电阻的作用
上一篇文章介绍了电阻，这一篇文章就具体写写电阻可以用来做什么。
1、限流
2、分压
3、电流测量
4、阻抗匹配
5、功率消耗
6、特殊功能
1、限流
电阻和二极管串联，一端接到直流电源上，一端接到驱动信号上。
电阻与二极管一起承受压降，将实际电流限制在二极管的额定电流之内。
发光二极管和限流电阻串联
如下图所示，某型号发光二极管的最大允许电流为20mA，如果将二极管直接接在3.3V电源和控制信号之间，按照二极管的datasheet所展示的曲线，在3.3V时，发光二极管的电流将超过20mA。
为了避免过流引起损坏，在二极管和控制信号之间串联一个1k电阻，可以保证通过发光二极管的电流不会超过3mA。
发光二极管的电压-电流特性是非线性的，无法直接计算出最为合适的串接电阻，只能通过图像绘制的方式，通过datasheet给出的特性曲线大致估算出结果。也可以通过实际更换电阻阻值的方式实验出最合适的电流值和亮度。
发光二极管的电压-电流曲线
电阻的限流，除了应用于发光二极管，还包括：光耦的驱动端二极管限流、DAC输出的短路限流保护、芯片引脚上下拉限流、三极管基级限流、电容充电限流等等。
2、分压
电压采集电路的核心是ADC（模拟量-数字量转换器），但ADC的量程一般都很小，在0-3.3V或类似的量级，而常见的电压采集对象也包括12V、24V、220VAC这种级别的电压，因此就需要通过电阻分压网络将电压等比例缩小。
-10V~+10V转换到0~3.3V电压的转换电路
上图的电路就是一个ADC的前级调理电路，实现了-10V~+10V转换到0~3.3V电压的转换。
470欧、6.2k、3.3k的电阻分压网络，完成了从-10V~+10V到-3.3V~+3.3V的转换，分压网络后面接了一个电压跟随器；
跟随器的输出再跟3.3V参考电压作为运放加法器的输入，加法器的输出即完成了整个转换过程。
使用电阻网络实现分压，需要注意后级的输入阻抗，如果后级的输入阻抗较小，会跟分压网络一起影响实际的分压效果，因此使用电阻分压网络一定要在后级加上运放，利用运放输入阻抗极大的特性，实现精确的分压效果。
除了运放前级的分压，还有一个常见的电阻分压是电源芯片的反馈电阻。如下图所示。
电源芯片输出的电压经过电阻分压网络反馈到内部，通过监测反馈电压调节输出电压，从而实现输出电压的准确调节，以及输出电压在不同负载下的电压保持。带有电源反馈引脚的电源芯片，都是设计成由用户自行配置电阻分压网络，这样用户就可以通过调整输出电压与反馈电压的比例，实现不同输出电压的设置。
3、电流测量
在需要测量电流的场合，比如电机的相电流测量或者4-20mA电流信号的测量，一般不会使用高中物理中所用测量电磁线圈磁场的方法，或者使用霍尔电流传感器测量电流的方法，而是在需要测量的电流线路中串联一个极小的电阻，通过测量电阻上的电压，计算出对应的电流。
应用于电流测量时，电阻的阻值需要很精确，可以选择千分之一的精度的电阻，对于大电流的场合，阻值也需要很小，避免电流过大引起较大的温升和阻值变化。
4、阻抗匹配
阻抗匹配是高中物理不再涉及的概念了，没有学习过信号完整性的同学一般都不太了解，但信号完整性对于硬件设计相当重要，可以算是从入门到进阶的重要课程。
信号完整性的意思是信号传递过程中，如何保证信号能够正确的传递，不会发生畸变，或产生干扰。在高中物理范畴中，所有的电压、电流，都是随着开关的开合和瞬间建立起来的，而信号完整性，就是将理想的、稳态的假设，恢复成真实的物理模型。
信号的传输并不是理想和瞬态的，当一个信号从发射端产生后，信号电压的变化从发射端沿着传输线的分布电阻和电感逐渐（以光速。。。）传递到接收端，而接收端会反射信号，发送端接收到一次反射信号又会产生二次发射信号。。。在n次发射、反射、再次发射之后，叠加在接收端的信号，就成为了接收端接收到的上升沿或下降沿波形。
而特性阻抗，就直接关系到发射和反射的系数，因此，如果特性阻抗保持一致，接收端的叠加波形就非常“完美”，如果特性阻抗在传输线上发生了变化，接收端的叠加波形就会产生超调或震荡。
阻抗匹配，就意味着将发射端、传输线、接收端的阻抗调整成相同的阻抗。如果特性阻抗不一致，就会发生信号畸变，如果特性阻抗一直保持一致，发射端发送的一个上升沿或下降沿，就能够“完美的”传输到接收端。
注意，阻抗匹配要求的是特性阻抗匹配，特性阻抗不是直流阻抗，特性阻抗指的是变化的电压相对于变化的电流的比值，可以理解成电压和电流的微分。对于PCB的传输线而言，线宽、参考地、换层、层间距、线间距、板材介电常数等参数都会影响特性阻抗，对于普通的线缆，线径、线材、绝缘厚度、绝缘介电常数、线束间距、屏蔽层距离、屏蔽层密度厚度等参数会影响特性阻抗。传输线每一处的参数相同，就能做到传输线的特性阻抗不变化。特性阻抗经常设置为50欧姆，但不同的应用场合可能会有所变化。至于特性阻抗如何推导出线宽、线距、层间距等参数，就需要另外讨论了。
那电阻怎么能用于阻抗匹配呢？
在常见的电路信号模型中，阻抗并不是匹配的，发送端是高驱动能力、低输出阻抗的，而接收端是驱动负载小、高输入阻抗的，不管传输线怎么设置，都是是阻抗不匹配的信号传输。
在信号线短、信号沿降缓慢时，多次发射和反射信号的会同时叠加在一起，这样即使阻抗不匹配，接收端接收到的电压波形也比较好，但当信号线长一些的时候，反射的波形不会在与一次波形同时叠加在接收端上，而是会延迟一段时间到达接收端，这时候就会出现明显的信号异常，表现出来就是超调、震荡等问题。为了避免这个问题，一般会在信号的发射端串接一个电阻，这个电阻就起到了匹配阻抗的作用。
原理上，这个电阻减小了反射回来的信号的再次发射，使得接收端的信号变成了单次的发射和接收，从而避免了接收端信号的震荡。
阻抗匹配应用的前提有3个，1是传输线长，2是信号沿降快，3源端、传输线、接收端阻抗都不匹配，那具体是什么呢？
一般而言，芯片的工艺决定了其信号的沿降速度，TTL工艺的信号，沿降可能在1us级别，CMOS工艺的信号，沿降可能在1-10ns级别。
假设某芯片发射一个单端信号，传输线长度为10cm，则单程传输需要0.1m/光速=0.3ns，假设芯片的沿降时间为1ns，也就意味着芯片输出的信号在沿降稳定前，接收端能接收到1次、2次的波形的叠加，一般而言，能够接收到2次或3次波形，其叠加已经很接近发射的波形了，因此接收端波形的畸变就较小。因此，当传输线的长度较短，短到单程耗时约为沿降时间的1/6左右，就可以认为信号不存在畸变了。
估算一下传输线长度和传输时间，估算一下沿降时间，传输时间小于沿降时间的1/6，就可以认为不需要阻抗匹配，如果不满足，就需要根据发射端和接收端的阻抗情况，进行源端匹配或末端匹配。
可以通过串接电阻的方式进行阻抗匹配，还可以通过并联、上拉、下拉等其它方式进行阻抗匹配，具体的应用场景就需要具体分析了。
比如，RS485多从站总线通信，当通信距离较远的时候，就需要在差分线物理上的2端各自端接一个120欧姆的电阻，起到阻抗匹配的作用。如果不加这个电阻，经常会出现较大的超调，加了之后，虽然信号幅值会下降，但波形会好很多。
端接的RS485总线
RS485芯片的推荐电路中，还经常会增加1个上拉和1个下拉电阻，而且120欧姆的端接电阻也会变成其他的阻值，这是因为上下拉实际上也改变了匹配阻抗的大小，需要调整端接电阻才能使得接收端的阻抗匹配起来。增加上下拉电阻的目的是为了总线闲置时有一个固定的电平，保证总线不出错。
5、功率消耗
在电机驱动器的电路中，一般都会存在制动电阻，这类电阻就是为了消耗功率而存在的。将电机刹车时产生的功率，泄放到电阻上，避免了刹车时回流的电流抬高母线电压，超出母线的承受能力。
还有一些场合，需要将电容的电压降低，防止停止工作的设备发生意外事故时，也会将电阻接到需要泄放的电容上，通过发热的方式将电容存储的能量释放掉。
6、特殊功能
一般的电阻器只是作为电阻器来使用，而光敏电阻、压敏电阻、热敏电阻、PTC电阻、气敏电阻、0欧电阻等特殊电阻则可以作为传感器、保险丝、连接件来使用。这些电阻都有各自的应用电路，就不再进一步描述了。
电阻的功能写完了，下一篇文章写写电容的分类，再下一篇写写电容的功能~