基礎(chǔ)電子學(xué)系列06 – 固定電阻器：線繞、箔和半導(dǎo)體電阻器

在上一篇文章中，我們討論了復(fù)合式和薄膜式定值電阻器。繼續(xù)討論固定電阻器，現(xiàn)在讓我們談?wù)劸€繞、箔和半導(dǎo)體型固定電阻器。

線繞電阻器是通過將電阻絲纏繞在不導(dǎo)電的磁芯上制成的。電阻絲通常由合金（鎳鉻合金或錳銅）制成，不導(dǎo)電芯通常是陶瓷或玻璃纖維棒。電阻絲以螺旋狀纏繞在非導(dǎo)電芯周圍，纏繞物上涂有防火絕緣水泥涂層。線繞電阻器可以裝在用螺栓固定在金屬底盤上的金屬外殼中，也可以裝在 PCB 安裝裝置中。線繞電阻器具有以下關(guān)鍵參數(shù)：

標(biāo)稱值：這些電阻器的阻值范圍很廣，低至 400 uΩ 至 560 KΩ。盡管電阻值很低，但這些電阻器能夠耗散大量的功率（熱量）。

額定功率：線繞電阻器實際上適用于高精度或高功率應(yīng)用。它們的額定功率通常在 1 W 至 300 W 之間。有額定功率低至 75mW 至高至 2.5KW 的線繞電阻器。

公差：這些電阻器的公差通常在 0.1% 到 5% 之間。它們的公差可低至 0.01%。線繞電阻器要么是高精度的，要么是大功率的。它們僅對低電阻值具有高精度。他們的抵抗力越高，他們的容忍度就越高。

額定電壓：線繞電阻器通常很堅固。盡管電阻值很低，但它們可以處理高電壓和電流。

溫度額定值：這些電阻器是高功率電阻器，可以承受高達 400°C 的溫度。它們通常具有正溫度系數(shù)，可能低至 20 PPM 至 400 PPM。它們可以封裝在金屬外殼和底盤中，作為電阻器的散熱器。與碳膜或金屬膜型電阻器不同，即使是低值高精度線繞電阻器也不易因過熱而分解。

脈沖穩(wěn)定性：線繞電阻器可以承受大量電流并承受高功率耗散，因此它們確實具有良好的脈沖穩(wěn)定性。頻率響應(yīng)、噪聲和穩(wěn)定性– 線繞電阻器的電阻絲纏繞在螺旋線中，因此盡管提供精確的電阻，但它們具有特定的電感和電容。由于存在電抗元件，這些電阻器不適合高頻應(yīng)用。線繞電阻不應(yīng)用于頻率高于 50 kHz 的電路中。然而，盡管存在電感和電容，這些電阻器的噪聲水平很低。它們非常穩(wěn)定，即使在極端環(huán)境條件下也能提供精確的阻力。

尺寸： 除了有限的頻率范圍外，尺寸是線繞電阻器的另一個缺點。無論封裝類型如何，這些電阻器通常都很笨重。尺寸可能不是線繞電阻器的大問題，因為它們專門用于高功率應(yīng)用（通常為 5 瓦到 300 瓦）。用于高精度應(yīng)用的線繞電阻器具有低電阻值和有限的封裝尺寸，通?？梢园惭b在 PCB 上。

可靠性：線繞電阻器堅固可靠。由于頻率范圍有限，精度取決于電阻值和尺寸因素，線繞電阻器很少用于“普通”電路。它們通常保留用于電路必須在有限頻率范圍內(nèi)運行的高精度應(yīng)用或必須專門管理功耗的高功率應(yīng)用。

線繞電阻示例（來源：Ohmite）

線繞電阻器具有以下優(yōu)點和缺點：
優(yōu)點：高精度、高功率、穩(wěn)健性、可靠性、穩(wěn)定性、寬工作溫度范圍。
缺點：電阻范圍有限，精度取決于電阻值，頻率范圍有限（小于 50 kHz），體積龐大。

因此，線繞電阻器適用于必須在有限頻率范圍、惡劣溫度和環(huán)境條件下工作的高精度應(yīng)用以及大功率應(yīng)用（大于 5 瓦）。它們不適用于功率要求低于 5 W 的“普通”電路、高頻應(yīng)用和尺寸受限的電路。

箔電阻器類似于金屬膜電阻器，只是它們的構(gòu)造類似于高精度線繞電阻器。這些電阻器是通過在陶瓷基板上粘合金屬箔制成的。箔片通常有幾微米厚。這些是最穩(wěn)定和精確的電阻器。箔電阻器具有以下關(guān)鍵參數(shù)：

標(biāo)稱值：箔電阻的主要缺點是電阻值范圍有限。這些電阻器的標(biāo)稱值范圍為 2mΩ 至 500 KΩ。盡管具有高精度和出色的穩(wěn)定性，但它們?nèi)狈Ω唠娮柚档目捎眯栽谝欢ǔ潭壬舷拗屏怂鼈冊诔Ｒ?guī)電路中的使用。

額定功率：這些電阻器的額定功率從 1/10 瓦到 10 瓦不等。這些通常適用于 5 瓦以下的高精度應(yīng)用，因為箔電阻器與金屬膜電阻器相比比線繞電阻器更具有可比性。對于高功率應(yīng)用，與任何其他類型相比，線繞電阻器更合適。寬容– 箔電阻器以高精度和穩(wěn)定性著稱。它們的公差低至 0.005%，高至 5%。

額定電壓：這些電阻器的電阻范圍有限，額定電壓也有限。它們的額定電壓范圍為 20 V 至 600 V。額定溫度– 這些電阻器中的電阻箔厚度為一定微米。因此，這些電阻器的溫度范圍介于 -65°C 至 170°C 之間。它們的溫度范圍明顯小于金屬膜電阻器和線繞電阻器。

脈沖穩(wěn)定性：箔電阻器具有良好的脈沖穩(wěn)定性，并且可以承受電壓浪涌，前提是峰值電壓保持在容許范圍內(nèi)。頻率響應(yīng)、噪聲和穩(wěn)定性– 箔電阻器具有出色的頻率響應(yīng)、低噪聲和卓越的穩(wěn)定性。就穩(wěn)定性和頻率響應(yīng)而言，箔電阻是無法匹敵的。

尺寸：箔電阻器的設(shè)計技術(shù)使它們非常緊湊。對于涉及功率在 5 瓦到 10 瓦之間的應(yīng)用，尺寸系數(shù)為箔電阻器提供了很大的優(yōu)勢。

可靠性：箔電阻器被認為是最可靠的電阻器類型，這歸功于它們的高精度、高穩(wěn)定性和出色的頻率響應(yīng)。然而，有限的溫度范圍是這些電阻器的一個顯著缺點。

箔電阻示例（來源：TE Connectivity）

箔電阻器具有以下優(yōu)點和缺點：
優(yōu)點：高精度、緊湊尺寸、中低額定功率、出色的頻率響應(yīng)、低噪聲、穩(wěn)定性。
缺點：電阻范圍有限、額定電壓有限、額定溫度有限。

因此，箔電阻器適用于電阻、溫度和電壓額定值有限的高精度應(yīng)用，以及電路必須緊湊的中等功率應(yīng)用（5 W 至 10 W）；和高頻應(yīng)用。它們不適用于可接受常規(guī)容差水平的“普通”電路、高功率應(yīng)用以及可能暴露于極端電氣或環(huán)境條件的常規(guī)電路。

半導(dǎo)體電阻器是通過在小陶瓷基板上沉積一層電阻材料薄膜制成的。帶有電阻涂層的基板通過激光精確切割以產(chǎn)生所需的電阻。這些電阻器也稱為貼片電阻器、IC 電阻器和 SMT 電阻器。半導(dǎo)體電阻器封裝可以具有單個電阻器或電阻器陣列。這些電阻器適用于需要小尺寸的低功率、高頻、精密表面貼裝應(yīng)用。它們實際上是薄膜或厚膜 SMD 電阻器，可提供各種電阻，典型公差為 0.1% 至 5%。它們的額定功率通常在 12.5 mW 到 0.25 W 之間。對于關(guān)鍵應(yīng)用，可以使用額定功率高達 150 W 的半導(dǎo)體電阻器。

半導(dǎo)體或片式電阻器示例（來源：Ohmite）

有一些特殊類型的電阻器可用于特定應(yīng)用。其中一些描述如下：

保險絲電阻器：保險絲電阻器可以是碳成分、金屬膜、金屬氧化物膜、線繞或薄膜類型。它們既充當(dāng)電阻器又充當(dāng)保險絲。它們具有熔化的額定電壓。保險絲電阻器有兩種類型：快速燃燒和慢速燃燒。這些電阻器具有阻燃涂層，可避免在電壓浪涌的情況下發(fā)生火災(zāi)，并用于過載保護和恒壓應(yīng)用。

零歐姆電阻器：零歐姆電阻器是封裝在類似二極管封裝中的一根電線。這些電阻器看起來像二極管，中間有一條黑色條帶（不同于陰極端有一條黑色條帶的二極管）。它們在商業(yè) PCB 中用作交叉、永久跳線和程序跳線，以及高速數(shù)據(jù)線的跳線到跳線電容。與裸線相比，這些電阻器在機械化 PCB 組裝機中易于處理。

在下一篇文章中，我們將查看電阻器選擇備忘單。在此之前，這里還有兩個自己動手的活動。

活動 3
下載一些金屬膜電阻器、線繞電阻器和箔電阻器的隨機數(shù)據(jù)表。比較它們的容差和頻率響應(yīng)。嘗試就它們對不同電子應(yīng)用的適用性得出結(jié)論。

活動 4
在不同的在線市場（如Mouser、 Element14、 Digi-Key等）尋找不同類型的電阻器