對(duì)照一下，你了解幾種電阻？

電阻的成分屬性描述了制造電阻本身的材料，而不是安裝電阻的外部封裝材料或基板。不同的成分意味著結(jié)構(gòu)上存在一些差異，并導(dǎo)致有不同特征，使某些類(lèi)型更適合某些應(yīng)用，又或不適用于某些環(huán)境。

圖1：各種1KΩ電阻。即使不同電阻具有相似成分，但它們?cè)诠?率和電阻額定值之間可能存在的物理尺寸變化。

碳化物電阻 碳化物電阻是由含碳化物材料制成的塊體類(lèi)型，該材料是通過(guò)將粉末狀碳與粉末狀陶瓷或其他耐溫電絕緣材料以及有機(jī)粘合劑混合而成。電流通過(guò)網(wǎng)狀的碳顆粒網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)，這些碳顆粒在整個(gè)散裝材料中相互接觸；通過(guò)增加所用絕緣體的比例，這種導(dǎo)電網(wǎng)變得更細(xì)，材料的電阻率增加。早期的例子是簡(jiǎn)單地把兩根電繞線在一個(gè)圓筒上，然后涂上油漆以指示電阻值并提供一定程度的保護(hù)。更現(xiàn)代的例子通常被封裝在酚醛樹(shù)脂外殼中，為引線提供了安裝功能，并為碳化物材料提供了一個(gè)容器，其特征類(lèi)似于鉛筆芯。在20世紀(jì)60年代左右，由于成本的原因，它們?nèi)匀槐黄毡槭褂昧藥资辏M管從那時(shí)起，這種優(yōu)勢(shì)基本上消失了。碳化物電阻體積龐大；目前碳化物電阻的體積可能是其他技術(shù)中類(lèi)似等級(jí)產(chǎn)品的十倍。它們不精確。目前示例的公差低至5%，但該數(shù)字僅指制造中的公差變化。它沒(méi)有考慮其他可能會(huì)影響產(chǎn)品測(cè)量值的因素:濕度/濕度可能會(huì)導(dǎo)致10%左右的公差變化，溫度可能會(huì)導(dǎo)致10%左右的公差變化。由于這些敏感性，在生產(chǎn)過(guò)程中嘗試將其調(diào)整到精確值幾乎沒(méi)有意義。它們是最常見(jiàn)的電阻技術(shù)，幾乎只存在于通孔封裝中。形成其成分的碳是可燃的，因此在持續(xù)過(guò)載或發(fā)生故障時(shí)，它們經(jīng)常會(huì)著火，并且它們的最高工作溫度顯著低于許多其他電阻技術(shù)。

圖2：碳化物電阻示例（Ohmite的OD系列）盡管如此，由于其塊體結(jié)構(gòu)，碳化物電阻在電氣上非常堅(jiān)固，并且往往對(duì)靜電放電等高強(qiáng)度、短期過(guò)載事件具有異常的耐受性。在這方面，碳化物電阻通常比其他技術(shù)更堅(jiān)固，達(dá)到一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在其封裝的限制范圍內(nèi)，它們還表現(xiàn)出相對(duì)較低的寄生電感，這在涉及快速瞬變的情況下通常是非常理想的。對(duì)于高度重視這些強(qiáng)度并能容忍其他缺陷的有限應(yīng)用，碳組成電阻是一個(gè)合理的選擇。然而，在大多數(shù)情況下，其他類(lèi)型的電阻將更好地服務(wù)于應(yīng)用。 碳膜電阻

碳膜電阻是一種薄膜類(lèi)型的電阻，使用碳作為電阻材料生產(chǎn)。與碳化物電阻相比，碳膜電阻的一個(gè)重大改進(jìn)是 : 它們放棄了對(duì)電氣穩(wěn)健性的測(cè)量，以提高精度、穩(wěn)定性、小型化，并改善電流噪聲特性。其他薄膜型電阻傾向于進(jìn)一步往這個(gè)方向發(fā)展，或者在這樣做的同時(shí)獲得更好的價(jià)格，這或許是目前設(shè)計(jì)的首選。這一偏好的部分原因還在于碳相當(dāng)易燃，而一般的替代品則不那么易燃，而且產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)避免起火是相當(dāng)普遍的。

隨著通孔類(lèi)型的普及，碳膜電阻的普及似乎也在減少。雖然后者仍在使用，其他類(lèi)型的薄膜電阻現(xiàn)在也采用通孔封裝，但表面貼裝碳膜電阻很少。

圖3：碳膜電阻示例（TE的CFR200系列）

陶瓷電阻

陶瓷電阻是基于其使用由陶瓷或陶瓷合成材料形成的電阻，這與其他電阻類(lèi)型不同，后者可能在其結(jié)構(gòu)中使用陶瓷材料，但不是電流流過(guò)的主要材質(zhì)。它們是一種與碳化物電阻非常相似的塊體電阻，具有類(lèi)似的脈沖耐受性、無(wú)電感特性。事實(shí)上，由于粉末陶瓷經(jīng)常被用作碳化物電阻的一個(gè)組成部分，這兩者在分類(lèi)上存在一定程度的重疊。然而，可以根據(jù)所使用的導(dǎo)電材料和將合成材料混合在一起的方式進(jìn)行區(qū)分；碳化物電阻僅將碳用作導(dǎo)電介質(zhì)，并使用有機(jī)粘合劑將其連接在一起，而陶瓷合成材料可包含金屬或金屬氧化物等其他導(dǎo)電材料，并通過(guò)燒結(jié)或熱熔工藝將其連接在一起?！敖饘偬沾伞保–ermet）是電位器中常用于此類(lèi)材料的術(shù)語(yǔ)。相對(duì)于它們所取代的碳化物電阻，陶瓷電阻能夠在顯著更高的溫度下工作，盡管它們也往往表現(xiàn)出更大的溫度系數(shù)；這種組合，往往可轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品工作范圍內(nèi)30%左右的電阻變化。因此，它們不太適合小信號(hào)使用，因此主要用于額定功率至少大于1瓦特的場(chǎng)合。

圖4：陶瓷電阻示例（Ohmite的OX系列） 金屬元素電阻

具有“金屬”成分的電阻使用大塊金屬材料作為電阻材料，并且通常應(yīng)用于遠(yuǎn)低于1歐姆的電阻。它們主要用于電流測(cè)量應(yīng)用中，在這種應(yīng)用中，穩(wěn)定、已知的低值電阻能夠準(zhǔn)確測(cè)量大電流，而不會(huì)造成過(guò)大的電壓降和功率損耗。通常被稱(chēng)為分流電阻（shunt），它們通常具有4引線端接，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)爾文式測(cè)量，從而允許測(cè)量電阻上出現(xiàn)的電壓，且與產(chǎn)品連接點(diǎn)處的接口電阻之間的干擾或誤差最小。

圖5：電阻示例：表面安裝（左）和底座安裝（右）的金屬（不按比例）

金屬膜電阻與薄膜電阻

金屬膜電阻和薄膜電阻基于類(lèi)似的生產(chǎn)技術(shù)，其中電阻成分由通過(guò)氣相沉積工藝施加到陶瓷基板上的金屬?。ㄍǔ槲⒚准?jí)）膜層形成，然后修整至所需的電阻值?！敖饘倌る娮韬捅∧る娮柚g的區(qū)別似乎是一個(gè)語(yǔ)境；在通孔電阻中，“金屬膜”電阻似乎更常見(jiàn)，其中碳膜電阻是替代品，而在芯片格式電阻中，“厚膜”可能是替代品，而“薄膜”似乎是首選?！氨∧ぁ彼坪跏歉鼉A向于精確聚焦產(chǎn)品的術(shù)語(yǔ)，而“金屬膜”似乎更常用于通用應(yīng)用。

與碳膜產(chǎn)品相比，金屬膜電阻/薄膜電阻在精度、穩(wěn)定性和噪聲性能方面取得了進(jìn)一步的進(jìn)步，通常也意味著主要對(duì)于浪涌事件需要花費(fèi)進(jìn)一步的成本。電阻成分的總質(zhì)量足夠小，因此此類(lèi)產(chǎn)品容易受到靜電放電的損壞，更小的封裝尺寸和更高的電阻值會(huì)增加靜電引起損壞的可能性。這種少量的成分質(zhì)量也使得薄膜電阻特別容易受到化學(xué)侵蝕，因次材料少量的損失或經(jīng)過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致失效。總的來(lái)說(shuō)，薄膜/金屬膜電阻是需要精度和參數(shù)穩(wěn)定性且成本適中的應(yīng)用的首選技術(shù)。尤其是在表面貼裝封裝形式中，它們還因其低電感特性而備受青睞，并經(jīng)常用于高速電路中。圖6：表面貼裝封裝中的薄膜電阻示例（Panasonic的ERA-3A系列） 金屬箔電阻

金屬箔電阻是由附著在絕緣基板上的相對(duì)較厚（幾微米或更多）的金屬箔制成的。在撰寫(xiě)本文時(shí)，當(dāng)需要精度和穩(wěn)定性時(shí)，它們是首選技術(shù)，其公差可低至±0.005%，溫度系數(shù)低于1PPM/°C。其他電阻的功耗等級(jí)為幾瓦或幾十瓦，同時(shí)隨時(shí)間和溫度保持極好的穩(wěn)定性；此類(lèi)電阻非常適合用于貿(mào)易相關(guān)的計(jì)量和其他應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，在一系列條件下保持精度非常重要。

圖7：金屬箔電阻示例（Vishay的VHP100系列）

金屬氧化膜電阻 金屬氧化膜電阻是一種薄膜型電阻，其中電阻成分由某種金屬的氧化物而不是金屬本身形成。本質(zhì)上，金屬氧化物是母體金屬再氧氣中燃燒殘留的產(chǎn)物，可以預(yù)見(jiàn)，這些材料相當(dāng)耐高溫；因?yàn)楹茈y點(diǎn)燃已經(jīng)完全燃燒的東西……金屬氧化物電阻的主要優(yōu)點(diǎn)來(lái)源于這種特性；與通常的碳膜和金屬膜電阻相比，它們具有更高的最高工作溫度和更好的脈沖負(fù)載處理特性。初始公差與碳膜產(chǎn)品中的公差相當(dāng)，氧化膜產(chǎn)品提供較低的溫度系數(shù)；與氧化膜產(chǎn)品相比，金屬膜產(chǎn)品在這兩方面都有所改進(jìn)。與碳基電阻相比，氧化膜電阻有望提供更好的噪聲特性，盡管不如金屬膜類(lèi)型提供的那樣好。在額定功率為1 - 5瓦的通孔封裝中最常見(jiàn)的情況是，氧化膜技術(shù)通常用于產(chǎn)生10MΩ及更高范圍內(nèi)的非常高的電阻值，盡管可提供從小于1歐姆級(jí)到更高電阻值的全范圍產(chǎn)品。

圖8：金屬氧化膜電阻示例（Yageo的MFR系列）

厚膜電阻

厚膜電阻，其中電阻成分通過(guò)類(lèi)似于絲網(wǎng)印刷的方法沉積在基板上。這種工藝的成本比薄膜沉積低，而且成分的厚度通常為幾十到幾百微米。雖然“薄” 和 “厚” 薄膜產(chǎn)品之間的實(shí)際成分厚度可能會(huì)發(fā)生重疊，但沉積方法是區(qū)別的要素。

厚膜電阻中的成分所用的糊狀材料包含一種精細(xì)劃分的電阻材料和一種更具電絕緣特性的材料的混合物，經(jīng)烘焙后，該材料固化成具有類(lèi)似于碳化物電阻的導(dǎo)電網(wǎng)狀微結(jié)構(gòu)的玻璃狀物質(zhì)。材料的差異和使用熱熔合工藝代替有機(jī)粘合劑產(chǎn)生的電阻成分明顯低于碳化物電阻，且在參數(shù)上更穩(wěn)定，但與許多其他電阻成分相比，仍然相對(duì)噪音大且對(duì)溫度敏感。然而，電阻成分的總質(zhì)量往往比碳化物電阻小得多，因此厚膜電阻確實(shí)有可能對(duì)ESD和類(lèi)似瞬態(tài)現(xiàn)象的損壞敏感，盡管它們可以提供遠(yuǎn)高于碳化物電阻的最高工作溫度。為達(dá)到最終值而采用的修整方法和所用厚膜組合物的具體配方對(duì)終端電阻的穩(wěn)健性有很大影響，通常比薄膜電阻的穩(wěn)健性會(huì)差一點(diǎn)。厚膜電阻主要以表面貼裝形式存在，目前作為一種通用電阻占據(jù)主導(dǎo)地位，非常適合于需要較低成本（相對(duì)于薄膜電阻）且噪聲增加和穩(wěn)定性要求不高的應(yīng)用。例如，此類(lèi)應(yīng)用可能包括用于小型指示燈LED的鎮(zhèn)流器電阻或用于邏輯信號(hào)的上拉電阻。

圖9：厚膜電阻示例（Ohmite的HVC系列）

繞線電阻 繞線電阻以繞線的方式構(gòu)造，主要以通孔和底座安裝的形式存在。它們的特點(diǎn)是低電流噪聲、良好的短期過(guò)載耐受性，并且通常存在非常顯著的寄生電感，在某些產(chǎn)品中，寄生電感通過(guò)使用貼別的繞線配置來(lái)緩解。不同產(chǎn)品，公差和溫度系數(shù)各不相同；可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)精度低于0.1%的公差和溫度系數(shù)為幾十PPM/°C的產(chǎn)品，盡管在撰寫(xiě)本文時(shí)，多個(gè)可用產(chǎn)品的指定公差更接近1%和200PPM/°C或更低。

圖10: 2.5kW繞線電阻（TE的TE系列）

總結(jié)

電阻是電子電路中應(yīng)用數(shù)量很多的元件，我們根據(jù)電路要求，選擇合適的電阻器來(lái)優(yōu)化電路中調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電流與電壓，使設(shè)計(jì)在應(yīng)用中獲得更精確可靠的結(jié)果。

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小編的話：

相信通過(guò)這篇文章詳細(xì)的介紹，大家對(duì)電阻有了更進(jìn)一步的了解。小小的電阻，也有這么多基于材料科學(xué)的分類(lèi)。充分了解這些材料電阻的特性，就可以在電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行準(zhǔn)確的選型。您在電路設(shè)計(jì)中對(duì)電阻的選型有哪些問(wèn)題、心得或經(jīng)驗(yàn)？歡迎分享和交流！

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