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摘要:電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的一種元件是電阻。眾人周知,電阻在電路中起著分壓限流的作用。然而,在很多電路中,有時(shí)會(huì)遇到電阻值為零的電阻。既然歐姆電阻為零,它和導(dǎo)線有什么區(qū)別?為什么不把它們連起來呢?事實(shí)上,零歐姆電阻和直接導(dǎo)線連接是有區(qū)別的,并且零歐姆電阻在電路設(shè)計(jì)中有許多巧妙的用途。
關(guān)鍵詞:零歐姆電阻;電路設(shè)計(jì);功能
電阻是使用最廣泛的電子元件,基本上每個(gè)印刷電路板和每個(gè)電子設(shè)備都有電阻。導(dǎo)體給電流帶來的阻礙便是電阻。由于電阻的用途廣泛,可以適用于不同的電路,因此電阻的作用肯定會(huì)因電路而異。電阻對(duì)電流有限流和分流作用,對(duì)電壓有分壓和降壓作用。其中導(dǎo)體的電阻越大,對(duì)電流的阻礙就越大。不同的導(dǎo)體具有不同的電阻[1]。
1零歐姆電阻介紹
零歐姆電阻也可以簡稱為一種跨接式電阻,它是一種特別的電阻。零歐姆電阻的阻值不能達(dá)到零,它的實(shí)際阻值很低。1/8W零歐姆插件電阻實(shí)際電阻約為0.004Ω,1/4W零歐姆插件電阻實(shí)際電阻約為0.003Ω。一般零歐姆電阻阻值約在50mΩ,誤差±5%的范圍內(nèi)。由于誤差和精度數(shù)值的存在,它與傳統(tǒng)芯片式的電阻具有相同的誤差精度指標(biāo)[2]。零歐姆電阻分為繞線式電阻和貼片式電阻。對(duì)于貼片式電阻,它上面將使用“0”或“R000”來標(biāo)記,說明它是一個(gè)零歐姆的電阻。對(duì)于繞線式的電阻,會(huì)在這個(gè)繞線體中間設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的黑色圓圈。
2零歐姆電阻的功能
零歐姆電阻的作用歸結(jié)起來有兩種:兼容設(shè)計(jì)預(yù)留與短接。
2.1兼容設(shè)計(jì)預(yù)留
2.1.1調(diào)試與兼容。進(jìn)行PCB圖設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們就需要盡量顧及到它的相互兼容性,因?yàn)檫@種電路板都是經(jīng)過物理打磨和鍍銅,然后其位置就被固定住了。若設(shè)計(jì)中沒有完全顧及到它的相互兼容性,就會(huì)給電路板的調(diào)試階段造成很多不方便。為了盡可能多地采用一個(gè)電路原理框圖來適應(yīng)之后項(xiàng)目的不斷升級(jí)和修訂,設(shè)計(jì)人員們經(jīng)常會(huì)將零歐姆電阻設(shè)計(jì)到ADC采集或傳感器模塊的電路中。如圖3所示,零歐姆電阻的增加在整個(gè)項(xiàng)目升級(jí)前都不會(huì)對(duì)電路的功能產(chǎn)生任何影響,而且在整個(gè)項(xiàng)目升級(jí)后還不需要再重新設(shè)計(jì)電路圖,很大程度上增加了開發(fā)的效率。2.1.2地線隔離。單片機(jī)的設(shè)計(jì)中,模擬電路地表示為AGND,數(shù)字電路地表示為DGND。AGND和DGND通常都是在一個(gè)電路中完全分離,這是因?yàn)樵谀M電路與數(shù)字電路之間操作過程中,分離的接地線就可以有效防止電路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電流與信號(hào)之間的相互干擾。然而,在集成電路板中,接地線一般會(huì)連接到末端。這時(shí),可以將AGND和DGND之間外加一個(gè)零歐姆電阻后再將其連接在一起,就能夠達(dá)到很好的隔離效果。但這只能適用在電流較小的電路中,因?yàn)榇蠖鄶?shù)零歐姆貼片電阻過流能力都有限[3]。2.1.3安全保護(hù)。一些電路板調(diào)試階段,經(jīng)常會(huì)看到很多針腳,必須用跳線帽端接。或用撥碼開關(guān)控制電路閉合。雖然這兩種方法在調(diào)試階段比較方便。雖然這兩種方法在進(jìn)行調(diào)試時(shí)都比較簡單易于操作,但在生產(chǎn)階段就必須謹(jǐn)慎地使用。因?yàn)樵诟哳l電路中,空置引腳都是通過天線,非常容易對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。此外,撥碼開關(guān)很容易被不小心觸碰,導(dǎo)致電路板不能正常運(yùn)行。因此,為了安全起見,可以使用零歐姆電阻替代插針和撥碼開關(guān)。2.1.4方便測(cè)試電流。電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,通常需要對(duì)全部電路運(yùn)行時(shí)的功耗進(jìn)行測(cè)試。傳統(tǒng)的方法是先測(cè)量電流,然后利用電流來計(jì)算功耗,而測(cè)量電流的方法通常是用電流表串聯(lián)電路測(cè)量。此時(shí),假如在要測(cè)量電流的地方放置一個(gè)零歐姆電阻,當(dāng)要測(cè)量電流時(shí),取下電阻并連接電流表。測(cè)試完成后,可直接焊接回零歐姆電阻,不會(huì)影響正常功能與運(yùn)行。2.1.5預(yù)留電阻位置。如果在我們所設(shè)計(jì)的電路中,有些位置不明確或者是不知道需要多大電阻值的情況下,可以在該位置上預(yù)先保留一個(gè)電阻值的焊接空間,并且在其加上零歐姆電阻。在實(shí)際的電路進(jìn)行調(diào)試中,可以輕松地更改各種電阻值的大小,然后在進(jìn)行調(diào)試并確認(rèn)恰當(dāng)?shù)碾娮柚祬?shù)后,再將測(cè)試好的電阻放到預(yù)留的位置上。
2.2短接功能
2.2.1方便布線。PCB設(shè)計(jì)布線過程中,當(dāng)遇到單層板而且電路板面積較小,連接線多的時(shí)候,會(huì)出現(xiàn)布線總是很難布過去的情況,特別是有些連線會(huì)出現(xiàn)需要繞很長一段線才能接通,如果通過零歐姆電阻后再連接,就可以很方便的到達(dá)所連線的位置,之后維修電路板也很方便。2.2.2噪聲抑制。由于零歐姆電阻本身的特點(diǎn),可以有效地抑制回路中的電流,從而降低噪聲。事實(shí)上,零歐姆電阻并非是真正的零阻抗,只有超導(dǎo)體電路才能真正達(dá)到?jīng)]有任何阻抗。所以,零歐姆電阻在所有的頻段內(nèi)都發(fā)生了衰減。2.2.3充當(dāng)電容電感。高頻電路系統(tǒng)中,當(dāng)與外部電路特性相匹配時(shí),零歐姆電阻可作為小電容或電感,是解決電磁兼容問題的好辦法。如在地與地之間,或在電源與芯片引腳之間放置零歐姆電阻。2.2.4當(dāng)保險(xiǎn)絲用。因?yàn)镻CB板上電路的熔斷電流很高,在發(fā)生短路或過電流時(shí)很難熔斷,也會(huì)導(dǎo)致較大的電流事故。零歐姆電阻是低電流電阻,零歐姆電阻過電流很快發(fā)生熔斷,這樣能迅速斷開電路,防止發(fā)生更大的事故。通常,在一些要求不是很高的電路板上,一些阻值為零點(diǎn)幾或者幾歐姆的小電阻會(huì)用來做保險(xiǎn)絲。
3總結(jié)
零歐姆電阻除了兼容設(shè)計(jì)預(yù)留和短接等用途之外,還有許多其他功能。例如,貼片的零歐姆電阻可以替代導(dǎo)線便于機(jī)器的焊接;在PCB板上放置多個(gè)顏色不同、封裝有差異、沒有標(biāo)記阻值的零歐姆電阻,既不影響電路的工作運(yùn)行,又增加了電路板被逆向工程的難度。因此,零歐姆電阻在電路設(shè)計(jì)中起著重要的作用,是電路設(shè)計(jì)中不可缺少的組成部分[4]。
參考文獻(xiàn)
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作者:賈志明 單位:山西省電子工業(yè)科學(xué)研究所有限公司