Q.我想了解可用電阻器類型之間的差異，以及如何為特定應用選擇合適的電阻器。

答：當然，讓我們先談談我們在實驗室中習慣使用的熟悉的“分立”或軸向引線型電阻器;然后，我們將比較分立器件和薄膜或厚膜網(wǎng)絡的成本和性能權衡。

軸向引線類型： 我們將討論的三種最常見的軸向引線電阻器類型是碳成分，或碳膜、金屬膜和繞線：

碳成分或碳膜型電阻器用于通用電路，其中初始精度和穩(wěn)定性隨溫度變化并不重要。典型應用包括用作集電極或發(fā)射極負載、晶體管/FET 偏置網(wǎng)絡、充電電容器的放電路徑以及數(shù)字邏輯電路中的上拉和/或下拉元件。

碳型電阻器按準對數(shù)順序分配一系列標準值（表1），從1歐姆到22兆歐，公差從2%（碳膜）到5%到20%（碳成分）。額定功率耗散范圍為 1/8 瓦至 2 瓦。1/4 瓦和 1/2 瓦、5% 和 10% 類型往往是最受歡迎的。

碳型電阻器的溫度系數(shù)較差（通常為5， 000 ppm/°C）;因此，它們不太適合需要很少電阻隨溫度變化的精密應用，但它們價格低廉——每件 3， 0 個數(shù)量只需 03 美分 [1.000 美元]。

表1列出了10%和1%容差的十進制（2：5范圍）標準電阻值，間隔10%。光面中較小的子集表示唯一具有 10% 或 20% 公差的值;它們相距20%。

表 1.標準電阻值：2%、5% 和 10%

碳型電阻器使用顏色編碼帶來識別電阻器的歐姆值和容差：

表 2.碳型電阻器的顏色代碼

金屬膜電阻器適用于需要初始精度、低溫度系數(shù)和低噪聲的精密應用。金屬膜電阻器通常由鎳鉻合金、氧化錫或氮化鉭組成，采用密封或模制酚醛體。典型應用包括橋式電路、RC 振蕩器和有源濾波器。初始精度范圍為 0.1 至 1.0 %，溫度系數(shù)范圍為 10 至 100 ppm/°C。 標準值范圍為 10.0 歐姆至 301 歐姆，離散增量為 2%（額定容差為 0.5% 和 1%）。

表 3.薄膜型電阻器的標準值

金屬膜電阻器使用 4 位編號序列來標識電阻器值，而不是用于碳類型的色帶方案：

線繞精密電阻器非常精確和穩(wěn)定（0.05%，<10 ppm/°C）;它們用于要求苛刻的應用，例如調諧網(wǎng)絡和精密衰減器電路。典型電阻值為 0.1 歐姆至 1.2 莫姆。

高頻效果：與“理想”電阻器不同，“真正的”電阻器，如真正的電容器（模擬對話30），受到寄生效應的影響。（實際上，任何兩端元件可能看起來像電阻器、電容器、電感器或阻尼諧振電路，具體取決于測試頻率。

電阻基材和長度與橫截面積之比等因素決定了寄生L和C在多大程度上影響電阻器在高頻下有效直流電阻的恒定性。薄膜型電阻器通常具有優(yōu)異的高頻響應;最好將其精度保持在 100 MHz 左右。 碳型的用法約為 1 MHz。 繞線電阻器具有最高的電感，因此頻率響應最差。即使它們是無感繞的，它們也往往具有高電容，并且可能不適合在50 kHz以上使用。

Q.溫度效應如何？我是否應該始終使用溫度系數(shù) （TCR） 最低的電阻器？

答：不一定。很大程度上取決于應用程序。對于此處所示的單個電阻器，在環(huán)路中測量電流，電流在電阻兩端產(chǎn)生等于I x R的電壓。在此應用中，任何溫度下的電阻絕對精度對于電流測量的精度至關重要，因此將使用TC非常低的電阻。

另一個例子是增益為100 op放大器電路中增益設置電阻的行為，如下所示。在這種類型的應用中，增益精度取決于電阻比（比率配置）、電阻匹配和電阻溫度系數(shù)（TCR）的跟蹤，比絕對精度更為關鍵。

這里有幾個例子可以說明這一點。

1. 假設兩個電阻的實際 TC 為 100 ppm/°C（即 0.01%/°C）。溫度變化后的電阻 ΔT 為

R = R0（1+ TC ΔT)

對于 10°C 的溫升，兩者RF和R我增加 0.01%/°C x 10°C = 0.1%。運算放大器增益[到非常好的近似值] 1 +RF/R我.由于兩個電阻值雖然有很大不同（99：1），但增加了相同的百分比，因此它們的比率因此增益保持不變。請注意，增益精度僅取決于電阻比，與絕對值無關。

2. 假設R我TC 為 100 ppm/°C，但RF的TC僅為75 ppm/°C。 對于 10°C 的變化，R我增加 0.1% 至其初始值的 1.001 倍，并且RF增加 0.075% 至其初始值的 1.00075 倍。增益的新值是

(1.00075RF)/(1.001R我） = 0.99975RF/R我

當環(huán)境溫度變化為10°C時，放大器電路的增益降低了0.025%（相當于1位系統(tǒng)中的12 LSB）。另一個不常被理解的參數(shù)是電阻中的自熱效應。

問：那是什么？

A.自發(fā)熱會導致電阻發(fā)生變化，因為當耗散功率增加時溫度升高。大多數(shù)制造商的數(shù)據(jù)表將包括稱為“熱阻”或“熱降額”的規(guī)格，以攝氏度/瓦特 （°C/W） 表示。對于典型尺寸的 1/4 W 電阻器，熱阻約為 125°C/W。讓我們將其應用于上述全量程輸入運算放大器電路的示例：

R 耗散的功率我是

和2/R = （100 mV）2/100歐姆 = 100 μW，導致溫度變化為 100 μW x 125°C/W = 0.0125°C，1ppm 電阻變化可以忽略不計 （0.00012%）。

R 耗散的功率F是

和2/R = （9.9 V）2/9900歐姆 = 9.9 mW，導致溫度變化為 0.0099 W x 125°C/W = 1.24°C，電阻變化為 0.0124%，直接轉化為 0.012% 的增益變化。

熱電偶效應：繞線精密電阻器還有另一個問題。電阻線和電阻引線的連接處形成一個熱電偶，對于普通繞線電阻器的標準“合金42”/鎳鉻合金結，其熱電電動勢為180μV/°C。如果選擇具有[更昂貴的]銅/鎳鉻合金結的電阻，則值為2.5 μV/°C。 （“合金180”是77%銅和23%鎳的標準成分鉛合金。

這種熱電偶效應在交流應用中并不重要，當電阻的兩端處于相同溫度時，它們會抵消;但是，如果一端比另一端溫度高，無論是由于電阻器中的功率耗散，還是由于電阻器相對于熱源的位置，凈熱電電動勢都會在電路中引入錯誤的直流電壓。使用普通繞線電阻時，僅4°C的溫差將引入168 μV的直流誤差，在1V/10位系統(tǒng)中大于16 LSB！

這個問題可以通過安裝繞線電阻器來解決，以確保溫差最小化。這可以通過保持兩根引線的長度相等來實現(xiàn)，以均衡通過它們的熱傳導，確保任何氣流（無論是強制還是自然對流）都垂直于電阻器主體，并注意電阻器的兩端與印刷電路板上的任何熱源保持相同的熱距離（即接收相等的熱流）。

Q.“薄膜”和“厚膜”網(wǎng)絡之間有什么區(qū)別，使用電阻網(wǎng)絡與分立器件相比有什么優(yōu)點/缺點？

A.除了占用空間少的明顯優(yōu)勢外，電阻網(wǎng)絡（無論是作為獨立實體還是單片IC的一部分）還具有通過激光調整、緊密TC匹配和良好溫度跟蹤實現(xiàn)高精度的優(yōu)勢。分立式網(wǎng)絡的典型應用是精密衰減器和增益設置級。薄膜網(wǎng)絡還用于單片（IC）和混合儀表放大器的設計，以及采用R2R梯形網(wǎng)絡拓撲的CMOS D/A和A/D轉換器。

厚膜電阻器是成本最低的類型，它們具有公平匹配（<0.1%），但TC性能較差（<100 ppm/°C）和漏電起痕（<10 ppm/°C）。它們是通過將電阻元件篩選或電鍍到基板材料（例如玻璃或陶瓷）上來生產(chǎn)的。

薄膜網(wǎng)絡價格適中，具有良好的匹配性（0.01%），以及良好的TC（<100 ppm/°C）和跟蹤（<10 ppm/°C）。所有這些都是激光微調的。薄膜網(wǎng)絡是使用氣相沉積制造的。

表4比較了厚膜和幾種類型的薄膜電阻網(wǎng)絡的優(yōu)缺點。表5比較了基板材料。

表 4.電阻網(wǎng)絡

表 5.基板材料

在下面所示的IC儀表放大器示例中，電阻R1-R1'、R2-R2'、R3-R3'之間的緊密匹配可確保高共模抑制（高達120 dB，直流至60 Hz）。雖然使用分立運算放大器和電阻可以實現(xiàn)更高的共模抑制，但在生產(chǎn)環(huán)境中，匹配電阻元件的艱巨任務是不可取的。

匹配，而不是絕對精度，在CMOS D/A轉換器中使用的R2R梯形網(wǎng)絡（包括反饋電阻）中也很重要。為了實現(xiàn)n位性能，電阻必須匹配到1/2以內(nèi)n，這可以通過激光修整輕松實現(xiàn)。然而，絕對精度誤差可能高達±20%。這里顯示的是CMOS數(shù)字模擬轉換器中使用的典型R-2R梯形網(wǎng)絡。

審核編輯：郭婷