基础电子学系列06 – 固定电阻器：线绕、箔和半导体电阻器

在上一篇文章中，我们讨论了复合式和薄膜式定值电阻器。继续讨论固定电阻器，现在让我们谈谈线绕、箔和半导体型固定电阻器。

线绕电阻器是通过将电阻丝缠绕在不导电的磁芯上制成的。电阻丝通常由合金（镍铬合金或锰铜）制成，不导电芯通常是陶瓷或玻璃纤维棒。电阻丝以螺旋状缠绕在非导电芯周围，缠绕物上涂有防火绝缘水泥涂层。线绕电阻器可以装在用螺栓固定在金属底盘上的金属外壳中，也可以装在 PCB 安装装置中。线绕电阻器具有以下关键参数：

标称值：这些电阻器的阻值范围很广，低至 400 uΩ 至 560 KΩ。尽管电阻值很低，但这些电阻器能够耗散大量的功率（热量）。

额定功率：线绕电阻器实际上适用于高精度或高功率应用。它们的额定功率通常在 1 W 至 300 W 之间。有额定功率低至 75mW 至高至 2.5KW 的线绕电阻器。

公差：这些电阻器的公差通常在 0.1% 到 5% 之间。它们的公差可低至 0.01%。线绕电阻器要么是高精度的，要么是大功率的。它们仅对低电阻值具有高精度。他们的抵抗力越高，他们的容忍度就越高。

额定电压：线绕电阻器通常很坚固。尽管电阻值很低，但它们可以处理高电压和电流。

温度额定值：这些电阻器是高功率电阻器，可以承受高达 400°C 的温度。它们通常具有正温度系数，可能低至 20 PPM 至 400 PPM。它们可以封装在金属外壳和底盘中，作为电阻器的散热器。与碳膜或金属膜型电阻器不同，即使是低值高精度线绕电阻器也不易因过热而分解。

脉冲稳定性：线绕电阻器可以承受大量电流并承受高功率耗散，因此它们确实具有良好的脉冲稳定性。频率响应、噪声和稳定性– 线绕电阻器的电阻丝缠绕在螺旋线中，因此尽管提供精确的电阻，但它们具有特定的电感和电容。由于存在电抗元件，这些电阻器不适合高频应用。线绕电阻不应用于频率高于 50 kHz 的电路中。然而，尽管存在电感和电容，这些电阻器的噪声水平很低。它们非常稳定，即使在极端环境条件下也能提供精确的阻力。

尺寸： 除了有限的频率范围外，尺寸是线绕电阻器的另一个缺点。无论封装类型如何，这些电阻器通常都很笨重。尺寸可能不是线绕电阻器的大问题，因为它们专门用于高功率应用（通常为 5 瓦到 300 瓦）。用于高精度应用的线绕电阻器具有低电阻值和有限的封装尺寸，通常可以安装在 PCB 上。

可靠性：线绕电阻器坚固可靠。由于频率范围有限，精度取决于电阻值和尺寸因素，线绕电阻器很少用于“普通”电路。它们通常保留用于电路必须在有限频率范围内运行的高精度应用或必须专门管理功耗的高功率应用。

线绕电阻示例（来源：Ohmite）

线绕电阻器具有以下优点和缺点：
优点：高精度、高功率、稳健性、可靠性、稳定性、宽工作温度范围。
缺点：电阻范围有限，精度取决于电阻值，频率范围有限（小于 50 kHz），体积庞大。

因此，线绕电阻器适用于必须在有限频率范围、恶劣温度和环境条件下工作的高精度应用以及大功率应用（大于 5 瓦）。它们不适用于功率要求低于 5 W 的“普通”电路、高频应用和尺寸受限的电路。

箔电阻器类似于金属膜电阻器，只是它们的构造类似于高精度线绕电阻器。这些电阻器是通过在陶瓷基板上粘合金属箔制成的。箔片通常有几微米厚。这些是最稳定和精确的电阻器。箔电阻器具有以下关键参数：

标称值：箔电阻的主要缺点是电阻值范围有限。这些电阻器的标称值范围为 2mΩ 至 500 KΩ。尽管具有高精度和出色的稳定性，但它们缺乏高电阻值的可用性在一定程度上限制了它们在常规电路中的使用。

额定功率：这些电阻器的额定功率从 1/10 瓦到 10 瓦不等。这些通常适用于 5 瓦以下的高精度应用，因为箔电阻器与金属膜电阻器相比比线绕电阻器更具有可比性。对于高功率应用，与任何其他类型相比，线绕电阻器更合适。宽容– 箔电阻器以高精度和稳定性着称。它们的公差低至 0.005%，高至 5%。

额定电压：这些电阻器的电阻范围有限，额定电压也有限。它们的额定电压范围为 20 V 至 600 V。额定温度– 这些电阻器中的电阻箔厚度为一定微米。因此，这些电阻器的温度范围介于 -65°C 至 170°C 之间。它们的温度范围明显小于金属膜电阻器和线绕电阻器。

脉冲稳定性：箔电阻器具有良好的脉冲稳定性，并且可以承受电压浪涌，前提是峰值电压保持在容许范围内。频率响应、噪声和稳定性– 箔电阻器具有出色的频率响应、低噪声和卓越的稳定性。就稳定性和频率响应而言，箔电阻是无法匹敌的。

尺寸：箔电阻器的设计技术使它们非常紧凑。对于涉及功率在 5 瓦到 10 瓦之间的应用，尺寸系数为箔电阻器提供了很大的优势。

可靠性：箔电阻器被认为是最可靠的电阻器类型，这归功于它们的高精度、高稳定性和出色的频率响应。然而，有限的温度范围是这些电阻器的一个显着缺点。

箔电阻示例（来源：TE Connectivity）

箔电阻器具有以下优点和缺点：
优点：高精度、紧凑尺寸、中低额定功率、出色的频率响应、低噪声、稳定性。
缺点：电阻范围有限、额定电压有限、额定温度有限。

因此，箔电阻器适用于电阻、温度和电压额定值有限的高精度应用，以及电路必须紧凑的中等功率应用（5 W 至 10 W）；和高频应用。它们不适用于可接受常规容差水平的“普通”电路、高功率应用以及可能暴露于极端电气或环境条件的常规电路。

半导体电阻器是通过在小陶瓷基板上沉积一层电阻材料薄膜制成的。带有电阻涂层的基板通过激光精确切割以产生所需的电阻。这些电阻器也称为贴片电阻器、IC 电阻器和 SMT 电阻器。半导体电阻器封装可以具有单个电阻器或电阻器阵列。这些电阻器适用于需要小尺寸的低功率、高频、精密表面贴装应用。它们实际上是薄膜或厚膜 SMD 电阻器，可提供各种电阻，典型公差为 0.1% 至 5%。它们的额定功率通常在 12.5 mW 到 0.25 W 之间。对于关键应用，可以使用额定功率高达 150 W 的半导体电阻器。

半导体或片式电阻器示例（来源：Ohmite）

有一些特殊类型的电阻器可用于特定应用。其中一些描述如下：

保险丝电阻器：保险丝电阻器可以是碳成分、金属膜、金属氧化物膜、线绕或薄膜类型。它们既充当电阻器又充当保险丝。它们具有熔化的额定电压。保险丝电阻器有两种类型：快速燃烧和慢速燃烧。这些电阻器具有阻燃涂层，可避免在电压浪涌的情况下发生火灾，并用于过载保护和恒压应用。

零欧姆电阻器：零欧姆电阻器是封装在类似二极管封装中的一根电线。这些电阻器看起来像二极管，中间有一条黑色条带（不同于阴极端有一条黑色条带的二极管）。它们在商业 PCB 中用作交叉、永久跳线和程序跳线，以及高速数据线的跳线到跳线电容。与裸线相比，这些电阻器在机械化 PCB 组装机中易于处理。

在下一篇文章中，我们将查看电阻器选择备忘单。在此之前，这里还有两个自己动手的活动。

活动 3
下载一些金属膜电阻器、线绕电阻器和箔电阻器的随机数据表。比较它们的容差和频率响应。尝试就它们对不同电子应用的适用性得出结论。

活动 4
在不同的在线市场（如Mouser、 Element14、 Digi-Key等）寻找不同类型的电阻器