基礎電子學(xué)系列06 – 固定電阻器：線(xiàn)繞、箔和半導體電阻器

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

線(xiàn)繞電阻器是通過(guò)將電阻絲纏繞在不導電的磁芯上制成的。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電芯周?chē)?，纏繞物上涂有防火絕緣水泥涂層。線(xiàn)繞電阻器可以裝在用螺栓固定在金屬底盤(pán)上的金屬外殼中，也可以裝在 PCB 安裝裝置中。線(xiàn)繞電阻器具有以下關(guān)鍵參數：

標稱(chēng)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(xiàn)繞電阻器實(shí)際上適用于高精度或高功率應用。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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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，可能低至 20 PPM 至 400 PPM。它們可以封裝在金屬外殼和底盤(pán)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(xiàn)繞電阻器也不易因過(guò)熱而分解。

脈沖穩定性：線(xiàn)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(shí)具有良好的脈沖穩定性。頻率響應、噪聲和穩定性– 線(xiàn)繞電阻器的電阻絲纏繞在螺旋線(xiàn)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用。線(xiàn)繞電阻不應用于頻率高于 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(xiàn)繞電阻器的另一個(gè)缺點(diǎn)。無(wú)論封裝類(lèi)型如何，這些電阻器通常都很笨重。尺寸可能不是線(xiàn)繞電阻器的大問(wèn)題，因為它們專(zhuān)門(mén)用于高功率應用（通常為 5 瓦到 300 瓦）。用于高精度應用的線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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運行的高精度應用或必須專(zhuān)門(mén)管理功耗的高功率應用。

線(xiàn)繞電阻示例（來(lái)源：Ohmite）

線(xiàn)繞電阻器具有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：高精度、高功率、穩健性、可靠性、穩定性、寬工作溫度范圍。
缺點(diǎn)：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(xiàn)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用以及大功率應用（大于 5 瓦）。它們不適用于功率要求低于 5 W 的“普通”電路、高頻應用和尺寸受限的電路。

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

標稱(chēng)值：箔電阻的主要缺點(diǎn)是電阻值范圍有限。這些電阻器的標稱(chēng)值范圍為 2mΩ 至 500 KΩ。盡管具有高精度和出色的穩定性，但它們缺乏高電阻值的可用性在一定程度上限制了它們在常規電路中的使用。

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 瓦以下的高精度應用，因為箔電阻器與金屬膜電阻器相比比線(xiàn)繞電阻器更具有可比性。對于高功率應用，與任何其他類(lèi)型相比，線(xiàn)繞電阻器更合適。寬容– 箔電阻器以高精度和穩定性著(zhù)稱(chēng)。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(xiàn)繞電阻器。

脈沖穩定性：箔電阻器具有良好的脈沖穩定性，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。頻率響應、噪聲和穩定性– 箔電阻器具有出色的頻率響應、低噪聲和卓越的穩定性。就穩定性和頻率響應而言，箔電阻是無(wú)法匹敵的。

尺寸：箔電阻器的設計技術(shù)使它們非常緊湊。對于涉及功率在 5 瓦到 10 瓦之間的應用，尺寸系數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(lèi)型，這歸功于它們的高精度、高穩定性和出色的頻率響應。然而，有限的溫度范圍是這些電阻器的一個(gè)顯著(zhù)缺點(diǎn)。

箔電阻示例（來(lái)源：TE Connectivity）

箔電阻器具有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：高精度、緊湊尺寸、中低額定功率、出色的頻率響應、低噪聲、穩定性。
缺點(diǎn)：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用，以及電路必須緊湊的中等功率應用（5 W 至 10 W）；和高頻應用。它們不適用于可接受常規容差水平的“普通”電路、高功率應用以及可能暴露于極端電氣或環(huán)境條件的常規電路。

半導體電阻器是通過(guò)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(guò)激光精確切割以產(chǎn)生所需的電阻。這些電阻器也稱(chēng)為貼片電阻器、IC 電阻器和 SMT 電阻器。半導體電阻器封裝可以具有單個(gè)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、精密表面貼裝應用。它們實(shí)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)鍵應用，可以使用額定功率高達 150 W 的半導體電阻器。

半導體或片式電阻器示例（來(lái)源：Ohmite）

有一些特殊類(lèi)型的電阻器可用于特定應用。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(xiàn)繞或薄膜類(lèi)型。它們既充當電阻器又充當保險絲。它們具有熔化的額定電壓。保險絲電阻器有兩種類(lèi)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，并用于過(guò)載保護和恒壓應用。

零歐姆電阻器：零歐姆電阻器是封裝在類(lèi)似二極管封裝中的一根電線(xiàn)。這些電阻器看起來(lái)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(xiàn)和程序跳線(xiàn)，以及高速數據線(xiàn)的跳線(xiàn)到跳線(xiàn)電容。與裸線(xiàn)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(gè)自己動(dòng)手的活動(dòng)。

活動(dòng) 3
下載一些金屬膜電阻器、線(xiàn)繞電阻器和箔電阻器的隨機數據表。比較它們的容差和頻率響應。嘗試就它們對不同電子應用的適用性得出結論。

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