通用电阻器原理与分类

Resistor----通用电阻器

1.电阻原理

电阻的数值取决于电阻体物质的固有电阻系数及其截面积和长度，图1-1：

图1-1：电阻模拟简图

如上述公式所示，固有电阻ρ(Ω･cm)乘以电阻体的长度L所得的数值除以截面积S后就得到电阻值。

其中：

R：电阻值（Ω）

L：长度（cm）

W：宽度（cm）

T：高度/厚度（cm）

S：截面积（W•T）

ρ：电阻率（Ω•cm）

2.电阻的参数

电阻温度系数：

Temperature coefficient of resistance， 简称TCR，表示电阻当温度改变1℃时，电阻值的相对变化，单位为ppm/℃（即10E（-6）/℃）。实际应用时，通常采用平均电阻温度系数，定义式：TCR（平均）=(R2-R1)/R1（T2-T1），有负温度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻只会发生突变的临界温度系数，TCR越小表明该电阻受温度影响越小。

额定功率：

最高使用温度下（一般取70℃）可连续施加的功率的最大值，表征了电阻能安全消耗的功率。当电流经过电阻时，产生热量。电阻把电能转换为热能。如果电流过大，就会造成电阻过热而烧坏。为安全起见，在选用电阻时其额定功率要大于此电阻在电路中功率的实际值。通常可按电阻在电路中功率的实际值或计算值的两倍确定选用电阻的额定功率。

额定电压：

由阻值和额定功率换算出的电压。

老化系数：

电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数。

电压系数：

在规定的电压范围内，电压每变化1伏，电阻器的相对变化量。

噪声：

产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声两部分，热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。

很重要的一点：

可以使用电阻器电压在合理范围内和电流的任何组合，只要不超过其耗散功率额定值或吸收多少功率而不会对其自身造成任何损害，并被定义为电阻元件无限期消散的热量而不会降级它的性能。可以使用下面的公式来计算直流电路中任何电阻的功耗：

其中V是电阻两端的电压，I是流过电阻本体的电流。鉴于上面的公式参数，我们代入标准P值（1/16W，1/8W，1/4W等）可以计算出安全电流或者安全电压。

3.电阻的分类

电阻器的种类可大致分为固定电阻器、可变电阻器、半固定电阻器。从材料的角度来看，分别有碳类和金属类。从电阻体的形状而言，有膜状、丝状、板状，其中金属膜还有薄膜与厚膜之分。表1-1和表1-2给出电阻的分类：

表1-1：电阻按材质分类

表1-2：电阻按用途分类

4.高精度电阻

高精度电阻器虽然没有严格的定义或种类，一般是指电阻值精度（允许差小）高，温度系数（TCR）小的电阻器。此外，有时也将其叫做精密电阻器。可通过制造时的调整工序来提高电阻器的初期精度。但是，电阻值会随着温度等环境条件而发生变动，因而必须是温度系数小，且具有能够对温度变动也维持稳定精度的性能。

利用电阻器的高精度，来进行高精度的测量和控制。例如，图1-2所示的基于运算放大器的反相放大器的输出电压Vout，是附式来决定的。此外，图1-3电压调节器的Vout也一样。如式子所示，假设运算放大器和电压调节器没有误差达到理想的要求，则两个电阻器的比决定希望获得的输出电压。这种情况下，也存在着只要相对地为同值即可的思路，而如果两个电阻的绝对精度高，温度系数小，则可减少确认和调整等步骤。此外，在电流检测用途中，电阻器的精度直接成为电压转换的误差而体现出来。

图1-2：放大器使用电阻调节参数

图1-3：电源IC上的误差放大器反馈

5.抗硫化电阻

“耐硫化贴片电阻”，如其名称所示，指提高了对“硫化”的耐受性的贴片电阻。“硫化”，一般情况下是指与硫化氢等空气中所含有的硫磺成分化合。贴片电阻中，硫磺成分有可能从保护膜和电极间进入，导致电极材料的银（Ag）硫化而成为硫化银（Ag2S），造成断线。因此，在硫含量高的环境中，必须使用经过硫化处理的贴片电阻。可以采取一些方法来防止硫化，例如采用硫不容易进入内部电极部分的结构，以及使用在电极中耐硫化的金属。

为了在硫磺成分较多的环境下维持并提高可靠性而使用耐硫化电阻。作为硫磺成分较多的场所，可列举以下场所，如火山或温泉附近、汽车尾气多的干线公路旁、使用切削油或橡胶产品的附近。此外，即使在一般环境下，有的情况下使用部件材料中也会含有硫磺成分。例如，冷却风扇的过滤器或密封垫用、防振用的橡胶产品、模塑树脂等也需要注意，有的硅系涂层材料等中也含有促进硫化的成分。耐硫化电阻被应用在机床、工业机械、服务器、基站、照明、安防、工业用马达、控制设备、汽车等多暴露于外界的用途、在气体介质中硫磺成分较多的环境下使用的设备或装置等方面。

6.薄膜与厚膜

下表1-3列出对薄膜贴片电阻器与厚膜贴片电阻器的构造和特点进行的比较。薄膜贴片电阻器和厚膜贴片电阻器，基本构造大致上都相同，但是电阻体材料和电阻体形成方法则有着较大的差异。薄膜贴片电阻器，通过溅射来均匀地形成极薄的金属合金膜，实现高精度且较低的TCR。相比之下，厚膜贴片电阻器是通过印刷在涂布了导电粒子和玻璃的混合物后予以烧结来形成电阻体，电阻体厚度不均匀引起的电阻值偏差大，而且玻璃 (绝缘体)引起的电流散射大，因而TCR和噪声也增大。但是，随着电阻体材料的进化和修整技术的进展，厚膜贴片电阻器也能够实现精确到±0.1%的高精度化：

表1-3：厚膜薄膜关键项对比

此外，表1-4列出薄膜贴片电阻器与厚膜贴片电阻器的精度和TCR的数值示意图、及特性和性能的比较：

表1-4：厚膜薄膜精度、TCR对比

如上所示，薄膜贴片电阻器与厚膜贴片电阻器相比，精度更高，TCR更小。对于可靠性，薄膜贴片电阻器的长时变化率也非常小，可以说是一款长寿命的电阻器。另外，薄膜贴片电阻器还具有噪声非常小的特点，有望用于智能手机和音频设备，实现高音质。