实验室新生成长指南[2.4.1] · 无源器件之电阻器

欢迎进入《实验室新生成长指南》第四章:《元器件》

本篇是《实验室新生成长指南》第二章第四节第一篇:《无源器件之电阻器》

整个2·4节将帮助新手快速建立对电子元器件的初步认知,熟悉和掌握它们的基本特性。

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[2.4.1] · 无源器件之电阻器

电阻的电学特性

电阻器的本质是R=U/I。电阻的电学特性在初高中就应该非常熟悉,这里不再赘述。但是值得一提的是作为工程师,我们需要时刻牢记现实中的电阻总是不那么理想且容易受到外界环境的影响。

电阻的常见用途

  • 数字电路中的上拉与下拉
  • 分压与反馈
  • I/V转换
  • 负载耗能
  • 限流与保护

电阻的基本分类

电阻器根据工艺技术的不同,主要可以分为下面几种:

  • 薄膜电阻
    • 碳膜电阻
    • 金属膜电阻
  • 厚膜电阻
  • 功率合金电阻
  • 金属箔电阻
  • 线绕电阻
  • 组合电阻

碳膜电阻

碳膜电阻是相对来说成本比较低的电阻,早期的碳膜电阻是固体复合材料做的,现在一般是将碳沉积到绝缘芯上制成的电阻。

电阻值范围一般可以小于1Ω到大于10MΩ。

承受功率一般1/8W到5W。

此外,一些特殊的碳膜电阻还会被用于高脉冲稳定的场合。

金属膜电阻

金属膜电阻是通过真空沉积,将各种金属沉积到陶瓷基底上制成的电阻。相对于碳膜电阻来说,可以有更高的稳定性和精度、更低的噪声和温度系数。相对成本较高,但是随着国产电阻的发力和最近越来越庞大的消费类市场,金属膜电阻已经变得越来越常见。

金属膜的电阻值和承受功率和碳膜差不多,但承受脉冲能量的能力会差一些。

厚膜电阻

一般的常见的贴片电阻都是这个使用丝网印刷技术生产的。主要的生产流程是:采用丝网印刷将浆料在绝缘基体(例如氧化铝陶瓷)上印刷成特定的面积与厚度,然后烧结形成的。然后涂上保护层,同时因为采用丝网印刷工艺很容易就可以印刷上字符,所以一般0603及以上封装的贴片电阻有明确的阻值标志出来。

功率合金电阻

一般是将电阻元件(一般是合金片等)焊接到铜接线端子上而构成。近年来也有用电子束焊接合金片与铜接线端子的技术,可以获得更好的性能。

功率合金电阻可以做到超低阻值(0.1mΩ-1Ω)、超低ESL(nH级别)、低电阻容差(±1%、±0.5%、正负0.1%)和低温度系数(常见有25、50、75、100ppm)。

由于现在越来越多的设备使用电能供电,需要大量的精确检测电流的场合,功率合金电阻在电池管理、电源、自动控制、动力传动与安全等方面应用越来越广泛。

金属箔电阻

金属箔电阻是最近兴起的电阻器。由于经常使用激光进行极其精确的修正。金属箔电阻可以达到非常高的准确度。目前大量用于仪器级精密电阻。由于Vishy等厂家的努力。金属箔电阻已经进化到了人类科技的最高峰,有着令人难以置信的高精确度、低温漂、低热电动势和高长稳。

线绕电阻

是通过电阻丝绕制在陶瓷或者玻纤衬底上制成的电阻。由于存在很大的寄生电感一般高频特性很差(但是也有双线并绕法来制成的无感电阻)。但是由于电阻丝可以做的极其均匀,长度也可以精确控制,早期有大量的高精密度电阻是线绕电阻。

与此同时,用于线绕电阻可以承受很高的表面温度(最高可达450℃),同时电阻丝的粗细灵活可控,所以线绕电阻也经常用于大功率耗散的场合。

特殊电阻

特殊电阻的种类很多,比如常见的:温敏电阻(PTC/NTC)、压敏电阻(电压敏感电阻)、光敏电阻、湿敏电阻、气敏电阻等。

电阻的常见封装形式

直插

直插电阻一般有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、5W等封装形式。

直插电阻一般都有色环表示具体阻值。如何读取色环一般现在也不再要求,有兴趣的同学可以自己去找找资料背一背。

贴片

贴片电阻一般有三种命名标准,EN(欧洲标准)、EIAJ(日本电子工业协会)和尺寸大小(英寸)。我国由于历史原因常见的是尺寸大小命名法。

常见有:0603/0805/1206/1210/2010/2512等型号。最常见的是0603和0805。以0805举例,意思就是电阻的长度是0.08”,宽度是0.05”

封装的大小和热功耗直接相关,一般来说0805的设计热功耗是1/8W,0603是1/10W,2512是1W,但是实际工程中应该降额50%使用。

其他特殊封装

排阻

是指将多个电阻封装在一起的技术,本科阶段常用于数字电路的多个上拉电阻的使用。

电阻的常见阻值与精度

阻值

出于库存简化的需要导致行业选定符合 IEC60063 标准的 E 系列。基于恒定容差与阻值(1 Ω, 10Ω, 100 Ω 与 1 kΩ)的原则,形成以下等比公式:

常见的就是1、2.3、3.3、4.7、6.8为基数的电阻。

精度

常见有三种标准:E24:5 %; E96:1 % ;E192:0.5 %

出于成本的考虑,5%和1%的电阻是比较常用的电阻。

电位器(滑动变阻器)

电位器概述

除了我们常用的固定电阻之外,我们还常常使用各种各样的电位器(滑动变阻器)。电位器属于机电设备,由于电阻体一般暴露在空气中,而且存在机械部件,尽管大部分优质电位器会做密封保护,但是电位器的可靠性还是比较差的。

一般来说滑动变阻器有三个端子,分别是左右两个固定点和中间的动点。

电位器选择指标

绝缘电阻(IR)

连接的端子和其他任何导电部位的DC下的电阻,应该大于1000MΩ。

旋转寿命

电位计应能在保持电阻稳定性的情况下承受的最大轴转数称为旋转寿命

旋转角度

从一个端子到另一个端子旋转的角度。一般小于360°或者远大于360°(精密型内部一般利用机械结构来产生一个变比,外界转动一大圈,内部动点可能只转动一个很小的角度)。

线性度

电位器输出与跟随轴行程的程度,一般不会太过分,但是正品电位器(例如ALPS和BOURNS)是真的很贵很贵。。。

电位器封装

为了锻炼大家在淘宝寻找元器件的能力,配图请在淘宝自行查询。

3296

是最常用的精密可调电位器。最常用的是3296W(字母代表调整螺丝和引脚的方向),最早是BOURNS公司发明的,现在国内主要可以买到BOCHEN(国盛科技)仿制的。

3362

最常用的是3362P,其他同3296。

WH148

国产经典,多用于调整音量等,命名为BXX,XX就是具体阻值,比如B20K。分成单双联两种。

RK097NS

长得没有WH148那么傻大黑粗,但是会小一点,密封性也会好一点。

WH06

也有人叫蓝白(蓝色本体,白色旋钮)可调的(当然也有黄色旋钮,黑色本体的),不太精密,适合粗调。

3*3贴片

松下公司发明的电位器,非常小,但是经常会由于用力过猛导致电位器失效。。。国内公司也有仿制的产品。

电位器常见阻值

电位器阻值可选的更少。常见有:10、100、1k、2k、4.7k、5k、10k、20k、47k、50k、100k、200k、470k、500k、1M、2M等。

了起

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