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电阻器的品种及其特性

本站为您提供的电阻器的种类及其特性,电阻器的种类及其特性Steve Guinta
问:我想了解现有电阻器各种类型之间的差别以及在具体应用中如何选择合适的电阻器?答:好,让我首

电阻器的品种及其特性
Steve Guinta

问:我想了解现有电阻器各品种型之间的不同以及在详细运用中怎么挑选
适宜的电阻器?

答:好,让我首要介绍一下实验室中常用的分立电阻器或轴向引线电阻器,
可是再对分立电阻器与薄膜或厚薄电阻网络从价格和功能方面进行比较。
轴向引线(Axial Lead)电阻器的类型:轴向引线电阻器
最常用的类型有三种:组成碳膜电阻器或碳膜电阻器、金属膜电阻器和线绕电阻器。
·组成碳膜电阻器或碳膜电阻器(总称碳质电阻器)用于初始精度和随温度改动的安稳性以为
不重要的一般电路。典型运用包含晶体管或场效应管偏置电路中集电极或发射极的负载电阻
,充电电容器的放电电阻以及数字逻辑电路中的上拉电阻或下拉电阻。
碳质电阻器按照准对数序列规则一系列规范电阻值(见表1),阻值规模从1Ω到22MΩ,答应
差错从2%(碳膜电阻器)到5%,乃至高达20%(组成碳膜电阻器)。额定功率规模从1/8W到2W,
其间功率为1/4W和1/2W,答应差错为5%和10%的电阻器用得最多。

碳质电阻器的温度系数很差(典型值为 5,000ppm/°C )。所以当温度改动时要求阻值几
乎不变的精细运用场合,不合适选用这种电阻器,但它们的价格很廉价,1000只碳质电阻器仅3美分(USD0?03)。
表1例出的是答应差错为2%和5%,阻值间隔为10%,10倍阻值规模碳质电阻器规范阻值。表
1顶用细体字表明的系列阻值的答应差错仅为10%或20%,间隔为20%[
表1中的
阻值计算公式,X=1NT(10×2410n,n=0,1,2,…24,其间INT
表明取整运算。
表1中细体字阻值计算公式,X=INT(10×1210n),n=0,1,2,…12—
—译者注]。
碳质电阻器还可运用色码表明电阻器的阻值和答应差错(见图1和表2):
表1 10倍阻值规模碳质电阻器规范阻值
1016274368

1118304775

1220335182
13223656
91
15243962100

表2 碳质电阻器的色码意义

数字色彩倍乘数零的个数答应差错
-银0?01-210%
-金0?10-15%
0黑10-
1棕101-
2红10022%
3橙1k3-
4黄10k4-
5绿100k5-
6篮M6-
7紫10M7-
8灰—
9白—
-无色–20%

·金属膜电阻器合适用于要求高初始精度、低温度系数和低噪声的精细运用场合。金属
膜电
阻器一般用真空镀膜或阴极溅射工艺,将作为电阻资料的某种金属或合金(例如镍铬合金、
氧化锡或氮化钽)淀积在绝缘基体(例如模制酚醛塑料)外表构成薄膜电阻体构成的电阻器。
金属膜电阻器典型运用包含电桥电路、RC振荡器和有源滤波器。金属膜电阻器的初始精度范
围为0?1%~1?0%,温度系数规模为10~100ppm/°C。阻值规模为10?0Ω~301kΩ,阻值间隔为2%,最大答应差错为0?5%和1%的金属膜电阻器规范阻值如表3所示[表3中阻值的计算公式为,X=INT(10116n),n=0,1,2,…116——译者注]。

表3 金属膜电阻器规范阻值
1?001?291?682?172?813?644?706?087?87
1?021?321?712?222?873?714?806?218?03
1?041?351?742?262?923?784?896?338?19
1?061?371?782?312?983?864?996?468?35
1?081?401?822?353?043?945?096?598?52
1?101?431?852?403?104?015?196?728?69
1?131?461?892?453?174?095?306?858?86
1?151?491?932?503?234?185?406?999?04
1?171?521?962?553?294?265?517?139?22
1?201?552?002?603?364?345?627?279?41
1?221?582?042?653?434?435?737?429?59
1?241?612?092?703?494?525?857?569?79
1?271?642?132?763?564?615?967?729?98
金属膜电阻器用4位数字表明阻值(数值表明法见图2),替代碳质电阻器选用的色码表明
法。
·线绕电阻器十分精细并且安稳(0?05%,<10ppm/°C),用于要求严苛的运用场
合,例如调谐网络和精细衰减电路。典型阻值规模为0?1Ω~1?2MΩ。
高频效应:与“抱负”的电阻器不同,“实践”的电阻器像实践的电容器
相同也遭受寄生效果。实践上任何两

模仿器材六合 1998年第9期

模仿器材六合 1998年第9期

端元件,依据作业频率都可看作一个电阻器、电容器、电感器或阻尼振荡电路,如图
3所示。

图3 “实践”电阻器模型

像电阻器的基体资料、长度与截面比这些要素决议电阻器附加的寄生电感和寄生电容,然后
影响电阻器的高频等效直流阻抗的安稳性。薄膜电阻器一般具有优秀的高频呼应。在100MHz左右,仍能坚持其精度。碳质电阻器只能用于1MHz左右。线绕电阻器的感抗最高,所以频率呼应最差。即使是无电感的线绕电阻器(顺时针方向绕的线圈数等于逆时针方向绕的线圈数
,因为工艺依然存在失配和剩下电感——译者注),也具有很高的容抗,当作业频率达50k
Hz以上,简直不安稳。

问:温度效应对电阻器影响怎么?我是否总运用温度系数(TC)最低的电阻器?
答:没有必要,首要依据运用状况而定。图4示出的是用来丈量环路电流的电阻器,待测电流在该电阻两头发生的电压等于I×R。在这个运用中,在任一温度下电阻值的肯定精度对丈量该电流的精度至关重要,所以应该运用温度系数很低的电阻器。

图4 丈量环路电流的电阻器

与上述运用实例不同,图5示出的是增益为100的运算扩大器电路中增益设置电阻器的效果。
在增益精度取决于两个电阻值的比率(比率装备)这类运用中,电阻值的匹配和温度系数
(TC)的盯梢程度比肯定精度更重要。下面经过两个实例来阐明这一点。

图5 同相扩大电路中的增益设置电阻

1?假定两个电阻器RI和RF的实践温度系数(TC)都为100ppm/°C(即0?01%/°C)。当温
度改动ΔT时,对应的电阻值为R=R0(1+TCΔT)
当温度上升10°C时,RF和RI的阻值都添加0?01%/°C×10°C=0?1%,运算扩大器的增
益公式(十分近似)为1+RF/RI。尽管这两个电阻器的阻值相差很大(99∶1),但它们按相同的百分比(比率)添加,所以该电路的增益不变。这个比如阐明该电路的精度只是取决于两个电阻值的比率,而与它们的肯定值无关。
2?假定RI的温度系数为100ppm/°C,而RF的温度系数仅为75ppm/°C。当温度改动10°
C时,阻值RI添加0?1%,是初始值的1?001倍,而RF添加0?075%是初始值的1?00075
倍。由此得到新的增益值为 1?00075RF/1?001RI=0?99975RF/RI。
这表明,当环境温度改动10°C,扩大器电路增益下降0?025%(相当于12位分辨率体系的1L
SB)。
人们一般不了解的另一个参数是电阻器的自热效应(self?heaTIng effect)。
问:什么是自热效应:
答:指由本身的热量构成电阻值的改动,因为当电阻器功耗添加时必定引起
电阻器本身温度的添加。大多数出产厂家的产品阐明都给出“热阻”或“热降”这项技术指标,用摄氏度符每瓦(°C/W)单位表明(热阻界说为电阻器的有用温度与外部规则参考点的温度之差除以器材的稳态散耗功率所得的商——译者注)。关于 1/4W 典型尺度的电阻器,其热阻大约为125°C/W。让我们以上述满度输入运算扩大器为例阐明热阻的运用。
RI的功耗为E2/R=(100mV)2/100Ω=100μW,它引起的温度改动为100μW×125°C/
W=0?0125°C,引起的电阻改动为0?01%/°C×0?0125°C=0?00012%≈1ppm,所以可忽
略不计。
RF的功耗为E2/R=(9?9V)2/9900Ω=0?0099W,它引起的温度改动为0?0099W×
125°C/
W=1?24°C,由此引起的电阻改动为0?01%/°C×1?24°C=0?0124%,所以它直接引起增
益改动0?012%。热电偶效应:线绕电阻器还存在其它问题。电阻器的绕线和电阻器的引线之间的连接点构成一种热电偶,一般的线绕电阻器由规范180合金?镍铬合金连接点发生的热电势为42μV/°C。
假如选用价格比较贵的电阻器,由铜?镍合金连接点发生的热电势为2?5μV/°C。
用作规范电阻引线的180合金由77%铜和23%镍组成。
这种热电偶效应在沟通运用中并不重要,因为在相同温度下,电阻器两头的热电势能够彼此
抵消。可是假如因为电阻器的功耗或许因为电阻器的一端接近热源致使电阻器的一端温度比另一端高,然后构成净热电势发生的直流差错电压进入电路。关于一般的线绕电阻器,温度只需差4°C,就会发生168μV的直流差错电压。关于满度10V 16位分辨率体系,这个数值大于1LSB。

模仿器材六合 1998年第9期

模仿器材六合 1998年第9期

在装置线绕电阻器时设法使两引线端温差最小能够战胜上述问题。详细做法能够使电阻
器的两条引线长度持平,使经过它们的热导性均衡,也能够使任何气流(不论是强制或天然对流)与电阻体相笔直(见图6),或许留意使电阻器的引线两头相对印制电路板上的任一热源
坚持持平的等效热间隔(即承受暖流持平的间隔)。

问:薄膜电阻网络与厚膜电阻网络之间有何差异?电阻器网络与分立电
阻器比较有何优缺点?
答:除了简直不必考虑实践状况的显着长处以外,
电阻器网络,不论是作为独立的全体仍是作为单片IC的一部分,经过激光修整后还具有精度
高、温度系数匹配严密和温度特性盯梢好等长处。分立电阻网络一般用于精细衰减器和增益
设置电路。薄膜电阻网络还可用于单片集成电路和混合电路外表扩大器,以及运用R?2R梯
形网络的CMOS数模转化器和模数转化器。
厚膜电阻器是一种价格最低的电阻器,匹配程度中等(<0?1%),但温度系数(>100ppm/°C)和盯梢功能(>10ppm/°C)很差。厚膜电阻器是选用丝网印刷或电

表4 厚膜与薄膜电阻器网络功能比较

类 型优 点缺 点

厚 膜低价格大功率可用激光修整简单制作匹配中等(0?1%)TC差
(>100ppm/°CTC盯梢差(10ppm/°C)玻璃薄膜匹配好(<0?01%)TC好(<100ppm/°C)
TC盯梢好(2ppm/°C)价格适中可用激光修整低电容 易损坏 体积大 功率低陶瓷薄膜匹配好(<0?01%)TC好(<100ppm/°C)TC盯梢好


(2ppm/°C)价格适中可用激光修整低电容合适混合IC基片 体积大硅 薄 膜匹配好(<0?01%)TC好(<100ppm/°C)TC盯梢好(2ppm/°C)价格适中可用激光修整低电容合适混合IC基片

镀工艺将电阻性资料淀积在绝缘基体(例如玻璃或陶瓷)上构成的。薄膜电阻网络的价格适中,并且具有优秀的匹配功能(0?01%),以及优秀的温度系数(<100ppm/°C)和盯梢功能(<10ppm/°C)。这些功能都可用激光调整。薄膜电阻网络是选用汽相淀积法制作的。
表4比较了厚膜电阻网络与几种典型的薄膜电阻网络的优缺点。表5比较了不同基体资料
的优缺点。


表5 不同基体资料比较

基 体优 点缺 点

玻 璃低电简单损坏低功率体积大
陶 瓷低电容合适于混合IC基片体积大
硅 合适于单片IC基片低功率对基体构成电容
蓝宝石低电容低功率较高价格
在图7所示的集成外表扩大器电路中,电阻器R1与R′1,R2与R′2,R3与R′3
之间严厉匹配以确保很高的共模抑制比(高达120dB,dc~60Hz)。尽管运用分立运放和分立
电阻器也或许到达较高的共模抑制比,但匹配电阻器作业量大不合乎匹量出产的要求。

图7 集成外表扩大器中的匹配电阻

在CMOS数模转化中选用的R?2R梯形电阻网路(包含反应电阻),要求匹配功能好(而不是肯定
精度高)也是很重要的。为了到达n位精度,电阻器的匹配功能有必要小于1/2n,经过激光修整很简单到达这一点。可是肯定精度差错答应大到20%。图8示出的是CMOS数模转化器中所运用的典型R?2R梯形电阻网络。

图8 CMOS数模转化器中的R?2R梯形电阻网路

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