¿Cómo elegir resistencias en el diseño de circuitos?

Las resistencias son uno de los dispositivos más comúnmente utilizados en productos electrónicos. Básicamente, siempre que sea un producto electrónico, habrá resistencias dentro. Las resistencias se pueden utilizar como divisores de voltaje, derivaciones y resistencias de carga en circuitos; pueden formar filtros y circuitos de retardo junto con capacitores; se utilizan como resistencias de muestreo en circuitos de potencia o circuitos de control; se utilizan como resistencias de polarización en circuitos de tubos semiconductores para determinar el punto de trabajo; las resistencias con propiedades especiales como varistores y termistores se utilizan para prevenir sobretensiones, suprimir corrientes de impacto y lograr protección contra sobretemperatura, etc. Las resistencias son dispositivos comunes y también son dispositivos indispensables en los circuitos. Elegir y usar bien las resistencias es crucial para el funcionamiento estable y la fiabilidad de los productos.

Hay muchos tipos de resistencias. Las resistencias comúnmente utilizadas incluyen resistencias de película de carbono, resistencias de cemento, resistencias de película metálica y resistencias bobinadas; las resistencias especiales incluyen varistores, termistores y fotorresistencias. Diferentes tipos de resistencias tienen ciertas diferencias en sus parámetros característicos, y los puntos que deben considerarse al usarlas en circuitos también son diferentes. Para los ingenieros que son nuevos en el diseño de circuitos, es muy probable que se ignoren algunos parámetros especiales de las resistencias, lo que resulta en que la estabilidad y fiabilidad del producto no estén garantizadas. Solo al comprender correctamente los diversos parámetros de las resistencias y las precauciones para la selección, y al entender completamente el verdadero papel de las resistencias en los circuitos, se puede garantizar la calidad de los productos desde el diseño básico del circuito de nivel inferior.

1 Parámetros básicos de las resistencias:

Los ingenieros que son nuevos en el diseño de circuitos de hardware pueden tener la impresión de que las resistencias se describen en los libros de física como la resistencia de los conductores a la corriente, que se llama resistencia, representada por el símbolo R, y las unidades son ohmios, kilo-ohmios y megaohmios, representados por Ω, KΩ y MΩ respectivamente. Los parámetros principales de interés son 1) resistencia nominal: la resistencia indicada en la resistencia; 2) error permitido: el porcentaje de la diferencia entre la resistencia nominal y la resistencia real, y la relación de la resistencia nominal se llama desviación de resistencia, que indica la precisión de la resistencia. En el diseño de circuitos, no es suficiente prestar atención solo a estos dos parámetros. Hay otros dos parámetros importantes que deben tomarse en serio en el diseño: potencia nominal y valor de tensión de soporte. Estos dos parámetros tienen un gran impacto en la fiabilidad de todo el sistema.

Si la corriente que fluye a través de la resistencia en el circuito es de 100mA y la resistencia es de 100Ω, entonces el consumo de potencia en la resistencia es de 1W. No es apropiado elegir resistencias de chip comúnmente utilizadas, como paquetes de 0805 o 1206, ya que esto causará problemas debido a la pequeña potencia nominal de la resistencia. Por lo tanto, la potencia nominal de la resistencia seleccionada debe ser superior a 1W (el margen de potencia de la resistencia seleccionada en el diseño del circuito es generalmente más de 2 veces); de lo contrario, la potencia consumida por la resistencia causará que la resistencia se sobrecaliente y falle.

De manera similar, si el valor de tensión de soporte no se selecciona adecuadamente, el diseño del sistema fallará debido a la ruptura de la resistencia. Por ejemplo, en el diseño de la etapa de entrada del módulo de fuente de alimentación conmutada AC-DC, de acuerdo con los requisitos de la normativa de seguridad estándar GB4943.1, después de que el enchufe o conector se desconecte, la tensión retenida en los terminales de entrada L y N decae al 37% del valor inicial dentro de 1S. Por lo tanto, durante el diseño, generalmente se utilizan una o dos resistencias de impedancia de nivel MΩ en paralelo para la descarga de energía, y el terminal de entrada es de alta tensión, es decir, los dos extremos de la resistencia deben soportar alta tensión. Cuando el valor de resistencia de la resistencia es bajo y el terminal de entrada es de alta tensión, ocurrirá una falla. La siguiente tabla 1 muestra los parámetros de resistencias de película gruesa SMT comunes. Cuando se realiza la selección final, es necesario verificar con el fabricante del dispositivo seleccionado.

2 El papel de las resistencias en los circuitos:

2.1 Papel básico:

Los ingenieros electrónicos han aprendido el papel básico de las resistencias, es decir, se utilizan como divisores de voltaje, derivaciones y resistencias de carga en circuitos; pueden formar filtros y circuitos de retardo con capacitores, y se utilizan como resistencias de muestreo en circuitos de potencia o circuitos de control; se utilizan como resistencias de polarización en circuitos de tubos semiconductores para determinar el punto de trabajo, etc. Para estos roles, hay muchas aplicaciones en circuitos y también son muy importantes, por lo que no los describiré demasiado. A continuación, se presenta principalmente el papel de las resistencias de 0Ω y las resistencias especiales en el diseño de circuitos electrónicos y las precauciones para su uso.

2.2 El papel de las resistencias de 0 ohmios en los circuitos:

Creo que muchos nuevos electricistas verán a menudo resistencias de 0Ω en circuitos al observar algunos productos electrónicos diseñados por sus predecesores. ¿Por qué diseñar una resistencia así? ¿No sería mejor simplemente conectar una pieza en la placa de dibujo? ¿Por qué agregar detalles innecesarios? A través de la búsqueda y organización de la información, los puntos clave son los siguientes:

1) Conexión a tierra de un solo punto de tierra analógica y tierra digital

Siempre que sea tierra, debe conectarse junto y luego entrar en la tierra. Si no están conectados, es una "tierra flotante", hay una diferencia de voltaje, es fácil acumular carga y causar electricidad estática. La tierra es el potencial de referencia 0, todos los voltajes se obtienen en referencia a la tierra, el estándar de tierra debe ser consistente, por lo que varios terrenos deben cortocircuitarse juntos. La gente cree que la tierra puede absorber todas las cargas y mantener siempre la estabilidad, y es el punto de referencia de tierra final. Aunque algunas placas no están conectadas a tierra, la planta de energía está conectada a tierra, y la energía en la placa eventualmente regresará a la planta de energía y entrará en la tierra. Si la tierra analógica y la tierra digital están conectadas directamente en una gran área, causará interferencia mutua. No es apropiado no cortocircuitar, hay cuatro formas de resolver este problema: 1. Conectar con perlas magnéticas; 2. Conectar con capacitores; 3. Conectar con inductores; 4. Conectar con resistencias de 0 ohmios.

El circuito equivalente de la perla magnética es equivalente a un limitador de banda de parada, que solo tiene un efecto de supresión significativo sobre el ruido de un cierto punto de frecuencia. Al usarlo, es necesario estimar la frecuencia de ruido por adelantado para seleccionar el modelo apropiado. Para situaciones donde la frecuencia es incierta o impredecible, las perlas magnéticas no son adecuadas; los capacitores bloquean la corriente continua y pasan la corriente alterna, lo que resulta en una tierra flotante; los inductores son grandes en tamaño, tienen muchos parámetros parásitos y son inestables; las resistencias de 0 ohmios son equivalentes a caminos de corriente muy estrechos, que pueden limitar efectivamente las corrientes de bucle y suprimir el ruido. Las resistencias tienen un efecto de atenuación en todas las bandas de frecuencia (las resistencias de 0 ohmios también tienen impedancia), que es más fuerte que las perlas magnéticas.

2) Usadas para bucles de corriente cuando se utiliza un puente

Cuando el plano de tierra se divide, el camino de retorno corto de la señal se rompe. En este momento, el bucle de señal tiene que tomar un desvío, formando un área de bucle grande, y la influencia de los campos eléctricos y magnéticos se vuelve más fuerte, lo que es fácil de interferir/ser interferido. Puentear una resistencia de 0 ohmios en el área dividida puede proporcionar un camino de retorno más corto y reducir la interferencia.

3) Configurar el circuito

Generalmente, los puentes y los interruptores DIP no deben aparecer en el producto. A veces, los usuarios alterarán la configuración, lo que puede causar malentendidos fácilmente. Para reducir los costos de mantenimiento, se deben usar resistencias de 0 ohmios en lugar de puentes y soldarse en la placa.

4) Otros usos

Para la depuración/pruebas cruzadas durante el cableado: Al comenzar a diseñar, se necesita una resistencia para la depuración, pero el valor específico aún no se puede determinar. Después de agregar dicho dispositivo, es conveniente para depurar el circuito en el futuro. Si el resultado de la depuración no requiere agregar una resistencia, agregue una resistencia de 0 ohmios. Reemplace temporalmente otros dispositivos SMD como dispositivos de compensación de temperatura, más a menudo para las necesidades de contramedidas EMC. Además, la inductancia parasitaria de una resistencia de 0 ohmios es menor que la de un vía, y el vía también afectará el plano de tierra (porque el vía necesita ser excavado).