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    全類型電阻(一)

    日期:2025-07-04 03:33
    瀏覽次數(shù):959
    摘要:電阻的基本原理 電阻,和電感、電容一起,是電子學(xué)三大基本無(wú)源器件;從能量的角度,電阻是一個(gè)耗能元件,將電能轉(zhuǎn)化為熱能。 數(shù)年前,出現(xiàn)了第四種基本無(wú)源器件,叫憶阻器(Memristor),代表磁通量和電荷量之間的關(guān)系。XX文庫(kù)里也有很多資料,有興趣可以了解一下。 ?圖片出自維基百科Memristor 通常,都是根據(jù)歐姆定律來(lái)定義電阻,給電阻加一個(gè)恒定電壓,會(huì)產(chǎn)生多大電流;也可以,通過(guò)焦耳定律來(lái)定義,當(dāng)電阻流過(guò)一個(gè)電流,單位時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生多少熱量。 實(shí)際電阻的等效模型 ? 同樣的,實(shí)際...
    電阻的基本原理

    電阻,和電感、電容一起,是電子學(xué)三大基本無(wú)源器件;從能量的角度,電阻是一個(gè)耗能元件,將電能轉(zhuǎn)化為熱能。

    數(shù)年前,出現(xiàn)了第四種基本無(wú)源器件,叫憶阻器(Memristor),代表磁通量和電荷量之間的關(guān)系。XX文庫(kù)里也有很多資料,有興趣可以了解一下。

    ?圖片出自維基百科Memristor

    通常,都是根據(jù)歐姆定律來(lái)定義電阻,給電阻加一個(gè)恒定電壓,會(huì)產(chǎn)生多大電流;也可以,通過(guò)焦耳定律來(lái)定義,當(dāng)電阻流過(guò)一個(gè)電流,單位時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生多少熱量。

    實(shí)際電阻的等效模型



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    同樣的,實(shí)際電阻都是非理想的,存在一定引線電感和極間電容,當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)合頻率較高,這些因數(shù)不能忽略。

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    某薄膜電阻的頻率特性

    上圖電阻的高頻特性非常好,可以看到極間電容只有0.03pF,引線電感只有0.002nH,其中75Ω的電阻可以到30GHz。我們通常使用的貼片電阻大都是厚膜電阻,性能遠(yuǎn)達(dá)不到如此,其引線電感有幾個(gè)nH,極間電容也有幾個(gè)pF,大多只能用到幾百M(fèi)Hz或幾個(gè)GHz。

    標(biāo)準(zhǔn)阻值表

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    上圖出自Vishay文檔

    通常電阻阻值都是標(biāo)準(zhǔn),上圖給出了不同精度(容差)的電阻的標(biāo)準(zhǔn)阻值,通常乘以10的倍數(shù)或除以10的倍數(shù),就可以得到所有阻值。

    如何記住上述阻值表呢?其實(shí)也很簡(jiǎn)單,注意以下三點(diǎn):

    不同精度的電阻對(duì)應(yīng)著不同精度的系列。通常10%精度的是E12系列,2%和5%是E24系列,1%是E96系列,而0.1%、0.25%和0.5%是E192系列。
    系列名中的數(shù)字代表著該系列有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)阻值,通常為6的倍數(shù)。例如,E12系列有12個(gè)不同的阻值,E192系列有192個(gè)不同的阻值。
    每個(gè)系列的阻值都近似是一個(gè)等比數(shù)列,公比為10開多少次方,基數(shù)是10Ω。例如E12系列的公比是10開12次方,E96系列的公比都是10開96次方。

    有興趣的可以按照上表數(shù)一數(shù),算一算是不是上述規(guī)律。另外,根據(jù)IEC的規(guī)定,2%精度對(duì)應(yīng)是E48系列有48個(gè)阻值,有興趣的可以算一下是哪些值。上表中,Vishay可能不生產(chǎn)該系列了。

    阻值標(biāo)記(Marking)
    通常我們使用*多的就是5%和1%的片狀電阻,一般0603以上的電阻封裝上都有標(biāo)記表示電阻值。

    E24系列(5%)
    對(duì)于大于10Ω,通常有3位數(shù)字表示阻值,前兩個(gè)表示阻值基數(shù),*后一位表示乘以10的幾次方。例如標(biāo)記100代表10Ω,而不是100Ω,472代表4.7kΩ。小于10Ω通常用R來(lái)表示小數(shù)點(diǎn),例如2R2,表示2.2Ω。

    E96系列(1%)
    通常由2位數(shù)字加一個(gè)字母表示,2位數(shù)字代表是E96系列的第幾個(gè)阻值,字母表示乘以10的幾次方,其中Y代表-1,X代表0,A代表1,B代表2,C代表3,以此類推。例如47C,從表中數(shù)到47個(gè)阻值,是30.1,C代表乘以10的3次方,就是30.1kΩ。

    另外,對(duì)于軸向引線封裝的電阻,阻值標(biāo)記都是一圈一圈的色環(huán),具體含義如下圖所示:

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    阻值色環(huán)碼

    從左往右,前兩個(gè)或三個(gè)環(huán)代表數(shù)字,接下來(lái)的環(huán)代表乘數(shù),與前面的數(shù)字相乘便是阻值。再接下來(lái)的環(huán)代表電阻的容差,*后就是電阻的溫度系數(shù)。


    電阻的工藝與結(jié)構(gòu)

    電阻的工藝種類繁多,可以根據(jù)阻值是否可以變化,分成兩大類介紹:
    固定電阻
    可變電阻

    2.1 固定電阻
    固定電阻,顧名思義就是電阻值是定值,不可變。大多數(shù)時(shí)候,我們使用的電阻都是固定值的。可以根據(jù)封裝的不同大致再分類

    2.1.1 軸向引線電阻(Axial Leaded Resistor)
    軸線引線電阻通常都是圓柱形,兩個(gè)外電極是圓柱體兩端的軸向?qū)Ь€,根據(jù)材料和工藝的不同還可以再分為多種。

    繞線電阻(Wire Wound Resistor)

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    繞線電阻是將鎳鉻合金導(dǎo)線繞在氧化鋁陶瓷基底上,一圈一圈控制電阻大小。繞線電阻可以制作為精密電阻,容差可以到0.005%,同時(shí)溫度系數(shù)非常低,缺點(diǎn)是繞線電阻的寄生電感比較大,不能用于高頻。繞線電阻的體積可以做的很大,然后加外部散熱器,可以用作大功率電阻。

    碳合成電阻(Carbon Composition Resistor)

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    碳合成電阻主要是由碳粉末和粘合劑一起燒結(jié)成圓柱型的電阻體,其中碳粉末的濃度決定了電阻值的大小,在兩端加鍍錫銅引線,*后封裝成型。碳合成電阻工藝簡(jiǎn)單,原材料也容易獲得,所以價(jià)格*便宜。但是碳合成電阻的性能不太好,容差比較大(也就是做不了精密電阻),溫度特性不好,通常噪聲比較大。碳合成電阻耐壓性能較好,由于內(nèi)部是可以看作是碳棒,基本不會(huì)被擊穿導(dǎo)致被燒毀。

    碳膜電阻(Carbon Film Resistor)

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    碳膜電阻主要是在陶瓷棒上形成一層碳混合物膜,例如直接涂一層,碳膜的厚度和其中碳濃度可以控制電阻的大小;為了更加精   確的控制電阻,可以在碳膜上加工出螺旋溝槽,螺旋越多電阻越大;*后加金屬引線,樹脂封裝成型。碳膜電阻的工藝更加復(fù)雜一點(diǎn),可以做精密電阻,但由于碳質(zhì)的原因,還是溫度特性不太好。

    金屬膜電阻(Metal Film Resistor)


    與碳膜電阻結(jié)構(gòu)類似,金屬膜電阻主要是利用真空沉積技術(shù)在陶瓷棒上形成一層鎳鉻合金鍍膜,然后在鍍膜上加工出螺旋溝槽來(lái)精   確控制電阻。金屬膜電阻可以說(shuō)是性能比較好的電阻,精度高,可以做E192系列,然后溫度特性好,噪聲低,更加穩(wěn)定。
    Metal film resistor ?

    金屬氧化物膜電阻(Metal Oxide Film Resistor)

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    上圖出自Metal oxide film resistor

    與金屬膜電阻結(jié)構(gòu)類似,金屬氧化物膜主要是在陶瓷棒形成一層錫氧化物膜,為了增加電阻,可以在錫氧化物膜上加一層銻氧化物膜,然后在氧化物膜上加工出螺旋溝槽來(lái)精   確控制電阻。金屬氧化物膜電阻*大的優(yōu)勢(shì)就是耐高溫。

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    上圖出自Metal oxide film resistor ?

    2.1.2 片狀電阻

    金屬箔電阻(Metal Foil Resistor)

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    金屬箔電阻是通過(guò)真空熔煉形成鎳鉻合金,然后通過(guò)滾碾的方式制作成金屬箔,再將金屬箔黏合在氧化鋁陶瓷基底上,再通過(guò)光刻工藝來(lái)控制金屬箔的形狀,從而控制電阻。金屬箔電阻是目前性能可以控制到*好的電阻。

    厚膜電阻(Thick Film Resistor)

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    厚膜電阻采用的絲網(wǎng)印刷法,就是再陶瓷基底上貼一層鈀化銀電極,然后在電極之間印刷一層二氧化釕作為電阻體。厚膜電阻的電阻膜通常比較厚,大約100微米。具體工藝流程如下圖所示。

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    厚膜電阻是目前應(yīng)用*多的電阻,價(jià)格便宜,容差有5%和1%,絕大多數(shù)產(chǎn)品中使用的都是5%和1%的片狀厚膜電阻。

    薄膜電阻(Thin Film Resistor)

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    薄膜電阻就是氧化鋁陶瓷基底上通過(guò)真空沉積形成鎳化鉻薄膜,通常只有0.1um厚,只有厚膜電阻的千分之一,然后通過(guò)光刻工藝將薄膜蝕刻成一定的形狀。Thin Film工藝在此前電容和電感的文章中已經(jīng)提到過(guò)多次了,光刻工藝十分精    確,可以形成復(fù)雜的形狀,因此,薄膜電容的性能可以控制的很好。

    ?上圖出自panasonic chip resistors

    2.2 可變電阻
    可變電阻就是電阻值可以變化,可以有兩種:一是可以手動(dòng)調(diào)整阻值的電阻;另一種就是電阻值可以根據(jù)其他物理?xiàng)l件而變化。

    2.2.1 可調(diào)電阻
    上中學(xué)的時(shí)候,應(yīng)該都使用過(guò)滑動(dòng)變阻器做實(shí)驗(yàn),動(dòng)一動(dòng)滑動(dòng)變阻器,小燈泡可以變亮或變暗。滑動(dòng)變阻器就是可調(diào)電阻,原理都是一樣的。

    可調(diào)電阻,通常分成了三種:

    Potentiometer
    電位器或分壓計(jì),這是一種三端口器件。電位器被中間抽頭分成兩個(gè)電阻,通過(guò)中間抽頭可以改變兩個(gè)電阻的阻值,就可以改變分得的電壓。
    Rheostat
    變阻器,其實(shí)就是電位器,唯壹的區(qū)別就是變阻器只需要用到兩個(gè)端口,純粹一個(gè)可以精   確調(diào)整阻值的電阻。
    Trimmer
    微調(diào)器,其實(shí)也是電位器,只不過(guò)不需要經(jīng)常調(diào)整,例如設(shè)備出廠的時(shí)候調(diào)整一下即可,通常需要用螺絲刀等特殊工具才能調(diào)整。

    2.2.2 敏感電阻
    敏感電阻是一類敏感元件,這類電阻大都對(duì)某種物理?xiàng)l件特別敏感,該物理?xiàng)l件一變化,電阻值就會(huì)隨著變化,通常可以用作傳感器, 例如光敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等等。在電路設(shè)計(jì)應(yīng)用比較多的應(yīng)該是熱敏電阻和壓敏電阻,常用作保護(hù)器件。
    熱敏電阻

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    上圖出自Murata Application Manual - PTC

    PTC就是正溫度系數(shù)電阻,通常有兩種:一種是陶瓷材料,叫CPTC,適用于高電壓大電流場(chǎng)合;另一種是高分子聚合物材料,叫PPTC,適用于低電壓小電流場(chǎng)合。

    陶瓷PTC,其電阻材料是一種多晶體陶瓷,是碳酸鋇、二氧化鈦等多種材料的混合物燒結(jié)而成。PTC溫度系數(shù)具有很強(qiáng)的非線性,當(dāng)溫度超過(guò)一定閾值時(shí)電阻會(huì)變得很大,相當(dāng)于斷路,從而可以起到短路和過(guò)流保護(hù)的作用。
    同時(shí)還有負(fù)溫度系數(shù)電阻,即NTC就不詳細(xì)介紹了。

    壓敏電阻

    ?上圖出自Varistor and the Metal Oxide Varistor Tutorial

    壓敏電阻通常都是金屬氧化物可變電阻,即Metal Oxide Varistor(MOV),其電阻材料是氧化鋅顆粒和陶瓷顆粒混合后一起燒結(jié)成型。MOV的特性就是當(dāng)電壓超過(guò)一定閾值的時(shí)候,電阻迅速下降,可以通過(guò)大電流,因此可以用于浪涌防護(hù)和過(guò)壓保護(hù)。
    將氧化鋅陶瓷采用和MLCC類似的工藝制作成多層型壓敏電阻,即 MLV。MLV封裝較小,通常是片狀的,額定電壓和通流能力都比MOV小很多,適用于低壓直流場(chǎng)合。

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