通用電阻器原理與分類

Resistor----通用電阻器

1.電阻原理

電阻的數(shù)值取決于電阻體物質(zhì)的固有電阻系數(shù)及其截面積和長(zhǎng)度，圖1-1：

圖1-1：電阻模擬簡(jiǎn)圖

如上述公式所示，固有電阻ρ(Ω?cm)乘以電阻體的長(zhǎng)度L所得的數(shù)值除以截面積S后就得到電阻值。

其中：

R：電阻值（Ω）

L：長(zhǎng)度（cm）

W：寬度（cm）

T：高度/厚度（cm）

S：截面積（W?T）

ρ：電阻率（Ω?cm）

2.電阻的參數(shù)

電阻溫度系數(shù)：

Temperature coefficient of resistance， 簡(jiǎn)稱TCR，表示電阻當(dāng)溫度改變1℃時(shí)，電阻值的相對(duì)變化，單位為ppm/℃（即10E（-6）/℃）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常采用平均電阻溫度系數(shù)，定義式：TCR（平均）=(R2-R1)/R1（T2-T1），有負(fù)溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)及在某一特定溫度下電阻只會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度系數(shù)，TCR越小表明該電阻受溫度影響越小。

額定功率：

最高使用溫度下（一般取70℃）可連續(xù)施加的功率的最大值，表征了電阻能安全消耗的功率。當(dāng)電流經(jīng)過電阻時(shí)，產(chǎn)生熱量。電阻把電能轉(zhuǎn)換為熱能。如果電流過大，就會(huì)造成電阻過熱而燒壞。為安全起見，在選用電阻時(shí)其額定功率要大于此電阻在電路中功率的實(shí)際值。通?？砂措娮柙陔娐分泄β实膶?shí)際值或計(jì)算值的兩倍確定選用電阻的額定功率。

額定電壓：

由阻值和額定功率換算出的電壓。

老化系數(shù)：

電阻器在額定功率長(zhǎng)期負(fù)荷下，阻值相對(duì)變化的百分?jǐn)?shù)，它是表示電阻器壽命長(zhǎng)短的參數(shù)。

電壓系數(shù)：

在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，電壓每變化1伏，電阻器的相對(duì)變化量。

噪聲：

產(chǎn)生于電阻器中的一種不規(guī)則的電壓起伏，包括熱噪聲和電流噪聲兩部分，熱噪聲是由于導(dǎo)體內(nèi)部不規(guī)則的電子自由運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)體任意兩點(diǎn)的電壓不規(guī)則變化。

很重要的一點(diǎn)：

可以使用電阻器電壓在合理范圍內(nèi)和電流的任何組合，只要不超過其耗散功率額定值或吸收多少功率而不會(huì)對(duì)其自身造成任何損害，并被定義為電阻元件無限期消散的熱量而不會(huì)降級(jí)它的性能?？梢允褂孟旅娴墓絹碛?jì)算直流電路中任何電阻的功耗：

其中V是電阻兩端的電壓，I是流過電阻本體的電流。鑒于上面的公式參數(shù)，我們代入標(biāo)準(zhǔn)P值（1/16W，1/8W，1/4W等）可以計(jì)算出安全電流或者安全電壓。

3.電阻的分類

電阻器的種類可大致分為固定電阻器、可變電阻器、半固定電阻器。從材料的角度來看，分別有碳類和金屬類。從電阻體的形狀而言，有膜狀、絲狀、板狀，其中金屬膜還有薄膜與厚膜之分。表1-1和表1-2給出電阻的分類：

表1-1：電阻按材質(zhì)分類

表1-2：電阻按用途分類

4.高精度電阻

高精度電阻器雖然沒有嚴(yán)格的定義或種類，一般是指電阻值精度（允許差?。└撸瑴囟认禂?shù)（TCR）小的電阻器。此外，有時(shí)也將其叫做精密電阻器。可通過制造時(shí)的調(diào)整工序來提高電阻器的初期精度。但是，電阻值會(huì)隨著溫度等環(huán)境條件而發(fā)生變動(dòng)，因而必須是溫度系數(shù)小，且具有能夠?qū)囟茸儎?dòng)也維持穩(wěn)定精度的性能。

利用電阻器的高精度，來進(jìn)行高精度的測(cè)量和控制。例如，圖1-2所示的基于運(yùn)算放大器的反相放大器的輸出電壓Vout，是附式來決定的。此外，圖1-3電壓調(diào)節(jié)器的Vout也一樣。如式子所示，假設(shè)運(yùn)算放大器和電壓調(diào)節(jié)器沒有誤差達(dá)到理想的要求，則兩個(gè)電阻器的比決定希望獲得的輸出電壓。這種情況下，也存在著只要相對(duì)地為同值即可的思路，而如果兩個(gè)電阻的絕對(duì)精度高，溫度系數(shù)小，則可減少確認(rèn)和調(diào)整等步驟。此外，在電流檢測(cè)用途中，電阻器的精度直接成為電壓轉(zhuǎn)換的誤差而體現(xiàn)出來。

圖1-2：放大器使用電阻調(diào)節(jié)參數(shù)

圖1-3：電源IC上的誤差放大器反饋

5.抗硫化電阻

“耐硫化貼片電阻”，如其名稱所示，指提高了對(duì)“硫化”的耐受性的貼片電阻。“硫化”，一般情況下是指與硫化氫等空氣中所含有的硫磺成分化合。貼片電阻中，硫磺成分有可能從保護(hù)膜和電極間進(jìn)入，導(dǎo)致電極材料的銀（Ag）硫化而成為硫化銀（Ag2S），造成斷線。因此，在硫含量高的環(huán)境中，必須使用經(jīng)過硫化處理的貼片電阻?？梢圆扇∫恍┓椒▉矸乐沽蚧?，例如采用硫不容易進(jìn)入內(nèi)部電極部分的結(jié)構(gòu)，以及使用在電極中耐硫化的金屬。

為了在硫磺成分較多的環(huán)境下維持并提高可靠性而使用耐硫化電阻。作為硫磺成分較多的場(chǎng)所，可列舉以下場(chǎng)所，如火山或溫泉附近、汽車尾氣多的干線公路旁、使用切削油或橡膠產(chǎn)品的附近。此外，即使在一般環(huán)境下，有的情況下使用部件材料中也會(huì)含有硫磺成分。例如，冷卻風(fēng)扇的過濾器或密封墊用、防振用的橡膠產(chǎn)品、模塑樹脂等也需要注意，有的硅系涂層材料等中也含有促進(jìn)硫化的成分。耐硫化電阻被應(yīng)用在機(jī)床、工業(yè)機(jī)械、服務(wù)器、基站、照明、安防、工業(yè)用馬達(dá)、控制設(shè)備、汽車等多暴露于外界的用途、在氣體介質(zhì)中硫磺成分較多的環(huán)境下使用的設(shè)備或裝置等方面。

6.薄膜與厚膜

下表1-3列出對(duì)薄膜貼片電阻器與厚膜貼片電阻器的構(gòu)造和特點(diǎn)進(jìn)行的比較。薄膜貼片電阻器和厚膜貼片電阻器，基本構(gòu)造大致上都相同，但是電阻體材料和電阻體形成方法則有著較大的差異。薄膜貼片電阻器，通過濺射來均勻地形成極薄的金屬合金膜，實(shí)現(xiàn)高精度且較低的TCR。相比之下，厚膜貼片電阻器是通過印刷在涂布了導(dǎo)電粒子和玻璃的混合物后予以燒結(jié)來形成電阻體，電阻體厚度不均勻引起的電阻值偏差大，而且玻璃 (絕緣體)引起的電流散射大，因而TCR和噪聲也增大。但是，隨著電阻體材料的進(jìn)化和修整技術(shù)的進(jìn)展，厚膜貼片電阻器也能夠?qū)崿F(xiàn)精確到±0.1%的高精度化：

表1-3：厚膜薄膜關(guān)鍵項(xiàng)對(duì)比

此外，表1-4列出薄膜貼片電阻器與厚膜貼片電阻器的精度和TCR的數(shù)值示意圖、及特性和性能的比較：

表1-4：厚膜薄膜精度、TCR對(duì)比

如上所示，薄膜貼片電阻器與厚膜貼片電阻器相比，精度更高，TCR更小。對(duì)于可靠性，薄膜貼片電阻器的長(zhǎng)時(shí)變化率也非常小，可以說是一款長(zhǎng)壽命的電阻器。另外，薄膜貼片電阻器還具有噪聲非常小的特點(diǎn)，有望用于智能手機(jī)和音頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高音質(zhì)。