10-《電子入門趣談》第二章_電子電路的神經網絡-2.1.1電阻

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模擬電子技術是“磨”出來的，這句話說得真是太漂亮了，我們在初中的時候就開始學習電阻電容等電子基礎知識，悲哀的是好多人都大學生了對於電阻電容的理解還是處於初中水平，唉，是不是被我說中了，內心感到一絲的淒涼。事實上想要改變這個狀態也很簡單，就是親自去做點東西出來，在做東西的過程中你就會對好多簡單的知識點擁有了更深入的認識，這一章節裏我們將談論一些常見的電阻元器件和常見的經典電路，不過不再是簡單的原理展示，而是實實在在的應用經驗，與大家分享一下，希望能帶給大家一些驚喜，如果您能弄懂下面介紹的這些知識，那您就是一個地道的電子高富帥了。

2．1 常見電子元件器件

2．1．1 電阻

電阻是我們最最常見的器件，我們不再對它做基礎介紹，而是講解一下它在電路中的一個特別重要的作用：上（下）拉電阻。這個作用再好多地方會提到，尤其是單片機的外圍電路中應用較多。

以上拉電阻爲例：

（1）定義：

上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平！電阻同時起限流作用！下拉同理。一般來說上拉是對器件注入電流，因爲上拉電阻都要接電源，下拉是輸出電流，因爲下拉電阻一般是接地，只有被注入電流的份兒。電流的弱強只是由於上拉電阻的阻值不同，沒有什麼嚴格要求。

對於集電極（或漏極）開路輸出型電路（如普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是爲集電極開路輸出型電路輸出電流通道。第一章我們提到了51單片機排阻的功能，它實際上就是在集電極開路情況下使用了上拉電阻。如下圖所示，集電極開路就是集電極上沒接任何東西，三極管若導通，單片機的P0口就是一根懸空的導線而已，給它加一個上拉電阻R後，這回三極管導通後P0口就會老老實實的被拉高。

（2）應用範圍

下面這8條應用範圍在網上流傳很廣，在此再對其中一些補充幾句知識點說明。

Ø 當 TTL 電平驅動 COMS 電平時，如果 TTL 電路輸出的高電平低於 COMS 電路的最低高電平（一般爲 3.5V ），這時就需要在TTL 的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。

知識點：所謂的TTL 電平和CMOS電平的區別就是各自的高低電平的不同而已，TTL的輸出高電平>2.4V，輸入高電平>=2.0V，輸出低電平<0.4V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。CMOS的高電平接近電源VCC，低電平接近0V，而且噪聲容限也很高。所以TTL想驅動CMOS電平的話還真得需要上（下）拉電阻來輔助。

Ø OC 門電路必須加上拉電阻，才能使用。

知識點：OC門就是指集電極開路，上文中提到了，必須要加上拉電阻才能正常使用。

Ø 爲加大輸出引腳的驅動能力，有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。

說明：51單片機的P0口就是這個樣子滴。

Ø 在 COMS 芯片上，爲了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。

Ø 芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。

Ø 提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。

說明：電磁干擾被我們一個老師推崇爲搞電子的最高境界，最低境界爲單片機-_-!!。

Ø 長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。

Ø 在數字電路中不用的輸入腳都要接固定電平，通過 1k 電阻接高電平或接地。

說明：數字電路中的電平都必須要非常規範，高電平就讓它高高的，低電平就讓它低低的，模棱兩可的話容易引發意想不到的災難。

（3）阻值的選擇原則

Ø 從節約功耗及芯片的灌電流能力考慮應當足夠大；電阻大，電流小。

知識點：在單片機領域裏，您會經常看到拉電流和灌電流這兩個術語，所謂拉電流是指的單片機向外輸出電流的能力，就像一個小孩從外面把電流拉出來，所以叫拉電流；灌電流就是向單片機內輸入電流的能力，就像一個小孩往裏面灌水，所以叫灌電流。51單片機I/O口內部的電阻若選擇10K，那麼他的拉電流也就幾個毫安，但是灌電流可能達到幾十個毫安，所以51單片機引腳控制二極管的時候通常作爲輸入引腳。

Ø 從確保足夠的驅動電流考慮應當足夠小；電阻小，電流大。

Ø 對於高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。

Ø 驅動能力與功耗的平衡。以上拉電阻爲例，一般地說，上拉電阻越小，驅動能力越強，但功耗越大，設計是應注意兩者之間的均衡。

Ø 下級電路的驅動需求。同樣以上拉電阻爲例，當輸出高電平時，開關管斷開，上拉電阻應適當選擇以能夠向下級電路提供足夠的電流。

Ø 高低電平的設定。不同電路的高低電平的門檻電平會有不同（如TLL，CMOS等），電阻應適當設定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻爲例，當輸出低電平時，開關管導通，上拉電阻和開關管導通電阻分壓值應確保在零電平門檻之下。

Ø 頻率特性。以上拉電阻爲例，上拉電阻和開關管漏源級之間的電容和下級電路之間的輸入電容會形成 RC 延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設定應考慮電路在這方面的需求。

綜合考慮的話，上拉電阻通常在 1k 到10k 之間選取。對下拉電阻也有類似道理。

（4）常見實物電阻

市面上常用於電路設計的實物電阻有兩種：軸向電阻和貼片電阻。

軸向電阻：就是傳說中的需要看色環來區分阻值大小的電阻，樣子如下圖所示，在麪包板設計中經常被使用，好多人面對軸向電阻時最頭疼的就是看色環，因爲軸線電阻往往比較小，大概在5~6mm的樣子，上面的色環就更小了，大概1mm的樣子，所以顏色不太容易區分，還有就是不知道從哪邊開始數色環，方向反了的話整個阻值就辨認錯了，通常還得藉助萬用表來確認，使用起來及其不方便。建議大家從網上下載一個其他高人做的色環電阻識別的Flash小軟件，它能幫你很快的確定阻值大小，不過話又說回來，插電路的時候誰還隨身抱個大電腦去啊，所以這樣的軟件可以用來閒時背誦一下各種常見電阻色環的排列方式，爭取達到一個快速識別實際電阻值的效果。

貼片電阻：隨着電子電路的高度集成化發展，電子元器件的小型化趨勢勢不可擋，所有的元器件必將朝着體積小功能全的方向發展，貼片器件就是其中一個典型，不光是電阻有貼片，電容，二極管各種芯片等等基本都有自己對應的貼片封裝。下圖爲貼片電阻的一個示意圖，上面的103代表10的3次冪，也就是1K電阻，常用貼片電阻的尺寸類型有0805和0603。

知識點1：貼片電阻常見封裝其實有9 種，0805和0603是其中兩種，它們的大小尺寸用兩種尺寸代碼來表示，一種尺寸代碼是由 4 位數字表示的EIA( 美國電子工業協會)代碼，前兩位與後兩位分別表示電阻的長與寬，以英寸爲單位。我們常說的0603封裝就是指英制代碼。另一種是米制代碼，也由4 位數字表示，其單位爲毫米，1inch=25.4mm。下表列出貼片電阻封裝英制和公制的關係及詳細的尺寸，該表格同樣適用於貼片電容。

英制 (inch)	公制 (mm)	長(L) (mm)	寬(W) (mm)	高(t) (mm)
0201	0603	0.60±0.05	0.30±0.05	0.23±0.05
0402	1005	1.00±0.10	0.50±0.10	0.30±0.10
0603	1608	1.60±0.15	0.80±0.15	0.40±0.10
0805	2012（2125）	2.00±0.20	1.25±0.15	0.50±0.10
1206	3216	3.20±0.20	1.60±0.15	0.55±0.10
1210	3225	3.20±0.20	2.50±0.20	0.55±0.10
1812	4832	4.50±0.20	3.20±0.20	0.55±0.10
2010	5025	5.00±0.20	2.50±0.20	0.55±0.10
2512	6432	6.40±0.20	3.20±0.20	0.55±0.10

知識點2：如果您想從事電子電路設計這個光明行業的話，有一個非常重要的知識點要掌握，那就是元器件的封裝類型，這個知識點在後本書第四章提到的PCB設計中極其重要，它決定了印刷電路板的格局。所謂的封裝，就是指把半導體集成電路或常見電子元器件“包裹”起來用到的外殼的樣子，上面提到的軸向電阻和貼片電阻就是電阻的兩種不同的封裝形式，還有各種電容、電感、二極管、三極管、按鍵、開關、繼電器都有自己對應的封裝類型，繪製PCB的時候只有根據他們封裝的樣子才能畫出正確的管腳插口。下面是芯片的一些常見封裝類型。

DIP

Dual In-linePackage

雙列直插封裝