电子元器件解析01——电阻

摘要

电阻是最基本的电子元器件之一，了解电阻的各方面特性对正确选用合适的电阻很有帮助。本文总结了关于电阻的各个性能参数，包括电阻的标称值、精度、温度系数、耐压、封装与功率；总结了电阻的分类，有多种分类依据，包括按封装分类。按功能分类。按材料分类等；最后总结了贴片电阻的阻值标注方法与色环电阻表示法。本文不涉及底层原理，仅将电阻的各方面信息做了汇总，可收藏后作为电阻各种信息查询的参考。

关键词：标称值；精度；温度系数；功率；耐压；厚膜电阻；薄膜电阻；贴片电阻；色环电阻

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一. 什么是电阻

物体对电流的阻碍作用称为电阻。电阻器是对电流有阻焊作用的器件，也简称电阻，下文中所有的电阻均指的是电阻器，而非某物体的电阻。

电阻，Resistor，符号R，单位为Ω（欧姆）。欧姆定律描述了电阻两端电压U，流过电流I与电阻阻值R的关系：
$$U=I\times R$$
电阻常用单位mΩ（毫欧），kΩ（千欧），MΩ（兆欧）。

电阻原理图符号如下图所示，建议使用中国国家标准（GB4728.5 - 2018）中推荐的画法。

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二. 电阻的性能参数

2.1 电阻标称值与精度

电阻指E6、E12、E24、E48、E96、E192这几个系列，由IEC发布的国际标准确定，电阻厂家都照此生产。

E表示指数间距（Exponential Spacing）的意思，如E96指的是按照公比$\sqrt[96]{10}=1.02428$的等比数列将1~10Ω的电阻划分成96个不同阻值，如：
$$\begin{gathered} \sqrt[96]{10}=1.02428 \\ 1.02428^0=1 \\ 1.02428^1=1.02428\approx 1.02 \\ 1.02428^2=1.04914\approx 1.05 \\ \cdots \\ 1.02428^{94}=9.53162\approx 9.53 \\ 1.02428^{95}=9.763\approx 9.76 \end{gathered}$$
这就是E96系列电阻标称阻值的确定依据，

E96的电阻是1%精度的，即标称阻值1欧姆的电阻，对应阻值范围其实是0.99~1.01欧姆，其规律如下：
$$\begin{gathered} 1\ast 0.99=0.99 \\ 1\ast 1.01=1.01 \\ 1.02428\ast 0.99=1.01404 \\ 1.02428\ast 1.01=1.03452 \\ 1.04914\ast 0.99=1.03865 \\ 1.04914\ast 1.01=1.05963 \end{gathered}$$
可见，1%精度的E96电阻并不能包含1~10欧姆所有的阻值，相邻阻值范围没有重合，中间是有空缺的。这也很好理解，E96是将10分成了96份，而1%精度要想完全表示10需要100份，中间必然是有空缺的。在实际应用中电阻值差1%通常没有影响，所以也没有必要把所有阻值包含进去。

电阻系列对应精度如下：

说明：其它精度使用较少，故未在表中列出，它们的代号为：W：0.05%，U：0.02%，H：0.01%，Y：0.005%，X：0.002%，E：0.001%。

E24系列电阻标称值如下图所示：

E96系列电阻标称值如下图所示：

1%精度电阻通常能应对大多数应用场合，因此选用率最大，厂家生成规模也最大，这使得1%精度电阻很多时候反而比5%精度电阻更便宜，所以，1%精度电阻是最常用的。

注意，E96电阻都是1%精度的，但1%精度电阻并不都是E96系列的。许多常用阻值并不属于E96系列，像我们常用的3.3k，4.7k，5.1k，6.8k虽然是E24的标称值，但同样有1%精度的电阻。如下图所示，6.8k 1%精度的电阻。

其实，6.81k的E96标称电阻应能完全替代6.8k 1%精度的电阻，但库存销量却远远不及，这是因为最初受限于电阻生产工艺水平，E24系列才是最流行的，硬件工程师选电阻值的习惯也慢慢形成了，即使现在1%精度工艺已经成熟了，E96也慢慢流行起来，但一些习惯还是保留了下来，厂家也根据市场的反馈加大那些常用阻值的产量，这就是一个历史和习惯反馈市场的现象。

2.2 电阻温度系数

电阻温度系数，Temperature Coefficient of Resistance，简称TCR。它表示电阻当温度改变 1 摄氏度时，电阻值的相对变化，单位为 ppm/℃，ppm（part per million）百万分之几。

$$TCR=\frac{R_2-R_1}{R_1\left(t_2-t_1\right)}\times 10^6\left(PPM/℃\right)$$
其中，$t_1$为环境温度，一般为25℃，$t_2$为当前温度，$R_1$为电阻在$t_1$时对应的阻值，$R_2$为电阻在$t_2$时对应的阻值，则有：
$$R_2=\frac{R_1\left(t_2-t_1\right)\times TCR}{10^6}+R_1$$
举个例子，已知$TCR=\pm 100PPM/℃\text{，}{t}_1=25℃\text{，}{R}_1=10k\Omega$，那么温度为100℃时的电阻值为多少？
$$R_2=\frac{10k\Omega \left(100-25\right)\times \pm 100}{10^6}+10k\Omega =10k\Omega \pm 75\Omega$$
可见，此10k，100PPM的电阻在100℃时会有±75欧姆的偏差，必须注意偏差是有正有负的，意思是电阻可能偏大也可能偏小。如果此电阻是1%精度的，那么其自身的偏差就有±100Ω，叠加在一起，此电阻在100℃时的最大偏差为±175Ω。

2.3 电阻耐压

电阻耐压是电阻安全工作的最大电压，体现其绝缘性能。电阻的耐压由材料、工艺、外形尺寸等决定。

如果电阻两端电压超过耐压值，电阻就会被击穿。击穿后阻值就会显著减小甚至为0，但要注意，电阻两端的电压也决定了电阻的功率，对于阻值较小、封装较小的电阻，两端电压的升高会导致功率先超过限值，从而使得电阻发热烧毁，这时电阻表现为断路。

电阻长期工作的电压建议不要超过最大工作电压的50%，以保证电阻的可靠。

关于贴片厚膜电阻封装与耐压的关系如2.4节中的图所示，注意，表中所示的为一般水平，不同厂家，不同系列的电阻会有一些区别。

2.4 电阻的封装与功率

PCB板上电阻按安装方式分可分为两类，贴片电阻与直插电阻。

电阻器的额定功率：指电阻在正常气候条件下（如大气压、环境温度等），长时间连续安全工作可耗散或可承受的最大功率。一般我们取70℃静止空气中为额定功率的最大工作温度点，电阻额定功率记为P70。电阻实际使用时，需要留有一定的功率余量，建议为额定功率的一半。

贴片电阻封装、功率与耐压的关系表如下：

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三. 电阻的分类

电阻种类繁多，按不同的分类依据可划分成不同的品类。

3.1 按封装分类

最常见的分类方式，按封装可以分为贴片电阻、插件电阻、贴片排阻、螺栓安装电阻等。

排阻：几个阻值相同的贴片电阻集成在一起，与使用多个单独的电阻性能一样，优势是节约空间。

3.2 按功能分类

可分为电流采样电阻、负载电阻/功率电阻、NTC热敏电阻、PTC热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻等，

电流采样电阻：一般用来连接电流输出型传感器，将电流信号转变为电压信号，为满足测量精度并使电压在合适的范围内，电流采样电阻一般选择高精度（至少是1%精度），低温漂（温度系数小），阻值较小的电阻。

负载电阻/功率电阻：一般用作电源输出的负载，流过较大的电流，这种电阻的封装一般很大（偏于散热），允许高温使用，对精度的要求不高。

NTC热敏电阻：Negetive Temperature Coefficient，负温度系数，NTC热敏电阻指的是阻值随温度上升而下降的一类电阻，一般用作温度采集电路中，作为温度传感器。

参考：NTC热敏电阻基础以及应用和选择 - 知乎 (zhihu.com)

PTC热敏电阻：Positive Temperature Coefficient，正温度系数，当超过一定温度时，PTC电阻的阻值随温度升高呈阶跃型增大，可用作过流/过热保护，保护原理是：电流变大 -> 温度升高 -> 阻值变大 -> 电流减小，像自恢复保险丝就是PTC电阻，它正常工作时阻值很小等同于短路，当电流增大时阻值快速增大等同于短路；也可用作恒温加热器，PTC电阻具有自动恒温的特点，当PTC电阻两端电压保持不变时，温度升高 -> 电阻变大，电流减小 -> 温度降低 -> 电阻变小，电流增大 -> 温度升高，所以电阻会保持恒温；其它功能。

参考：PTC热敏电阻工作原理和应用特性介绍-IC先生 (mrchip.cn)

压敏电阻：是一种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，吸收多余的电流以保护敏感器件。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。

参考：压敏电阻基础知识详解 - 知乎 (zhihu.com)

光敏电阻：其工作原理是基于内光电效应。光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。

参考：光敏电阻：原理及作用、符号及参数、选型及电路 - 知乎 (zhihu.com)

3.3 按材料分类

3.3.1 厚膜电阻与薄膜电阻

厚膜电阻与薄膜电阻的特征在于陶瓷基底上的电阻层，薄膜的厚度约为0.1um甚至更小，厚膜的厚度约为薄膜的几千倍。我们常用的贴片电阻，绝大部分都是厚膜电阻。厚度电阻价格低廉，但在一些性能表现上相对薄膜稍差，如精度，温度系数，噪声性能等。

参考：薄膜和厚膜电阻之间的区别 (thermistors.cn)

3.3.2 碳膜电阻、金属膜电阻与金属氧化物膜电阻

碳膜电阻：又称为碳薄膜电阻，是最早期也最普遍使用的电阻器，利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂一层碳膜。缺点是精度较差，一般为5%；温漂大，一般大于300PPM，优点是价格低廉。现在一般只在低端电子产品和一些早期设计中使用碳膜电阻，之前的很多应用场景被性能更好的金属膜电阻替代了。

金属膜电阻：又称金属薄膜电阻，制作工艺与碳膜电阻基本一样，只是将碳膜改为金属膜。优点是精度较好，一般为1%；温漂小，一般为50PPM；缺点是价格相对碳膜贵，但也很便宜了。像PCB上直插的电阻基本都是金属膜电阻，广泛应用于工业、电脑、仪表、航空等各个领域。

金属氧化物膜电阻：又称金属氧化物薄膜电阻，它是利用高温燃烧技术于高热传导的瓷棒上面烧附一层金属氧化膜（如氧化锌），抗氧化性好，耐热冲击，适合长期工作在高温环境中，而精度，温漂等性能都不如金属膜电阻。

参考：碳膜、金属膜、金属氧化膜的区别及应用-立创商城 (szlcsc.com)

碳膜、氧化膜、金属膜、绕线电阻区别在哪_百度知道 (baidu.com)

碳膜电阻一般为黄色，金属膜电阻一般为蓝色，金属氧化物膜电阻一般为灰色且表面是暗光的，没有碳膜和金属膜那么亮。

3.3.3 绕线电阻

绕线电阻是固定电阻的一种。线绕电阻器是用电阻丝绕在绝缘骨架上构成的。电阻丝一般采用具有一定电阻率的镍铬、锰铜等合金制成。绝缘骨架是由陶瓷、塑料、涂覆绝缘层的金属等材料制成管形、扁形等各种形状。

绕线电阻器的优点：精度极高，工作时噪声小、稳定可靠，温度系数小，能承受高温，在环境温度170℃下仍能正常工作。

绕线电阻器的缺点：体积大、阻值较低，大多在100kΩ以下。另外，由于结构上的原因，其分布电容和电感系数都比较大，不能在高频电路中使用。

在小功率场合，绕线电阻几乎都可以被金属膜电阻替代，所以在小功率场合应用比较少了，但在大功率场合，绕线电阻应用仍很广泛，像我们常说的水泥电阻，铝壳电阻都是用在大功率场合的绕线电阻，它们内部都是绕线，只是外部再封装了一次。

水泥电阻：用耐火泥灌封的电阻器。水泥电阻器具有外形尺寸较大、耐震、耐湿、耐热及良好散热、低价格等特性，经常用作负载电阻。

铝壳电阻：外壳采用铝合金(黄金铝壳)制造，表面具有散热沟槽，体积小功率大，耐高温，过载能力强具有耐气候性、高精度，标准低感应电阻，高稳定，强架构，其变通性佳多重组合选择，利于机械保护，方便安装使用。

参考：如何选择绕线电阻及与膜式电阻的优劣区别？【奥创电子】 (autrou.com)

参考：水泥电阻是什么？它跟普通电阻的区别有哪些？-IC先生 (mrchip.cn)

参考：详细介绍铝壳电阻的特点 - 知乎 (zhihu.com)

3.4 按精度分类

可分为普通电阻与精密电阻，一般精度要超过1%才会称为精密电阻，像0.1%的精密电阻。精密电阻对温度系数也有要求，因为温度系数也影响着最终的电阻值。

3.5 按阻值是否可调分类

可分为固定电阻和可调电阻，其中可调电阻包括滑动变阻器、电阻箱、电位计、数字电位计等。

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四. 电阻值的表示方法

贴片电阻和插件电阻的外层标识表示电阻的阻值。

4.1 贴片电阻的字母与数字表示法

贴片电阻的阻值有两种表示方法：

第一种：数字表示法，如果有R，则R表示的是小数点，具体如下：

• 0402及更小的封装因为太小了，没有空间烙印标识，所以没有标识。

• 0603封装因空间限制只能印三个数字，前两个数字表示有效值，第三个数字表示0的个数，如103就表示10 X 1000 = 10k，注意仅0603的E24系列电阻是这种表示，而0603的E96系列电阻是数字+字母表示法（下文有说明）。

• 0805及更大封装印四个数字，前三个表示有效值，第四个表示0的个数，如1002表示100 X 100 = 10k，注意E24、E96系列的0805及以上封装都是这种表示法。

排阻的表示方法与单个电阻相同，如0603X4的排阻就同0603电阻一样表示。

第二种：数字+字母表示法，仅针对0603封装的E96电阻，更小封装的无标识，更大封装的用上述的4位数字表示，前两位数字01表示E96系列对应阻值的序号，如下表所示；第三位字母表示阻值放大缩小的倍数，如下表所示。

以01A为例，01表示100，A表示10，则01A = 100 X 10 = 1k。

以45B为例，45表示287，B表示100，则45B = 287 X 100 = 28.7k。

4.2 插件电阻的色环表示法

色环表示法的细节很多，不需要去记忆，利用一些现成的工具即可，分享两个好用的色环计算器：

网页在线色环计算器：电阻器色码计算器 - 4 色环、5 色环、6 色环 | DigiKey Electronics

微信小程序——电子硬件助手——色环计算器：

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