作为电气工程中最重要的基础装置,电阻器与感应器和电容器具有同样重要的地位。 这些无源元件在封装、成本、尺寸和构成材料方面有很大的不同。 基于热、电压和频率的电阻偏差也是各不相同。 此外,由于不同类型的电阻器受不同水平的杂散电感和电容影响,工程师可决定何时使用较便宜的电阻器可以节省成本,何时不能。
碳质电阻
碳质电阻器和碳膜电阻器通常采用曾经一度无处不在的封装设计,该设计用一个圆柱形、带轴心引线、带状色环代码来表示它们的规格。 碳质电阻器使用陶瓷和碳的混合粉来确定电阻值。 今天,虽然它们仍然非常常见,但不太常用,因为它们的电阻容差相对较低,现在多见用于更高功率的应用。
碳膜电阻器的制造以陶瓷为基体,并在制造过程中将一层碳沉积在基体上。 成品元件的电阻值取决于沉积碳层的厚度,还取决于从碳层上适当切割的螺旋部分。 这类电阻器的电容值通常可达到 1.0 微微法拉。 如果它们的电阻值已被螺旋切割部分所改变(如所描述的那样),则可能存在多个 μH 的固有电感。 相对于老一代由碳构成的电阻器,碳膜电阻的一个巨大优势在于它产生的“噪音”更少,因为它使用了纯碳,这在许多应用中是一个关键因素。
厚膜电阻器和薄膜电阻器
厚膜电阻器包括一张厚度一般约为 10 微米的电阻膜,并被沉积在陶瓷基体上。 它们的造价便宜,是今天最常用的电阻元件。 对制造商来说,膜的构成是一个活跃的开发领域。
薄膜电阻器的制造也以陶瓷为基板,除此,它与厚膜电阻器便没有其他相似的地方。 这里的电阻元件是一张镍铬合金的金属薄膜,并通过真空的方法沉积在基板上。 产生的膜比厚膜电阻器薄 1000 倍左右。 薄膜电阻器的造价远高于厚膜电阻器,但它们杂散电感和电容均较低,并且都有很好的温度系数。 厚膜电阻器的外在坚固性更好,并且可以处理更多的电流。
厚膜和薄膜电阻器的封装相似。 选择的范围包括表面贴装封装、SIP 列阵,DIP 列阵和径向引线封装。 电流较高的厚膜电阻器可采用加固型 TO220 封装,甚至可以带内置、安装在底部的散热板。
Arrow Electronics 提供的 Vishay VTF285BX 就是一个例子,它将一系列薄膜电阻器进行 SIP 封装。 设计人员可使用一个数据表,在该表中可注意到,他们可以订购一个 3 引脚设备,该设备将两个电阻器封装在一个包装中,以用来作比率分规。 还有各种各样的其他选择,包括可容纳四个独立电阻器的 8 引脚设备。
金属氧化膜电阻器和金属膜电阻器
对于可能暴露在高温条件下的应用,金属氧化膜电阻器是一个很好的选择。 相比同类尺寸的其他电阻器,它们能处理更大的功率,且对电流浪涌和超负荷也有较高的抵抗性。 但是,像其他碳质电阻器一样,它们产生的噪音相对较大。
金属氧化膜电阻器是通过将金属氧化物膜沉积在陶瓷基板上制造而成。 它们通常采用与碳质电阻器和碳膜电阻器相似的封装。 其最终电阻值取决于它们的涂层厚度和对它们的微调,后者通过螺旋切割以改变长度实现的。 为此,正如预期的,金属氧化膜电阻器显示出相对较高的电感。 这些电阻器可以设定非常小的电阻容差。
金属膜电阻器很容易与薄膜电阻器混淆。 一个区别是,金属膜电阻器的最终电阻值取决于螺旋切割,而不是刻蚀。 通过这种方法,可以获得更小的电阻容差。 电阻温度系数 (TCR) 良好,这些电阻器非常适合用于存在噪音问题的应用。 但是,它们很容易被电流浪涌所损坏。
其他类型的电阻器
线绕电阻器专为大功率应用设计,通常采用带散热板的封装,这提升了它们能够承受高热的固有能力。 这些设备的电阻几乎不随温度的变化而变化。 除了成本相对较高,它们的一大劣势在于电感高,这是由于它们是用线圈制造的。 在同一条线路上来回缠绕电阻线(与变压器线圈或电磁体制造的方式完全相反)可减少部分电感。
线绕电阻器的额定电阻值可以远远高于精度水平。 这些设备的额定功耗可高达几百瓦,且具有高达几十万欧姆的电阻。
OHMITE 的 D225K100K 就是一个绕线电阻器的例子。 数据表显示,这个特殊模型可以作为一个分压器或一个可调电阻器。
如今,箔电阻器被认为是拥有任何常用电阻器无法比拟的最佳 TCR 和精度。 这些低噪音元件也有非常低的电容,且没有任何电感。 箔电阻器的电阻元件是一张只有几微米厚的镍和铬箔,并附在一个绝缘基体上。 然后,经过激光微调,就能得到所需的精确电阻。 这些元件已拥有任何电阻器无法拥有的最佳稳定性。 不同于一些其他碳质电阻器,该电阻器的电阻值在过电压条件下具有相当出色的稳定性。
全球最常见的电阻器
但是,今天使用的大部分电阻器甚至都不以独立元件的形式存在,因为它们被安装在集成电路内。 在集成电路中,电阻器并不是作为独立元件而添加,相反,它们经常像晶体管和电容器那样装配。 如果需要的电阻值相对较低,则通常将它安装在 N 区,因为 N 区具有更低的电阻系数。 相反,如果需要的电阻值较高,则将电阻器安装在 P 区,因为该区具有更高的电阻系数。 在这两种情况下,控制电阻器产生实际值的因素有:扩散影响的深度、扩散的宽度和长度及注入杂质的数量。
当然,地球上可能没有空间能像集成电路的空间那样大。 就本质而言,在集成电路中安装电阻器的方式有很多种,每种方法都完美适合于具体的情况。