工作于可变电阻区。
按键、开关电路：串接电阻器用于限制电容器短路瞬间时的大电流冲击，避免电容器损坏和产生过冲脉冲；
不止是按键/开关电路，类似有电容器电压瞬间接地的应用，都要考虑串接限流电阻，例如在位信号。
ESD防护电路：人容易触碰到的板内器件，可插拔连接器（单端信号线），面板接口（复位按键，指示灯等）等，这些位置更容易由接触而引入ESD，导致器件损坏，串接大电阻（百欧姆级别）用于ESD防护；
对外通信/业务/调试接口或者重要的板内芯片调测试接口，使用专用TVS管来防护；另外，使用大电阻串接防护会对信号质量（边沿）有影响，高速信号需谨慎使用。
开关电源脉冲尖峰吸收电路（RCD）：MOS管开关瞬间存在电压尖峰，RCD电路用来吸收漏感能量，减缓电压尖峰。
变压器原边电感存在漏感（Lk），MOS管关断瞬间漏感电流不能突变，导致MOS管D极电压产生尖峰，可能损坏MOS管。

4.2.3 电阻的分压、分流功能

1、电阻分流公式： $I_{VCC}=I_{1}+I_{2}+I_{3}+......$

通过选择合适的分流电阻阻值，可以控制不同分支中的电流大小，从而满足特定的电路要求.

上图VCC为10V，电机的工作电压/电流为5V/500mA,要是只考虑上文的电阻限流作用，电阻工作功率是2.5W ，10 $\Omega$ ，功率/功耗太大了，电阻会直接烧掉。

解决方法：1>换更大功率的电阻，有10 $\Omega$ ，2W的电阻，但还是会很烫

2>电阻分流功能，给对应电阻多加几个电阻分路，如上图形式并联，保证并联总电阻为10 $\Omega$ ，但是5mA的电流被三个电阻分流，不会那么大，假设我们只有1/4W的小功率电阻，计算如下：

单个电阻功率 $P=U*I=0.5A*5V=2.5W$ ；

我们使用1/4W的电阻，则 $2.5W/0.25W=10$ 个电阻，设电阻为R，则 $1/(1/R_{1}+1/R_{2}+....)=10\Omega$ ,算出R=100 $\Omega$ ，则并联10个100 $\Omega$ 、1/4W的电阻，等效成10 $\Omega$ 的电阻，原来单个电阻时，流过电阻的电流为0.5A，现在电阻分流后，流过每个电阻的电流为0.05A，每个电阻功率为 $P=U*I=0.05A*5v=0.25W$ ,电阻不会烧掉。

2、电阻分压公式：

通过电阻的串联得到我们需要的参考电压，常用于电压采样和电流采样。

4.2.4 匹配电阻

当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配之一。
电阻的匹配电阻作用主要是调整电路中的阻抗，以实现信号的最大传输或最小反射。

匹配电阻的阻抗与待匹配电路的阻抗相等，从而确保电路中的信号能够得到最佳的传输。匹配电阻通常采用无感电阻，即具有纯电阻而没有电感或电容，这样可以避免电感或电容对信号的频率响应产生干扰。当待匹配电路的输出阻抗与输入阻抗不匹配时，会产生反射信号。通过在待匹配电路的输入或输出端添加匹配电阻，可以调整阻抗，使其与待匹配电路的阻抗匹配，从而最小化信号的反射和损失。

电阻的匹配通常涉及到两种类型：

静态匹配：静态匹配是指在直流或低频电路中，要求电阻器件的电阻值相等或非常接近。这种匹配通常用于电压分压器、电流分配器等需要稳定性和精度的电路中。通过选择相近的电阻值，可以确保电路的稳定性和精度。在低频电路中，一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑。如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。
动态匹配：动态匹配是指在高频或高速电路中，要求电阻器件的阻抗相等或接近。这种匹配通常用于射频电路、微波电路等需要匹配传输线特性的电路中。通过匹配电阻阻抗，可以最大限度地减少信号反射和传输线损耗，提高电路的性能和稳定性。在高频电路中，需要考虑反射的问题。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。当信号传输线的特征阻抗和负载阻抗不一致时，阻抗变化，就会在负载端产生反射。因此需要采用端接电阻的方式使阻抗一致。常用的方法：源端端接、并联端接、戴维宁端接、RC端接

在高速信号设计中，有时会在信号的源端或者终端加一些电阻进行阻抗匹配。一般的经验值是在源端串联22Ω或者其他小于50Ω的电阻。

要理解匹配电阻，需要有信号完整性、阻抗匹配、信号传输线理论等一些相关知识。这些内容都是比较复杂的，在电阻这就不细说了。

如下图，是RK3399关于以太网控制器相关信号的建议连接方式，其中就有用到22Ω的匹配电阻。

4.2.5 全频段滤波与品质因数

电阻可以起到全频段滤波的作用，另一个作用是降低电路的品质因数Q。

在储能电路中，Q值越大，意味着损耗越小；在选频电路中，Q值越大，意味着滤除其他频带信号的能力越强，所以Q值越大越好；但在电源或信号线路中，Q值越大，通频带内特性曲线越陡峭，越容易引发振铃等现象，信号通过这种回路后容易发生失真，所以Q值小较好。

4.2.6 0Ω电阻

0欧电阻不代表阻值为0，实际阻值的约为几十mΩ，常见的等级有20mΩ、30mΩ、50mΩ三个等级，具体需要参考数据手册。同时，0Ω电阻需要考虑其通流能力。
普通常用的0Ω电阻，阻值一般不大于50mΩ的。在电阻温度小于70℃时，过流能力如下表所示：

当然上面的过流能力，只是一般的规律是这样，不同厂家因为工艺、材料的不同会有所区别。具体过流能力，还要看厂家给的手册。

模拟地与数字地单点接地

比如在Layout时，模拟地和数字地需要分开，进行单点接地，可以使用0Ω电阻进行跨接。当然有些时候也有看到是用磁珠进行单点接地的，
磁珠连接：带阻限波器，抑制某一频段（高频段）的噪声，预先评估噪声频点，并选择合适磁珠；
电容连接：隔直通交流，没有直流通路，会累计电荷造成浮地；
电感连接：抑制低频段噪声干扰；
0Ω连接：相当于很窄的电流通路（类似单点接地），能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。

其中0Ω电阻连接是比较好的；我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。

为调试方便或电路兼容设计需求

在硬件设计过程中总会碰到一些不明确的设计需求，或者无法确定实际电路效果，所以需要设计0Ω电阻提供一个试错后的调整机会。
作跳线使用；例如：IIC控制器二选一电路；
匹配电路中参数不确定，用0Ω替代，调试后再替换；
PCB布线时走线困难，用0Ω跳过；
方便调测试；利用0Ω电阻器建立方便调试的硬件通道，在正式版本中取消；利用0Ω电阻可以接电流表，方便电流测试；
用于电流回路平面不连续时的跨接：当分割电源/地平面后造成信号最短回流路径的断裂，在分割区上跨接0Ω电阻器（不同电位平面之间使用nF级别电容），可以提供更短的回流路径
替代跳线座/拨码开关：使用选焊确定不同单板/应用场景的不同配置，避免拨码开关/跳线帽的失效风险。

电子元器件-电阻初篇/基础，multisim使用_multisim 电阻-CSDN博客

0Ω电阻详解 - bujidao1128 - 博客园

4.2.7 RC电路

RC电路的应用非常广泛，其核心作用是通过电阻和电容的充放电特性实现像滤波、延时、耦合、隔直、波形转换(RC积分电路)、脉冲触发(RC微分电路)、阻抗匹配、保护缓冲(继电器线圈并联RC吸收浪涌电压)等作用。

关键参数：

时间常数：τ=RC决定充放电速度(τ越大，充放电越慢);
截止频率：滤波器的频率分界点，由R和C的值决定。

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RC滤波电路：

(为无源RC一阶滤波电路)

RC低通滤波器：

$f_{t}$ 就是截止频率，当输入信号频率等于 $f_{t}$ 时，衰减-3dB,峰值变为原来峰值的0.707倍；

例如： $f_{t}$ =1k, 现在有一个频率为1k，峰值为1V的交流电信号，通过一阶RC电路后，频率不变，峰值变为0.707V。

原理：其实就是容抗和分压原理，f越大，容抗越小，电容分压越小，，大多数的电压被另一个电阻分走了，电容两段的电压就小了，相当于降低高频幅度了；

$V_{out}=V_{in}*(R_{c}/(R_{C}+R_{12}))$ ,当 $V_{in}$ 频率f越大时， $R_{c}=1/[2 \pi*f_{vin}*c]$ ；Rc越小；所以输出电压越小；

【其实本质是电容充放电原理，τ=RC决定充放电速度。电容充电需要时间，如果原来的输入信号频率很高(变化得很快)，电容来不及充满电(充电充得很浅)【输入信号的电压变化速度大于电容的充放电速度时】，电压值就到了和输入信号电压一样大，随即开始发电；之后当放电到和上升的输入信号电压一样大时，又开始充电，循环往复，但始终充不满。所以电容一端的电位幅值不大（信号衰减得严重）】

作用：滤除低频电信号中的高频噪声，让信号变得平滑

RC高通滤波器：

高低频是相对截止频率来比较的；将低通滤波器的R和C位置调换；区别于低通滤波器输出的是电容两端电压，高通滤波器输出的是电阻两端电压；

原理：和低通一样，就是利用了电容的充电速度跟不上输入信号变化速度而形成的，但过程正好相反；

(30 封私信) 一文彻底讲透电容【5】—— RC滤波器（低通/高通） - 知乎

rc滤波电路_层层讲解滤波电路工作原理-CSDN博客

RC电路解析-CSDN博客

4.3 【注意事项】

DC-DC电路反馈分压电阻，取值越大越好吗？_dcdc fb反馈电阻的选择-CSDN博客

五、应用与选型

计算所需电阻的阻值，计算电阻器消耗的功耗，要留有一定裕量。根据阻值和功耗选择合适的系列和封装。根据算出的阻值，选择最接近的标称值电阻；根据功耗需求，选择合适的封装。
尽量选择常用,低成本的或者BOM中公用的电阻。比如对于一些对阻值不敏感的应用场合，如上拉或下拉电阻，可以选取BOM中已有的电阻，已降低BOM中的元件种类。

5.1 案例：LED电路——R15阻值？

在点灯电路中，我们通常会看到一个上拉电阻或下拉电阻。这些电阻的作用是为开关提供一个默认的状态。例如，在iPG DOWN的点灯电路中，由于开关是开漏类型，必须外部加上拉电阻才能确保在信号未配置完成时，开关处于断开状态。这样，当信号配置完成后，上拉电阻将信号拉高，使开关导通，灯泡亮起。

二极管的工作电流和压降：
按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10~100mcd间的叫高亮度发光二极管。
一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同，也就是所谓的高亮型LED)。

步骤：

确定 LED 工作电流和压降：首先需要确定普通型 LED 的工作电流，可以从 LED 的规格书或数据表中找到。假设 LED 工作电流为 I_LED。
计算电阻值：根据 LED 的工作电压和电流，以及电源电压和 MOS 管的特性，计算 R15 电阻的取值。在这种情况下，R15 的作用是限制 LED 的电流，保护 LED 和 MOS 管不受过大的电流损害。可以使用以下公式来计算 R15 的取值：
电阻值（Ω） = (电源电压 - LED 工作电压) / LED 工作电流选择最接近的标准电阻值：根据计算得到的电阻值，选择最接近的标准电阻值。考虑到实际情况，可选取最接近的标准电阻值。
功率考虑：确保选取的电阻能够承受通过的电流，避免过载烧坏。计算所需的电阻功率：电阻功率（W） = (电源电压 - LED 工作电压) × LED 工作电流确保选取的电阻功率大于等于计算得到的电阻功率。
温度系数：根据实际情况考虑电阻的温度系数，以确保在不同温度下电路稳定。
验证与调整：完成以上步骤后，在实际电路中验证选取的电阻是否满足需求，根据实际情况进行调整。

5.2 案例：USB接口

在进行USB设计时，无论是2.0还是3.0接口，我们需要考虑对外提供的电源。特别是在连接光驱或高功率设备时，根据应用场景的需求，我们可以考虑将USB接口的限流到1A。因为大部分光驱只需要5W的电流，而5伏1安就是5瓦，这已经足够大部分光驱使用了。

对于USB芯片的限流管脚，我们需要设计一个电阻来满足限流要求。通过计算公式，我们可以算出电阻的值，使得最小限流电流满足要求。然后我们将这个电阻的值带入最小电流公式中，以确保限流值在范围内。

在选择电阻时，我们可能遇到标准电阻值不足的情况。例如，我们无法找到50kΩ的电阻，但可以选择47kΩ的电阻。然而，由于47kΩ的精度可能会产生误差，我们需要考虑这一点。另外，对于电阻的精度和实际计算结果的偏差，我们需要计算和留有适当的余量，通常在设计时会选择更小的电阻以确保电流限制在设定范围内。

在设计过程中，我们必须注意确保所选电阻的精度和值，以及计算结果与实际需求的匹配，以此来满足USB接口的设计要求。

5.3 降额使用

符号缩写含义如下：

符号	含义
Pr	额定功率
Pm	峰值脉冲功率
Ur	最高工作电压
Um	峰值脉冲电压
T	实际环境温度
Ts	额定环境温度
Tmax	标称最高工作温度
Imax,Ta	最大工作电流
Pamx,Ta	最大功率Ur

电阻

[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。

平均功率：
计算平均功率时，电压使用Vrms有效值，当电压不是恒定值时计算需要考虑脉冲状态，如时钟匹配电阻。需要注意，额定功率值厂家有时使用峰值功率，有时使用平均功率。
购的绝大多数电阻额定环境温度Ts为70℃，所以如果能保证电阻器工作温度在70℃以下，采用60%功率降额即可。如果电阻器工作温度高于70℃，则需要按照公式计算。

脉冲功率：
脉冲功率按照单脉冲、多脉冲来划分。不同系列电阻的单脉冲峰值功率曲线不同，而不同厂家的多脉冲评估方法可能存在差异，具体应用时需要查阅厂家资料。
峰值脉冲功率Pm在不同脉宽下的值不同，一般来说Pm会以图表的形式呈现在电阻的datasheet中

环境温度高于70℃时，需按照温度曲线进一步降额：

稳态电压
稳态电压要求不超最高工作电压Ur的70%。Ur取 (PrR)0.5 值与同系列最高使用电压中的较小值。
如某0.25W/1MΩ的电阻，(PrR)0.5=500V，查阅厂家手册，最高使用电压为250V，则最高工作电压Ur取值为250V。

脉冲电压
脉宽＜1s时，若无特殊规定，峰值脉冲电压Um取同系列电阻的最高过负荷电压。
脉宽≥1s时，按稳态电压的要求降额。

NTC热敏电阻

[1]：NTC热敏电阻降额需要同时满足电流（功率）和温度降额要求。

[2]：不同温度点下的Imax,Ta、Pmax,Ta需要根据降额曲线确定。

感温型NTC由于应用功率小（需避免自热影响监测精度），因此实际应用可不需要考虑功率降额。感温型NTC一般不需要考虑温度降额，除非工作温度已超出线缆和插头（电缆安装型NTC）可承受的温度范围。
NTC热敏电阻稳定工作且达到热平衡后，可采用热电耦测试环境温度。测试时热电耦离NTC本体1.2cm左右，不能接触任何器件。

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