淺析電子工程之電阻器應(yīng)用

電阻器是幾乎所有電氣或電子電路中的基本元件。電阻控制流過它們的電流量。它們控制與其相連的各個(gè)組件中的電壓。如果沒有電阻，各個(gè)元件就無法處理電壓，并可能導(dǎo)致過載。

上拉電阻

在電子電路中，邏輯系統(tǒng)的輸入必須在所有條件下保持或穩(wěn)定在明確定義的固定邏輯值。邏輯電路有三種可能的狀態(tài)，即高阻抗、低阻抗和高阻抗。當(dāng)引腳懸空即未連接到高電平或低電平時(shí)，就會(huì)發(fā)生高阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，它也被稱為浮動(dòng)狀態(tài)。

請(qǐng)考慮以下電路。

在這里，逆變器的柵極U1有兩個(gè)引腳-輸入引腳和輸出引腳。

當(dāng)開關(guān)S1閉合時(shí)，輸入引腳連接到確定的電勢(shì)，即在這種情況下連接到地。因此，輸入狀態(tài)低，狀態(tài)穩(wěn)定。

當(dāng)開關(guān)S1打開時(shí)，U1的輸入引腳處于浮動(dòng)狀態(tài)，即未連接到任何事物。在這種情況下，U1的輸入狀態(tài)是不確定的。這是一個(gè)非常虛弱的狀態(tài)。電路中的電噪聲會(huì)導(dǎo)致各種各樣的問題。由于這些電噪聲，柵極的輸入變?yōu)楦唠娖交虻碗娖健?/p>

因此，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，需要連接以將輸入引腳連接到電勢(shì)。關(guān)閉開關(guān)時(shí)，應(yīng)刪除此連接。通過遵循這種技術(shù)，我們可以在開關(guān)打開或關(guān)閉時(shí)將U1的輸入引腳保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

在上述電路中，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，輸入連接到VCC。此連接可確保輸入連接到有效的電勢(shì)VCC。因此，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，輸入處于高電平狀態(tài)。

但是當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電路中存在問題。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，VCC和接地之間有直接連接。這種直接連接會(huì)使電路短路。在這種情況下，最不期望的是整個(gè)系統(tǒng)將停止工作。最壞的情況是它會(huì)燒毀電線和連接到它們的組件。

原因是VCC和接地的直接連接將允許大電流從VCC流向地面。這種連接會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，可能會(huì)燒毀電線和零件，甚至可能著火。

因此，必須限制電路中流動(dòng)的電流量。

在這種情況下使用電阻器來避免此問題。該電阻器的功能是在開關(guān)S1閉合時(shí)限制電路中流動(dòng)的電流量。該電阻器被命名為上拉電阻，因?yàn)樗畛鯇⑤斎肜吝壿嫺唠娖健?/p>

當(dāng)開關(guān)S1斷開時(shí)，輸入引腳通過電阻連接到VCC。這將使輸入引腳的狀態(tài)為邏輯高電平。

當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，柵極的輸入引腳接地。這將使輸入引腳的狀態(tài)為邏輯低電平。

電阻器的端子接地?，F(xiàn)在，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電流將通過電阻從VCC流向地。這種連接不被認(rèn)為是短的，因?yàn)殡娮钑?huì)將從VCC流向地的電流量減小到一個(gè)非常小的值。

當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，從VCC流向地的電流量可以使用歐姆定律計(jì)算。

如果電源電壓為VCC=5V，電阻電阻為10KΩ則I=VCC/R

I=5/（10*103）

I=0.0005安培或I=0.5*10-3安培

上拉電阻用于邏輯電路，以確保在沒有輸入信號(hào)的情況下將引腳拉至邏輯高電平。微控制器用于嵌入式系統(tǒng)，即實(shí)時(shí)系統(tǒng)。因此，微控制器對(duì)其輸入的最小變化很敏感。因此，有必要確保微控制器的輸入不會(huì)處于浮動(dòng)狀態(tài)。

例如，考慮微控制器中的以下邏輯。

此處，電阻R1充當(dāng)上拉電阻。當(dāng)開關(guān)未按下或打開時(shí)，微控制器的輸入引腳將處于邏輯高電平。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入引腳被拉至邏輯低電平，小電流從VCC流向地。

如果沒有上拉電阻，則電源和接地之間存在直接連接，這被認(rèn)為是短路。

選擇正確的上拉電阻是一項(xiàng)重要任務(wù)。當(dāng)上拉電阻值較低時(shí)，這種情況稱為強(qiáng)上拉。這是因?yàn)楦嗟碾娏髁鬟^輸入引腳。

相反，當(dāng)上拉電阻值較高時(shí)，這種情況稱為弱上拉。這是因?yàn)榱鬟^輸入引腳的電流較少。

選擇上拉電阻時(shí)需要滿足兩個(gè)條件。

1.當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入接地并被拉至邏輯低電平。電阻R1的值將決定從VCC流向地的電流量。

2.當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，微控制器的輸入引腳被拉至邏輯高電平。電阻R1的值將決定輸入引腳上的電壓。

一般電阻的拉阻應(yīng)比微控制器輸入引腳的拉阻小十倍

微控制器輸入引腳的電阻可以在100KΩ到1MΩ之間。通常，上拉電阻R1的值選擇在10KΩ至100KΩ范圍內(nèi)。

但是當(dāng)選擇大上拉電阻時(shí)，輸入引腳對(duì)電壓變化的響應(yīng)很慢。這是因?yàn)轲佀偷捷斎胍_的輸入信號(hào)將來自與上拉電阻耦合的電容器系統(tǒng)。這種組合形成了一個(gè)RC濾波器。該RC濾波器需要時(shí)間來充電和放電。這個(gè)時(shí)間可以用等式計(jì)算

τ（Tau）=R*C

如果需要高數(shù)據(jù)速率，則上拉電阻的值應(yīng)該小得多，通常在1KΩ到4.7KΩ。

上拉電阻的實(shí)際值為10KΩ和4.7KΩ。

下拉電阻器

下拉電阻的應(yīng)用與上拉電阻類似，不同之處在于它最初將輸入引腳拉至邏輯低電平。

當(dāng)上述電路中的開關(guān)S1閉合時(shí)，柵極U1的輸入引腳處于邏輯高電平狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電阻R1將輸入引腳電壓下拉至地。

例如，考慮以下微控制器電路。

當(dāng)按下或關(guān)閉開關(guān)時(shí)，微控制器的輸入引腳處于邏輯高電平。如果開關(guān)開路，則下拉電阻將微控制器的輸入引腳拉至邏輯低電平。

限流電阻器

電流限制是將流過組件或電路的電流量設(shè)置上限的過程。限制電流的目的是避免短路等影響。電阻器可用作限流器件。

最好的例子是給發(fā)光二極管（LED）上電。LED是一種半導(dǎo)體器件，當(dāng)小電流流過時(shí)會(huì)發(fā)光。LED中的電流是單向的，就像普通的PN結(jié)二極管一樣。LED的內(nèi)阻非常低。當(dāng)它直接連接到電源時(shí)，它會(huì)燒毀。

因此，為了給LED上電，電壓源和電阻器串聯(lián)到LED。這些電阻器稱為鎮(zhèn)流電阻器。LED對(duì)電流非常敏感。點(diǎn)亮LED幾毫安的電流就足夠了。所有LED都指定了其額定電流。因此，我們可以選擇合適的電阻器來限制流過發(fā)光二極管的電流并防止其燃燒。

如果LED的額定電流為0.15A，則5V電源的電阻值計(jì)算如下（假設(shè)LED額定電壓可以忽略不計(jì)）。

R=V/Iled=5/0.15=333?.

在某些情況下，同時(shí)指定了LED的額定電壓和額定電流。在這種情況下，可以使用以下公式計(jì)算適當(dāng)?shù)碾娮?/p>

R=（V–VLED）/ILED

其中V是電源電壓，VLED是額定LED電壓，ILED是額定LED電流

晶體管偏置電阻

電阻器與晶體管和IC一起廣泛用于電子電路中。晶體管（雙極結(jié)型晶體管）需要施加到基端子≈0.7V的小偏置電壓才能工作。當(dāng)在基極端子施加該偏置電壓時(shí)，基極端的小電流會(huì)導(dǎo)致大電流從其集電極端流向其發(fā)射極，這就是晶體管的功能。

晶體管的基極端子容易受到大電流的影響。因此，在偏置電路中使用電阻來限制流入晶體管基極端子的電流。