电阻用法大揭秘：从简单分压到复杂电路调试

在电子领域中，我们常常会遇到这样的疑问：信号线上，为什么要接电阻？你可能想象不到，小小电阻竟有着如此巨大的作用。本期贸泽科普实验室，就让我们一同重新认识 —— 电阻。

电阻是什么？

我们日常所说的 “电阻” 其实是简称，它在不同语境下可代表电阻值或电阻器。

当作为电阻值时，可通过欧姆定律（R = U / I）来定义其数值，这体现的是电阻的外部特性。线性电阻的电阻值不会随电压或电流的变化而改变；而非线性电阻的电阻值则会随电压、电流变化，例如晶体管的 R (DS)，它会动态调整以维持恒流。

当作为电阻器时，它是一个实体。其电阻大小与材料的电阻率和长度成正比，与材料的截面面积成反比（R = ρ * L / S）。这表示电阻体现的是一个物体的物理属性，不会随外部电压或者电流的变化而改变。就像我们常用的贴片或者插件电阻，不论电阻两端的电压是 1V 还是 100V，1KΩ 的电阻始终保持 1KΩ。

2 个实验感受电阻对电路的影响

电阻在电子世界里看似是极不起眼的器件，它既没有 MCU 或 SOC 那般 “高端”，也不像其他集成电路那样被视作 “核心”，宛如一个默默无闻的 NPC。但可别小看它，要是少了这个小元件，整个电子世界可能就会乱套。下面我们通过两个电路实验来感受一下电阻对电路的影响。

首先是电路中常见的LED指示灯电路：LED 灯是电路工作状态的重要指示之一，其亮灭、不同颜色可显示电路当前的状态。在电路中，LED 电路通常会串联一个电阻。若去掉这个电阻，看似坚固的 LED 居然会直接冒烟烧掉。

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图2

LED 的数据手册中表明，LED 灯的正向电压为 1.6V - 2.6V，正向电流可达 25mA。在设计时，电流可选 10mA，正向电压可选 2V。

而电路电源通常为 3.3V、5V 或者更高电压，此时如果直接接入 LED，LED 必然会损坏。串联一个小小的电阻就能解决这个问题。例如，对于 5V 的电源，LED 正向电压 2V，电流 10mA，那么电阻上需要分压 3V，通过计算可得电阻的阻值为（5V - 2V）/ 10mA = 300Ω。只要将 300Ω 的电阻与 LED 串联，电路就可以正常工作。

图3

另外一个电路是NE555延时开关电路：当电路通电时，NE555 的 3 脚输出处于关闭状态，NE555 的 7 脚在内部接地，因此电容 C2 完全放电。当 SW1 被按下时，NE555 的 2 脚被接地，由于 NE555 的 2 脚电压小于 VCC 的 1/3，3 脚输出开启，LED 亮了，NE555 的 7 脚在内部和 GND 断开，不再接地。同时电容 C2 通过电阻 VR1 开始充电。NE555 的 6 脚连接电容正极，当电容充电到 VCC 的 2/3 时，就会关闭 3 脚的输出，LED 灭，NE555 的 7 脚在内部重新连接到 GND，电容开始放电，直到电压归 0。

每次按下按钮开关时，重复上述步骤，C2 电容从 0V 充电到 2/3VCC 的这段时间，就是延迟断电时间。重点在于，当电容 C2 的值一定时，通过改变 VR1 的阻值，就可以修改延时启动的时间。比如调大 VR1 的阻值，充电电流就会变小，那么电容 C2 充电到 VCC 的 2/3 的时间就会拉长，LED 灯亮起的时间也会相应拉长。

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盘点电阻的作用

上面的 LED 电路中，电阻起到了极基本的分压限流作用，而在 NE555 延时开关电路中，电阻可以调节时间常数。实际上，电阻的作用远不止这两个，下面我们来盘点几种电阻常见的作用。

(1).阻抗匹配和终端匹配

在一些电子产品中，比如单片机的 I/O 口会串接一个 22Ω 或 33Ω 的电阻到线路末端，很多人不理解为什么要串一个这么小阻值的电阻。

这是因为在数字信号系统中，在 PCB 设计中，单端线路的阻抗通常会控制在 50Ω，而单片机的 IO 口作为输出时，本质是控制内部的晶体管导通与关断，晶体管是有导通电阻的，这也就是 IO 口的输出内阻，通常是 10Ω 到 30Ω。

图6

为了验证是否存在这个输出电阻，我们通过内阻仪实测了 STM32 的单片机 IO 口内阻，确实在这个范围内。串联一个 22Ω 或 33Ω 的电阻，这样串联电阻和驱动端输出阻抗的总和近似 50Ω，达到阻抗匹配的效果，同时，可以消除线路中的信号二次反射，提高信号传输效率。

图7

而在 485 通讯和 CAN 通讯中，可以看到在信号传输侧会并联一个 120Ω 的电阻，这是电阻的终端匹配作用。

图8

根据传输线理论，信号在电缆中传播时，若末端阻抗与电缆特性阻抗不匹配，会导致信号反射。反射波与原信号叠加会引发波形畸变，如振铃现象，增加误码率。所以 CAN 总线和 RS485 总线在末端并联 120Ω 电阻的核心原因是为了实现阻抗匹配，从而消除信号反射、确保信号完整性。

(2).特殊传感器

电阻本身虽不是传统意义上的传感器，但某些特殊类型的电阻能通过自身电阻值随外界物理量的变化而改变，间接实现 “传感” 功能。这类电阻利用材料的物理特性将非电信号转化为电信号（电阻变化），成为电路中的 “特殊传感器”。

比如热敏电阻，其电阻值会随着温度变化而变化，在电路中可以作为温度传感器使用；光敏电阻的电阻值会随着光线强度而变化，在自动路灯控制电路中，就可以使用它作为光照传感器；还有压敏电阻、气敏电阻等等，它们都在各自的领域发挥着重要作用。

(3).热效应利用

电阻还可将电能转化为热能，用于加热元件，简称热效应利用。我们日常生活中使用的电陶炉、电热毯、电热水器都是利用电阻的热效应，还有工程师用的电烙铁和加热台等焊接工具。在设计电热器的时候需要注意额定功率是 P = I²R，实际功率是 P = UI。

(4).电路调试与测试

有些电路设计可能包含很多模块或功能选择，就会在设计电路时保留电阻跳接位置，通过焊接不同位置的电阻，来选择不同的模块或模式参数，这个时候的跳接电阻就是一个可断测试点，便于硬件调试。比如下图中的两个电阻，在调试阶段方便调试，在批量生产的时候就可以去掉。

图9

这里只是分享了电阻的部分常用使用方法。作为基础器件，电阻在电路的各个部分都有身影，大家不妨打开手边的电路图，仔细分析一下电阻的作用。

文末，虽然电阻看似简单，但还是有几点注意事项需要强调一下：

①.在选择电阻时，除了阻值，功率也是要注意的，电阻的额定功率需要大于实际功耗，避免过热烧毁。

②.在精密电路中，选择电阻时，需要注意电阻是否是高精度、低温漂的电阻。

③.在高频电路中，电阻的寄生电感和电容是不能忽视的。