作者： Barley Li
電阻的成分屬性描述了制造電阻本身的材料，而不是安裝電阻的外部封裝材料或基板。不同的成分意味著結(jié)構(gòu)上存在一些差異，并導(dǎo)致有不同特征，使某些類型更適合某些應(yīng)用，又或不適用于某些環(huán)境。
圖1：各種1KΩ電阻。即使不同電阻具有相似成分，但它們?cè)诠?率和電阻額定值之間可能存在的物理尺寸變化。
碳化物電阻
碳化物電阻是由含碳化物材料制成的塊體類型，該材料是通過將粉末狀碳與粉末狀陶瓷或其他耐溫電絕緣材料以及有機(jī)粘合劑混合而成。電流通過網(wǎng)狀的碳顆粒網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)，這些碳顆粒在整個(gè)散裝材料中相互接觸；通過增加所用絕緣體的比例，這種導(dǎo)電網(wǎng)變得更細(xì)，材料的電阻率增加。早期的例子是簡(jiǎn)單地把兩根電繞線在一個(gè)圓筒上，然后涂上油漆以指示電阻值并提供一定程度的保護(hù)。更現(xiàn)代的例子通常被封裝在酚醛樹脂外殼中，為引線提供了安裝功能，并為碳化物材料提供了一個(gè)容器，其特征類似于鉛筆芯。
在20世紀(jì)60年代左右，由于成本的原因，它們?nèi)匀槐黄毡槭褂昧藥资�，盡管從那時(shí)起，這種優(yōu)勢(shì)基本上消失了。碳化物電阻體積龐大；目前碳化物電阻的體積可能是其他技術(shù)中類似等級(jí)產(chǎn)品的十倍。它們不精確。目前示例的公差低至5%，但該數(shù)字僅指制造中的公差變化。它沒有考慮其他可能會(huì)影響產(chǎn)品測(cè)量值的因素:濕度/濕度可能會(huì)導(dǎo)致10%左右的公差變化，溫度可能會(huì)導(dǎo)致10%左右的公差變化。由于這些敏感性，在生產(chǎn)過程中嘗試將其調(diào)整到精確值幾乎沒有意義。它們是最常見的電阻技術(shù)，幾乎只存在于通孔封裝中。形成其成分的碳是可燃的，因此在持續(xù)過載或發(fā)生故障時(shí)，它們經(jīng)常會(huì)著火，并且它們的最高工作溫度顯著低于許多其他電阻技術(shù)。
圖2：碳化物電阻示例（Ohmite 的OD系列）
盡管如此，由于其塊體結(jié)構(gòu)，碳化物電阻在電氣上非常堅(jiān)固，并且往往對(duì)靜電放電等高強(qiáng)度、短期過載事件具有異常的耐受性。在這方面，碳化物電阻通常比其他技術(shù)更堅(jiān)固，達(dá)到一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在其封裝的限制范圍內(nèi)，它們還表現(xiàn)出相對(duì)較低的寄生電感，這在涉及快速瞬變的情況下通常是非常理想的。對(duì)于高度重視這些強(qiáng)度并能容忍其他缺陷的有限應(yīng)用，碳組成電阻是一個(gè)合理的選擇。然而，在大多數(shù)情況下，其他類型的電阻將更好地服務(wù)于應(yīng)用。
碳膜電阻
碳膜電阻是一種薄膜類型的電阻，使用碳作為電阻材料生產(chǎn)。與碳化物電阻相比，碳膜電阻的一個(gè)重大改進(jìn)是 : 它們放棄了對(duì)電氣穩(wěn)健性的測(cè)量，以提高精度、穩(wěn)定性、小型化，并改善電流噪聲特性。其他薄膜型電阻傾向于進(jìn)一步往這個(gè)方向發(fā)展，或者在這樣做的同時(shí)獲得更好的價(jià)格，這或許是目前設(shè)計(jì)的首選。這一偏好的部分原因還在于碳相當(dāng)易燃，而一般的替代品則不那么易燃，而且產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)避免起火是相當(dāng)普遍的。
隨著通孔類型的普及，碳膜電阻的普及似乎也在減少。雖然后者仍在使用，其他類型的薄膜電阻現(xiàn)在也采用通孔封裝，但表面貼裝碳膜電阻很少。
圖3：碳膜電阻示例（TE的CFR200系列）
陶瓷電阻
陶瓷電阻是基于其使用由陶瓷或陶瓷合成材料形成的電阻，這與其他電阻類型不同，后者可能在其結(jié)構(gòu)中使用陶瓷材料，但不是電流流過的主要材質(zhì)。它們是一種與碳化物電阻非常相似的塊體電阻，具有類似的脈沖耐受性、無電感特性。事實(shí)上，由于粉末陶瓷經(jīng)常被用作碳化物電阻的一個(gè)組成部分，這兩者在分類上存在一定程度的重疊。然而，可以根據(jù)所使用的導(dǎo)電材料和將合成材料混合在一起的方式進(jìn)行區(qū)分；碳化物電阻僅將碳用作導(dǎo)電介質(zhì)，并使用有機(jī)粘合劑將其連接在一起，而陶瓷合成材料可包含金屬或金屬氧化物等其他導(dǎo)電材料，并通過燒結(jié)或熱熔工藝將其連接在一起�！敖饘偬沾伞保–ermet）是電位器中常用于此類材料的術(shù)語。相對(duì)于它們所取代的碳化物電阻，陶瓷電阻能夠在顯著更高的溫度下工作，盡管它們也往往表現(xiàn)出更大的溫度系數(shù)；這種組合，往往可轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品工作范圍內(nèi)30%左右的電阻變化。因此，它們不太適合小信號(hào)使用，因此主要用于額定功率至少大于1瓦特的場(chǎng)合。
圖4：陶瓷電阻示例（Ohmite的OX系列）
金屬元素電阻
具有“金屬”成分的電阻使用大塊金屬材料作為電阻材料，并且通常應(yīng)用于遠(yuǎn)低于1歐姆的電阻。它們主要用于電流測(cè)量應(yīng)用中，在這種應(yīng)用中，穩(wěn)定、已知的低值電阻能夠準(zhǔn)確測(cè)量大電流，而不會(huì)造成過大的電壓降和功率損耗。通常被稱為分流電阻（shunt），它們通常具有4引線端接，以實(shí)現(xiàn)開爾文式測(cè)量，從而允許測(cè)量電阻上出現(xiàn)的電壓，且與產(chǎn)品連接點(diǎn)處的接口電阻之間的干擾或誤差最小。
圖5：電阻示例：表面安裝（左）和底座安裝（右）的金屬（不按比例）
金屬膜電阻與薄膜電阻
金屬膜電阻和薄膜電阻基于類似的生產(chǎn)技術(shù)，其中電阻成分由通過氣相沉積工藝施加到陶瓷基板上的金屬�。ㄍǔ槲⒚准�(jí)）膜層形成，然后修整至所需的電阻值。“金屬膜電阻和薄膜電阻之間的區(qū)別似乎是一個(gè)語境；在通孔電阻中，“金屬膜”電阻似乎更常見，其中碳膜電阻是替代品，而在芯片格式電阻中，“厚膜”可能是替代品，而“薄膜”似乎是首選�！氨∧ぁ彼坪跏歉鼉A向于精確聚焦產(chǎn)品的術(shù)語，而“金屬膜”似乎更常用于通用應(yīng)用。
與碳膜產(chǎn)品相比，金屬膜電阻/薄膜電阻在精度、穩(wěn)定性和噪聲性能方面取得了進(jìn)一步的進(jìn)步，通常也意味著主要對(duì)于浪涌事件需要花費(fèi)進(jìn)一步的成本。電阻成分的總質(zhì)量足夠小，因此此類產(chǎn)品容易受到靜電放電的損壞，更小的封裝尺寸和更高的電阻值會(huì)增加靜電引起損壞的可能性。這種少量的成分質(zhì)量也使得薄膜電阻特別容易受到化學(xué)侵蝕，因次材料少量的損失或經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致失效�？偟膩碚f，薄膜/金屬膜電阻是需要精度和參數(shù)穩(wěn)定性且成本適中的應(yīng)用的首選技術(shù)。尤其是在表面貼裝封裝形式中，它們還因其低電感特性而備受青睞，并經(jīng)常用于高速電路中。
圖6：表面貼裝封裝中的薄膜電阻示例（Panasonic 的ERA-3A系列）
金屬箔電阻
金屬箔電阻是由附著在絕緣基板上的相對(duì)較厚（幾微米或更多）的金屬箔制成的。在撰寫本文時(shí)，當(dāng)需要精度和穩(wěn)定性時(shí)，它們是首選技術(shù)，其公差可低至±0.005%，溫度系數(shù)低于1 PPM/°C。其他電阻的功耗等級(jí)為幾瓦或幾十瓦，同時(shí)隨時(shí)間和溫度保持極好的穩(wěn)定性；此類電阻非常適合用于貿(mào)易相關(guān)的計(jì)量和其他應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，在一系列條件下保持精度非常重要。
圖7：金屬箔電阻示例（Vishay的VHP100系列）
金屬氧化膜電阻
金屬氧化膜電阻是一種薄膜型電阻，其中電阻成分由某種金屬的氧化物而不是金屬本身形成。本質(zhì)上，金屬氧化物是母體金屬再氧氣中燃燒殘留的產(chǎn)物，可以預(yù)見，這些材料相當(dāng)耐高溫；因?yàn)楹茈y點(diǎn)燃已經(jīng)完全燃燒的東西……金屬氧化物電阻的主要優(yōu)點(diǎn)來源于這種特性；與通常的碳膜和金屬膜電阻相比，它們具有更高的最高工作溫度和更好的脈沖負(fù)載處理特性。初始公差與碳膜產(chǎn)品中的公差相當(dāng)，氧化膜產(chǎn)品提供較低的溫度系數(shù)；與氧化膜產(chǎn)品相比，金屬膜產(chǎn)品在這兩方面都有所改進(jìn)。與碳基電阻相比，氧化膜電阻有望提供更好的噪聲特性，盡管不如金屬膜類型提供的那樣好。在額定功率為1 - 5瓦的通孔封裝中最常見的情況是，氧化膜技術(shù)通常用于產(chǎn)生10 MΩ及更高范圍內(nèi)的非常高的電阻值，盡管可提供從小于1歐姆級(jí)到更高電阻值的全范圍產(chǎn)品。
圖8：金屬氧化膜電阻示例（Yageo的MFR系列）
厚膜電阻
厚膜電阻，其中電阻成分通過類似于絲網(wǎng)印刷的方法沉積在基板上。這種工藝的成本比薄膜沉積低，而且成分的厚度通常為幾十到幾百微米。雖然 “薄” 和 “厚” 薄膜產(chǎn)品之間的實(shí)際成分厚度可能會(huì)發(fā)生重疊，但沉積方法是區(qū)別的要素。
厚膜電阻中的成分所用的糊狀材料包含一種精細(xì)劃分的電阻材料和一種更具電絕緣特性的材料的混合物，經(jīng)烘焙后，該材料固化成具有類似于碳化物電阻的導(dǎo)電網(wǎng)狀微結(jié)構(gòu)的玻璃狀物質(zhì)。材料的差異和使用熱熔合工藝代替有機(jī)粘合劑產(chǎn)生的電阻成分明顯低于碳化物電阻，且在參數(shù)上更穩(wěn)定，但與許多其他電阻成分相比，仍然相對(duì)噪音大且對(duì)溫度敏感。然而，電阻成分的總質(zhì)量往往比碳化物電阻小得多，因此厚膜電阻確實(shí)有可能對(duì)ESD和類似瞬態(tài)現(xiàn)象的損壞敏感，盡管它們可以提供遠(yuǎn)高于碳化物電阻的最高工作溫度。為達(dá)到最終值而采用的修整方法和所用厚膜組合物的具體配方對(duì)終端電阻的穩(wěn)健性有很大影響，通常比薄膜電阻的穩(wěn)健性會(huì)差一點(diǎn)。厚膜電阻主要以表面貼裝形式存在，目前作為一種通用電阻占據(jù)主導(dǎo)地位，非常適合于需要較低成本（相對(duì)于薄膜電阻）且噪聲增加和穩(wěn)定性要求不高的應(yīng)用。例如，此類應(yīng)用可能包括用于小型指示燈LED的鎮(zhèn)流器電阻或用于邏輯信號(hào)的上拉電阻。
圖9：厚膜電阻示例（Ohmite 的HVC系列）
繞線電阻
繞線電阻以繞線的方式構(gòu)造，主要以通孔和底座安裝的形式存在。它們的特點(diǎn)是低電流噪聲、良好的短期過載耐受性，并且通常存在非常顯著的寄生電感，在某些產(chǎn)品中，寄生電感通過使用貼別的繞線配置來緩解。不同產(chǎn)品，公差和溫度系數(shù)各不相同；可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)精度低于0.1%的公差和溫度系數(shù)為幾十PPM/°C的產(chǎn)品，盡管在撰寫本文時(shí)，多個(gè)可用產(chǎn)品的指定公差更接近1%和200PPM/°C或更低。
圖10: 2.5kW繞線電阻（TE的TE系列）
總結(jié)
電阻是電子電路中應(yīng)用數(shù)量很多的元件，我們根據(jù)電路要求，選擇合適的電阻器來優(yōu)化電路中調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電流與電壓，使設(shè)計(jì)在應(yīng)用中獲得更精確可靠的結(jié)果。 |
