浅析电子工程之电阻器应用

电阻器是几乎所有电气或电子电路中的基本元件。电阻控制流过它们的电流量。它们控制与其相连的各个组件中的电压。如果没有电阻，各个元件就无法处理电压，并可能导致过载。

上拉电阻

在电子电路中，逻辑系统的输入必须在所有条件下保持或稳定在明确定义的固定逻辑值。逻辑电路有三种可能的状态，即高阻抗、低阻抗和高阻抗。当引脚悬空即未连接到高电平或低电平时，就会发生高阻抗状态。因此，它也被称为浮动状态。

请考虑以下电路。

在这里，逆变器的栅极U1有两个引脚-输入引脚和输出引脚。

当开关S1闭合时，输入引脚连接到确定的电势，即在这种情况下连接到地。因此，输入状态低，状态稳定。

当开关S1打开时，U1的输入引脚处于浮动状态，即未连接到任何事物。在这种情况下，U1的输入状态是不确定的。这是一个非常虚弱的状态。电路中的电噪声会导致各种各样的问题。由于这些电噪声，栅极的输入变为高电平或低电平。

因此，当开关断开时，需要连接以将输入引脚连接到电势。关闭开关时，应删除此连接。通过遵循这种技术，我们可以在开关打开或关闭时将U1的输入引脚保持在稳定状态。

在上述电路中，当开关断开时，输入连接到VCC。此连接可确保输入连接到有效的电势VCC。因此，当开关断开时，输入处于高电平状态。

但是当开关闭合时，电路中存在问题。当开关闭合时，VCC和接地之间有直接连接。这种直接连接会使电路短路。在这种情况下，最不期望的是整个系统将停止工作。最坏的情况是它会烧毁电线和连接到它们的组件。

原因是VCC和接地的直接连接将允许大电流从VCC流向地面。这种连接会产生很大的热量，可能会烧毁电线和零件，甚至可能着火。

因此，必须限制电路中流动的电流量。

在这种情况下使用电阻器来避免此问题。该电阻器的功能是在开关S1闭合时限制电路中流动的电流量。该电阻器被命名为上拉电阻，因为它最初将输入拉至逻辑高电平。

当开关S1断开时，输入引脚通过电阻连接到VCC。这将使输入引脚的状态为逻辑高电平。

当开关闭合时，栅极的输入引脚接地。这将使输入引脚的状态为逻辑低电平。

电阻器的端子接地。现在，当开关闭合时，电流将通过电阻从VCC流向地。这种连接不被认为是短的，因为电阻会将从VCC流向地的电流量减小到一个非常小的值。

当开关闭合时，从VCC流向地的电流量可以使用欧姆定律计算。

如果电源电压为VCC=5V，电阻电阻为10KΩ则I=VCC/R

I=5/（10*103）

I=0.0005安培或I=0.5*10-3安培

上拉电阻用于逻辑电路，以确保在没有输入信号的情况下将引脚拉至逻辑高电平。微控制器用于嵌入式系统，即实时系统。因此，微控制器对其输入的最小变化很敏感。因此，有必要确保微控制器的输入不会处于浮动状态。

例如，考虑微控制器中的以下逻辑。

此处，电阻R1充当上拉电阻。当开关未按下或打开时，微控制器的输入引脚将处于逻辑高电平。当开关闭合时，输入引脚被拉至逻辑低电平，小电流从VCC流向地。

如果没有上拉电阻，则电源和接地之间存在直接连接，这被认为是短路。

选择正确的上拉电阻是一项重要任务。当上拉电阻值较低时，这种情况称为强上拉。这是因为更多的电流流过输入引脚。

相反，当上拉电阻值较高时，这种情况称为弱上拉。这是因为流过输入引脚的电流较少。

选择上拉电阻时需要满足两个条件。

1.当开关闭合时，输入接地并被拉至逻辑低电平。电阻R1的值将决定从VCC流向地的电流量。

2.当开关断开时，微控制器的输入引脚被拉至逻辑高电平。电阻R1的值将决定输入引脚上的电压。

一般电阻的拉阻应比微控制器输入引脚的拉阻小十倍

微控制器输入引脚的电阻可以在100KΩ到1MΩ之间。通常，上拉电阻R1的值选择在10KΩ至100KΩ范围内。

但是当选择大上拉电阻时，输入引脚对电压变化的响应很慢。这是因为馈送到输入引脚的输入信号将来自与上拉电阻耦合的电容器系统。这种组合形成了一个RC滤波器。该RC滤波器需要时间来充电和放电。这个时间可以用等式计算

τ（Tau）=R*C

如果需要高数据速率，则上拉电阻的值应该小得多，通常在1KΩ到4.7KΩ。

上拉电阻的实际值为10KΩ和4.7KΩ。

下拉电阻器

下拉电阻的应用与上拉电阻类似，不同之处在于它最初将输入引脚拉至逻辑低电平。

当上述电路中的开关S1闭合时，栅极U1的输入引脚处于逻辑高电平状态。当开关断开时，电阻R1将输入引脚电压下拉至地。

例如，考虑以下微控制器电路。

当按下或关闭开关时，微控制器的输入引脚处于逻辑高电平。如果开关开路，则下拉电阻将微控制器的输入引脚拉至逻辑低电平。

限流电阻器

电流限制是将流过组件或电路的电流量设置上限的过程。限制电流的目的是避免短路等影响。电阻器可用作限流器件。

最好的例子是给发光二极管（LED）上电。LED是一种半导体器件，当小电流流过时会发光。LED中的电流是单向的，就像普通的PN结二极管一样。LED的内阻非常低。当它直接连接到电源时，它会烧毁。

因此，为了给LED上电，电压源和电阻器串联到LED。这些电阻器称为镇流电阻器。LED对电流非常敏感。点亮LED几毫安的电流就足够了。所有LED都指定了其额定电流。因此，我们可以选择合适的电阻器来限制流过发光二极管的电流并防止其燃烧。

如果LED的额定电流为0.15A，则5V电源的电阻值计算如下（假设LED额定电压可以忽略不计）。

R=V/Iled=5/0.15=333Ω.

在某些情况下，同时指定了LED的额定电压和额定电流。在这种情况下，可以使用以下公式计算适当的电阻

R=（V–VLED）/ILED

其中V是电源电压，VLED是额定LED电压，ILED是额定LED电流

晶体管偏置电阻

电阻器与晶体管和IC一起广泛用于电子电路中。晶体管（双极结型晶体管）需要施加到基端子≈0.7V的小偏置电压才能工作。当在基极端子施加该偏置电压时，基极端的小电流会导致大电流从其集电极端流向其发射极，这就是晶体管的功能。

晶体管的基极端子容易受到大电流的影响。因此，在偏置电路中使用电阻来限制流入晶体管基极端子的电流。