基礎電子學系列11 – 功率電阻器

在之前的教程中，我們討論了固定電阻器、可變電阻器和非獨立電阻器. 額定功率為5W及以上的固定電阻器歸類為功率電阻器。電路中這些電阻器的目的不是提供電阻。這些電阻器組裝在電路中只是為了功率耗散，因為它們只能以熱的形式耗散功率并且具有高導熱性。這些通常與連接到它們的散熱器或空氣或液體冷卻裝置組裝在一起。使用散熱器、風冷或液冷的唯一目的是最大化這些電阻器的散熱能力。它們的設計方式還使得它們在保持緊湊尺寸的同時能夠最大程度地耗散功率。

功率電阻主要有以下幾種類型
1) 線繞式
2) 柵格式
3) SMD
4) 水式
5) 液體變阻器

線繞功率電阻器
線繞電阻器以高精度和穩(wěn)定性著稱。有些線繞電阻器可以承受高達 450°C 的溫度。這些電阻器是通過將電阻絲纏繞在陶瓷、塑料或玻璃纖維芯上制成的。金屬帽和引線連接在繞組的兩端，用于電路連接。繞組涂有非導電塑料或搪瓷涂料，以保護電阻器免受潮濕和其他環(huán)境磨損。

線繞功率電阻示例（圖片來源：Stackpole）。

用于纏繞的電阻絲通常由鎳鉻合金或錳銅等合金制成。線繞功率電阻器可以有三種類型的繞組——螺旋（螺旋）繞組、雙線繞組和邊緣繞組。在螺旋繞組中，電阻絲纏繞在圓柱形磁芯周圍。這種類型的繞組很容易制造，但由于線圈結(jié)構(gòu)而具有感應電感的主要缺點。在雙線繞組中，電阻絲沿兩個相反的方向纏繞在不導電的鐵芯上。這抵消了繞組引起的總電感。在邊緣纏繞中，電阻絲被其較寬的邊緣纏繞。邊繞功率電阻器通常沒有磁芯并且有空氣冷卻裝置。

線繞功率電阻器適用于大功率、高精度應用。典型的線繞功率電阻器（螺旋型）用于高達 50 W 的功率耗散，而邊繞電阻器用于高達 3.5 kW 的功率耗散。但是，這些電阻不適合高頻應用。通常，線繞電阻器不應用于信號頻率高于 50 KHz 的電路中。查看此電阻器選擇參考表以獲取更多信息。

貼片電阻

SMD 電阻器示例（圖片來源：TT Electronics）

有貼片電阻或貼片電阻，功耗高達450W。由于線繞電阻不適合高頻應用，貼片電阻可用于高頻、大功率電路。這些電阻器通常用于額定功率為 5 瓦左右的電子應用。然而，SMD 功率電阻器不如線繞電阻器精確，典型公差約為 20%。SMD 功率電阻器是通過在非導電陶瓷基板上沉積電阻涂層制成的。這些電阻器主要有兩種類型——薄膜和厚膜 SMD 電阻器。其構(gòu)造中使用的電阻材料可以是碳、金屬、金屬氧化物、金屬陶瓷或金屬箔。一些 SMD 電阻器也可采用線繞結(jié)構(gòu)。

柵格電阻器
柵格電阻器是通過在兩個電極之間組裝電阻金屬條矩陣而構(gòu)建的。這些是笨重的電阻器，額定電流可高達 500 A。它們通常用作火車和發(fā)電機中的制動電阻器和負載組，電阻可低至 0.04 歐姆至幾兆歐姆。這些電阻器僅用于引導軌道車輛制動中的散熱或用于變電站中的諧波過濾。典型的功耗約為 100 kW。

水電阻器
水電阻器由裝滿鹽水或硫酸銅溶液的管子制成，管子連接在兩個電極之間。由于水是良好的電導體，通過改變水中適當鹽類的濃度，可以將其用作電阻材料。水也是熱的良導體，這使得水電阻器具有高導熱性和高功率耗散能力。大功率防水電阻使用硫酸銅溶液代替鹽溶液。水電阻器用于要求典型功耗超過 500 mW 的電氣應用中。它們不會瞬間耗散額定功率；相反，它們會在指定的時間段內(nèi)耗散大量的功率（熱量）。

液體變阻器
液體變阻器是一種可變水電阻器。這些仍在一些發(fā)電機中使用。這些是通過將電極浸入鹽溶液中而構(gòu)建的，在鹽溶液中可以改變電極的位置以改變有效電阻。

功率電阻器不用于常規(guī)電子電路，特定計算機和服務器電路中的某些 SMD 電阻器除外。本文介紹了這些電阻器，以呈現(xiàn)電阻器電氣應用的大小和電阻特性的使用。在下一篇文章中，我們將討論電容器。