信號線上，為什么要接電阻？你一定想不到小小電阻，竟然有這么大的作用。本期貿(mào)澤科普實驗室，就讓我們一起來重新認識——電阻。

01電阻是什么？

我們常說的電阻是簡稱，可代表電阻值或電阻器。

當作為電阻值時，通過歐姆定律(R=U/I)，定義其數(shù)值（外部特性）。線性電阻的電阻值不隨電壓/電流變化；非線性電阻的電阻值會隨電壓/電流變化，如晶體管的R(DS)，會動態(tài)調(diào)整以維持恒流。

當作為電阻器出現(xiàn)時，就是一個實體，其電阻大小與材料的電阻率和長度成正比，與材料的截面面積成反比（R=p*L/S）。它表示一個物體的電阻物理屬性，是不隨外部電壓或者電流變化而變化的，例如我們常用的這種貼片或者插件電阻，不論電阻兩端的電壓是1V還是100V，1KΩ就是1KΩ。

022個實驗感受電阻對電路的影響

電阻大概是電子世界里極不起眼的器件了，它既沒有MCU或SOC那般“高端”，也不像其他集成電路那樣被視作“核心”，活脫脫像個默默無聞的NPC。可你別小看它，要是少了這個小元件，整個電子世界怕是要亂了套。不信？咱們來看下面這兩個電路。

首先是電路中常見的LED指示燈電路：

圖1

LED燈是電路工作狀態(tài)的重要指示之一，LED的亮滅、不同顏色可顯示電路當前的狀態(tài)。在電路中，LED電路中通常會串聯(lián)一個電阻。那如果去掉這個電阻會怎么樣呢？

圖2

去掉電阻之后，看似堅固的LED，居然直接冒煙燒掉了。

LED的數(shù)據(jù)手冊中，標明LED燈的正向電壓為1.6V-2.6V，正向電流可達25mA。所以，在設計時，電流可選10mA，正向電壓可選2V。

圖3

電路電源通常為3.3V、5V或者更高電壓，這個時候如果直接接入LED，LED必壞無疑呀。

串聯(lián)一個小小的電阻，就能解決了。比如5V的電源，LED正向電壓2V，電流10mA，那么電阻上需要分壓3V，所以計算可以得到電阻的阻值（5V-2V）/10mA=300Ω。只要將300Ω的電阻與LED串聯(lián)，就可以正常工作了。

另外一個電路是NE555延時開關電路：

圖4

當電路通電時，NE555的3腳輸出處于關閉狀態(tài)，NE555的7腳在內(nèi)部接地，因此電容C2完全放電。當SW1被按下時，NE555的2腳被接地，由于NE555的2腳電壓小于VCC的1/3，3腳輸出開啟，LED亮了，NE555的7腳在內(nèi)部和GND斷開了，不再接地。同時電容C2通過電阻VR1開始充電。NE555的6腳連接電容正極，當電容充電到VCC的2/3時，就會關閉3腳的輸出，LED滅，NE555的7腳在內(nèi)部重新連接到GND，電容開始放電，直到電壓歸0。

每次按下按鈕開關時，重復上述步驟，C2電容從0V充電到2/3VCC的這段時間, 就是延遲斷電時間。

重點來了，當電容C2的值一定時，通過改變VR1的阻值，就可以修改延時啟動的時間。比如調(diào)大VR1的阻值，充電電流就會變小，那么電容C2充電到VCC的2/3的時間就會拉長，那么LED燈亮起的時間也會拉長。

圖5

03盤點電阻的作用

上面的LED電路中，電阻的作用是極基本的分壓限流，而在NE555延時開關電路中，電阻可以調(diào)節(jié)時間常數(shù)。電阻的作用遠不止這兩個，下面就盤點幾種電阻常見的作用。

1）阻抗匹配和終端匹配

在一些電子產(chǎn)品中，比如單片機的I/O口會串接一個22Ω或33Ω的電阻到線路末端，很多小伙伴不理解，為什么要串一個這么小阻值的電阻？

圖6

這是因為在數(shù)字信號系統(tǒng)中，在PCB設計中，單端線路的阻抗通常會控制在50Ω，而單片機的IO口作為輸出時，本質(zhì)是控制內(nèi)部的晶體管導通與關斷，晶體管是有導通電阻的，這個也就是IO口的輸出內(nèi)阻，通常是10Ω到30Ω。

圖7

為了驗證是否存在這個輸出電阻，我們通過內(nèi)阻儀實測了STM32的單片機IO口內(nèi)阻，確實在這個范圍內(nèi)。

圖8

串聯(lián)一個22Ω或33Ω的電阻，這樣串聯(lián)電阻和驅(qū)動端輸出阻抗的總和近似50Ω，達到阻抗匹配的效果，同時，可以消除線路中的信號二次反射，提高信號傳輸效率。

而在485通訊和CAN通訊中，可以看到在信號傳輸側會并聯(lián)一個120Ω的電阻，這是電阻的終端匹配作用。

圖9

根據(jù)傳輸線理論，信號在電纜中傳播時，若末端阻抗與電纜特性阻抗不匹配，會導致信號反射。反射波與原信號疊加會引發(fā)波形畸變，如振鈴現(xiàn)象，增加誤碼率。所以CAN總線和RS485總線在末端并聯(lián)120Ω電阻的核心原因是為了實現(xiàn)阻抗匹配，從而消除信號反射、確保信號完整性。

2）特殊傳感器

電阻本身雖不是傳統(tǒng)意義上的傳感器，但某些特殊類型的電阻能通過自身電阻值隨外界物理量的變化而改變，間接實現(xiàn)“傳感”功能。這類電阻利用材料的物理特性將非電信號轉化為電信號（電阻變化），成為電路中的“特殊傳感器”。

比如熱敏電阻，電阻值會隨著溫度變化而變化，在電路中可以作為溫度傳感器使用；光敏電阻的電阻值會隨著光線強度而變化，在自動路燈控制電路中，就可以使用它作為光照傳感器使用；還有壓敏電阻、氣敏電阻等等。

3）熱效應利用

電阻還可將電能轉化為熱能，用于加熱元件，簡稱熱效應利用。家里使用的電陶爐、電熱毯、電熱水器都是利用電阻的熱效應，還有我們工程師用的電烙鐵和加熱臺等焊接工具，在設計電熱器的時候需要注意額定功率是P=I2R，實際功率是P=UI。

4）電路調(diào)試與測試

有些電路設計可能包含很多模塊或功能選擇，就會在設計電路時保留電阻跳接位置，通過焊接不同位置的電阻，來選擇不同的模塊或模式參數(shù)，這個時候的跳接電阻就是一個可斷測試點，便于硬件調(diào)試。比如下圖中的兩個電阻，在調(diào)試階段方便調(diào)試，在批量的時候就可以去掉。

圖10

這里只是分享了電阻的部分常用的使用方法。作為基礎器件，電路各個部分都有電阻的身影，大家不妨打開手邊電路圖，分析一下電阻的作用。

文末，雖然電阻很簡單，但還是有幾點注意事項再和大家強調(diào)一下：

1）在選擇電阻時，除了阻值，功率也是要注意的，電阻的額定功率需要大于實際功耗，避免過熱燒毀。

2）在精密電路中，選擇電阻時，需要注意電阻是否是高精度、低溫漂的電阻。

3）在高頻電路中，電阻的寄生電感和電容是不能忽視的。