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电阻选型指南:常用电阻特性优缺点比较
[发布时间]:2012年2月23日 [来源]:电子发烧友 [点击率]:5933
【导读】: 近二十年来,电子工业以惊人的速度发展。新技术的进步在减小设备尺寸的同时,也加大了分立元件制造商开发理想性能器件的压力。在这些器件中,晶片电阻当前始终保持很高的需求,并且是许多电路的基础构件。它们的...

近二十年来,电子工业以惊人的速度发展。新技术的进步在减小设备尺寸的同时,也加大了分立元件制造商开发理想性能器件的压力。

在这些器件中,晶片电阻当前始终保持很高的需求,并且是许多电路的基础构件。它们的空间利用率优于分立式封装电阻,减少了组装前期准备的工作量。随着应用的普及,晶片电阻具有越来越重要的作用。主要参数包括 ESD 保护、热电动势 (EMF)、电阻热系数 (TCR)、自热性、长期稳定性、功率系数和噪声等。

以下技术对比中将讨论线绕电阻在精密电路中的应用。不过请注意,线绕电阻没有晶片型,因此,受重量和尺寸限制需要采用精密晶片电阻的应用不使用这种电阻。

尽管升级每个组件或子系统可以提高整体性能,但整体性能仍是由组件链中的短板决定的。系统中的每个组件都具有关系到整体性能的内在优缺点,特别是短期和长期稳定性、频响和噪声等问题。分立式电阻行业在线绕电阻、厚膜电阻、薄膜电阻和金属箔电阻技术方面取得了进步,而从单位性能成本考虑,每种电阻都有许多需要加以权衡的因素。

各种电阻技术的优缺点如表1所示,表中给出了热应力和机械应力对电阻电气特性的影响。

 

                          表1: 不同类型电阻的特性

应力(无论机械应力还是热应力)会造成电阻电气参数改变。当形状、长度、几何结构、配置或模块化结构受机械或其他方面因素影响发生变化时,电气参数也会发生变化,这种变化可用基本方程式来表示:R = ρ L/A,式中

  R = 电阻值,以欧姆为单位,

  ρ = 材料电阻率,以欧姆米为单位,

  L = 电阻元件长度,以米为单位,

  A = 电阻元件截面积,以平方米为单位。

电流通过电阻元件时产生热量,热反应会使器件的每种材料发生膨胀或收缩机械变化。环境温度条件也会产生同样的结果。因此,理想的电阻元件应能够根据这些自然现象进行自我平衡,在电阻加工过程中保持物理一致性,使用过程中不必进行热效应或应力效应补偿,从而提高系统稳定性。

精密线绕电阻

线绕电阻一般分为“功率线绕电阻”和“精密线绕电阻”。功率线绕电阻使用过程中会发生很大变化,不适于精密度要求很高的情况下使用。因此,本讨论不考虑这种电阻。

线绕电阻的制作方法一般是将绝缘电阻丝缠绕在特定直径的线轴上。不同线径、长度和合金材料可以达到所需电阻和初始特性。精密线绕电阻 ESD 稳定性更高,噪声低于薄膜或厚膜电阻。线绕电阻还具有 TCR 低、稳定性高的特点。

线绕电阻初始误差可以低至 ± 0.005 %。TCR (温度每变化一摄氏度,电阻的变化量) 可以达到 3 ppm/°C典型值。不过,降低电阻值,线绕电阻一般在15 ppm/°C 到 25 ppm/°C。热噪声降低,TCR 在限定温度范围内可以达到 ± 2 ppm/°C 。

线绕电阻加工过程中,电阻丝内表面 (靠近线轴一侧) 收缩,而外表面拉伸。这道工艺产生永久变形 — 相对于弹性变形或可逆变形,必须对电阻丝进行退火。永久性机械变化 (不可预测) 会造成电阻丝和电阻电气参数任意变化。因此,电阻元件电性能参数存在很大的不确定性。

由于线圈结构,线绕电阻成为电感器,圈数附近会产生线圈间电容。为提高使用中的响应速度,可以采用特殊工艺降低电感。不过,这会增加成本,而且降低电感的效果有限。由于设计中存在的电感和电容,线绕电阻高频特性差,特别是 50 kHz 以上频率。

两个额定电阻值相同的线绕电阻,彼此之间很难保证特定温度范围内精确的一致性,电阻值不同,或尺寸不同时更为困难 (例如,满足不同的功率要求)。这种难度会随着电阻值差异的增加进一步加剧。以1-k? 电阻相对于100-k? 电阻为例,这种不一致性是由于直径、长度,并有可能由于电阻丝使用的合金不同造成的。而且,电阻芯以及每英寸圈数也不同—机械特性对电气特性的影响也不一样。由于不同的电阻值具有不同的热机特性,因此它们的工作稳定性不一样,设计的电阻比在设备生命周期中会发生很大变化。TCR 特性和比率对于高精度电路极为重要。

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