抵抗器は、電気工学における最も基本的な単位として、インダクタやコンデンサとともに注目を集めています。これらの受動部品は、パッケージ、コスト、サイズ、構成材料が大きく異なります。熱、電圧、周波数に基づく抵抗許容範囲も大きく異なります。さらに、抵抗器の種類によって浮遊インダクタンスと静電容量のレベルが異なり、より安価な選択でコストを節約できる場合とそうでない場合を判断するのはエンジニアの責任です。
炭素合成抵抗器
カーボンコンポジション抵抗器とカーボンフィルム抵抗器は通常、円筒形、軸リード、および仕様を伝える帯状のカラーバンドコードで構成される、かつては広く普及していたデザインでパッケージ化されています。カーボン合成抵抗器は、粉末セラミックとカーボンの混合物を使用して抵抗値を決定します。現在でも、依然として非常に一般的ではありますが、許容誤差が比較的小さいため、あまり使用されなくなり、現在ではより高出力のアプリケーションで最もよく見られます。
炭素皮膜抵抗器
炭素膜抵抗器は、製造工程中に炭素膜が堆積されるセラミックベース上に構築されます。完成した部品の抵抗は、堆積された炭素層の厚さによって決まり、また、必要に応じて炭素層の螺旋部分を切り取ることによっても決まります。これらのタイプの抵抗器は、多くの場合、最大1.0 pFの静電容量値を示します。前述のように螺旋状にすることで抵抗が変更された場合、数 μHの固有インダクタンスも存在する可能性があります。カーボンフィルム抵抗器が従来のカーボン組成のものに比べて優れている点の1つは、カーボンが純粋であるため、多くの用途で重要な要素となる「ノイズ」の発生がはるかに少ないことです。
厚膜抵抗器と薄膜抵抗器
厚膜抵抗器は、通常数十ミクロン程度の厚さの抵抗膜がセラミックベース上に堆積されて構成されます。製造コストが安く、今日最も一般的に使用されている部品抵抗器です。フィルムの構成は、メーカーにとって積極的な開発分野です。
薄膜抵抗器もセラミックベース上に構築されていますが、類似点はそれだけです。ここでの抵抗要素は、ベース上に真空蒸着されたニクロムの金属フィルムです。得られた膜は厚膜抵抗器の約1,000倍薄くなります。薄膜抵抗器は厚膜抵抗器よりも製造コストが高くなりますが、漂遊誘導と静電容量が低く、温度係数が優れています。厚膜抵抗器は物理的に頑丈で、より多くの電流を処理できるように製造できます。
厚膜抵抗器と薄膜抵抗器は同様のパッケージで提供されます。選択肢には、表面実装パッケージ、SIPアレイ、DIPアレイ、ラジアルリード パッケージなどがあります。高アンペア厚膜抵抗器は、頑丈なTO220パッケージで提供されるほか、シャーシに取り付け可能なヒートシンクを内蔵した状態でも提供されます。
Arrow Electronicsから入手可能なVishay VTF285BXは、SIPパッケージで入手可能な一連の薄膜抵抗器アレイの一例です。設計者はデータシートを利用して、比率分割器として機能するように設計された1つのパッケージに2つの抵抗器を含む3ピン デバイスを注文できることに気付くでしょう。4つの独立した抵抗器を収容する8ピン デバイスなど、さまざまなオプションが利用可能です。
金属酸化物抵抗器
金属酸化物抵抗器は、高温にさらされる可能性がある用途に適しています。同様のサイズの他の抵抗器よりも多くの電力を処理でき、サージや過負荷に対する耐性も非常に優れています。ただし、一部のカーボン抵抗器と同様に、比較的ノイズが多くなります。
金属酸化物抵抗器は、セラミックベース上に金属酸化物膜を堆積させることによって作られます。これらは、多くの場合、カーボンコンポジション抵抗器やカーボンフィルム抵抗器に似たパッケージで提供されます。最終的な抵抗は、コーティングの厚さと、長さ全体にわたって螺旋状にカットすることで実現されるトリミングによって決まります。予想どおり、この理由により、金属酸化物抵抗器は比較的高いインダクタンスを示します。これらの抵抗器は、非常に厳しい抵抗許容差で指定できます。
金属皮膜抵抗器
金属皮膜抵抗器は薄膜抵抗器と混同されやすいです。1つの違いは、金属フィルム抵抗器の最終的な抵抗値はエッチングではなくスパイラルカットによって決定されることです。この方法により、より厳しい抵抗許容差を実現できます。抵抗温度係数 (TCR) が優れているため、これらの抵抗器はノイズが問題になる可能性がある場合に非常に適しています。ただし、サージによって簡単に損傷を受けます。
巻線抵抗器
巻き線抵抗器は高電力用であり、多くの場合ヒートシンクと一緒にパッケージ化されており、高レベルの熱に耐える固有の能力を高めています。これらのデバイスの抵抗は温度によってほとんど変化しません。比較的コストが高いことに加え、ワイヤコイルで構成されているためインダクタンスが高いという大きな欠点があります。抵抗配線を同じ経路で前後に巻くと、変圧器コイルや電磁石の構築方法とはまったく逆の方法で、その効果の一部を軽減できます。
巻線の抵抗値を非常に高い精度で指定できます。これらのデバイスは、最大数百ワットの電力を消費するように指定でき、最大数十万オームの抵抗で利用できます。
OHMITEのD225K100Kは巻線抵抗器の例です。データシートによると、この特定のモデルは電圧分割器または調整可能な抵抗器として使用できます。
箔抵抗器
フォイル抵抗器は、現在一般に入手可能な抵抗器の中で最も優れたTCRと精度を備えていると考えられています。これらの低ノイズコンポーネントは静電容量も非常に低く、インダクタンスもまったくありません。箔抵抗器の抵抗素子は、非導電性のベースに取り付けられた、厚さ数マイクロメートルのニッケルおよびクロム箔です。その後、必要な抵抗を正確に達成するためにレーザートリミングされます。これらのコンポーネントは、入手可能な抵抗器の中で最も優れた安定性を備えています。一部のカーボンタイプとは異なり、特に抵抗値は電圧に対して非常に安定しています。
世界で最も一般的な抵抗器
しかし、現在使用されている抵抗器のほとんどはIC内に存在するため、個別のコンポーネントとして存在していません。ICでは、抵抗器は個別のコンポーネントとして追加されるのではなく、トランジスタやコンデンサと同様に製造されることが多いです。必要なオーム数が比較的低い場合、N領域の抵抗率が低いため、通常はN領域に形成されます。逆に、P領域では抵抗率が高いため、より高い値の抵抗器が製造されます。どちらの場合も、作成される抵抗器の実際の値は、拡散がどの程度深く影響を受けるか、拡散の幅と長さ、および注入される不純物の量によって制御されます。
もちろん、IC内ほどスペースが貴重な場所は地球上に他にはないでしょう。そのため、IC内に抵抗器を構築する方法は多数あり、それぞれの方法は特定の状況に合わせて最適化されています。