对照一下，你了解几种电阻？

作者： Barley Li

电阻的成分属性描述了制造电阻本身的材料，而不是安装电阻的外部封装材料或基板。不同的成分意味着结构上存在一些差异，并导致有不同特征，使某些类型更适合某些应用，又或不适用于某些环境。

图1：各种1KΩ电阻。即使不同电阻具有相似成分，但它們在功 率和电阻额定值之间可能存在的物理尺寸变化。

碳化物电阻

碳化物电阻是由含碳化物材料制成的块体类型，该材料是通过将粉末状碳与粉末状陶瓷或其他耐温电绝缘材料以及有机粘合剂混合而成。电流通过网状的碳颗粒网络流动，这些碳颗粒在整个散装材料中相互接触；通过增加所用绝缘体的比例，这种导电网变得更细，材料的电阻率增加。早期的例子是简单地把两根电绕线在一个圆筒上，然后涂上油漆以指示电阻值并提供一定程度的保护。更现代的例子通常被封装在酚醛树脂外壳中，为引线提供了安装功能，并为碳化物材料提供了一个容器，其特征类似于铅笔芯。

在20世纪60年代左右，由于成本的原因，它们仍然被普遍使用了几十年，尽管从那时起，这种优势基本上消失了。碳化物电阻体积庞大；目前碳化物电阻的体积可能是其他技术中类似等级产品的十倍。它们不精确。目前示例的公差低至5%，但该数字仅指制造中的公差变化。它没有考虑其他可能会影响产品测量值的因素:湿度/湿度可能会导致10%左右的公差变化，温度可能会导致10%左右的公差变化。由于这些敏感性，在生产过程中尝试将其调整到精确值几乎没有意义。它们是最常见的电阻技术，几乎只存在于通孔封装中。形成其成分的碳是可燃的，因此在持续过载或发生故障时，它们经常会着火，并且它们的最高工作温度显著低于许多其他电阻技术。

图2：碳化物电阻示例（Ohmite 的OD系列）

尽管如此，由于其块体结构，碳化物电阻在电气上非常坚固，并且往往对静电放电等高强度、短期过载事件具有异常的耐受性。在这方面，碳化物电阻通常比其他技术更坚固，达到一到两个数量级。在其封装的限制范围内，它们还表现出相对较低的寄生电感，这在涉及快速瞬变的情况下通常是非常理想的。对于高度重视这些强度并能容忍其他缺陷的有限应用，碳组成电阻是一个合理的选择。然而，在大多数情况下，其他类型的电阻将更好地服务于应用。

碳膜电阻

碳膜电阻是一种薄膜类型的电阻，使用碳作为电阻材料生产。与碳化物电阻相比，碳膜电阻的一个重大改进是 : 它们放弃了对电气稳健性的测量，以提高精度、稳定性、小型化，并改善电流噪声特性。其他薄膜型电阻倾向于进一步往这个方向发展，或者在这样做的同时获得更好的价格，这或許是目前设计的首选。这一偏好的部分原因还在于碳相当易燃，而一般的替代品则不那么易燃，而且产品出现问题时避免起火是相当普遍的。

随着通孔类型的普及，碳膜电阻的普及似乎也在减少。虽然后者仍在使用，其他类型的薄膜电阻现在也采用通孔封装，但表面贴装碳膜电阻很少。

图3：碳膜电阻示例（TE的CFR200系列）

陶瓷电阻

陶瓷电阻是基于其使用由陶瓷或陶瓷合成材料形成的电阻，这与其他电阻类型不同，后者可能在其结构中使用陶瓷材料，但不是电流流过的主要材质。它们是一种与碳化物电阻非常相似的块体电阻，具有类似的脉冲耐受性、无电感特性。事实上，由于粉末陶瓷经常被用作碳化物电阻的一个组成部分，这两者在分类上存在一定程度的重叠。然而，可以根据所使用的导电材料和将合成材料混合在一起的方式进行区分；碳化物电阻仅将碳用作导电介质，并使用有机粘合剂将其连接在一起，而陶瓷合成材料可包含金属或金属氧化物等其他导电材料，并通过烧结或热熔工艺将其连接在一起。“金属陶瓷”（Cermet）是电位器中常用于此类材料的术语。相对于它们所取代的碳化物电阻，陶瓷电阻能够在显著更高的温度下工作，尽管它们也往往表现出更大的温度系数；这种组合，往往可转化为产品工作范围内30%左右的电阻变化。因此，它们不太适合小信号使用，因此主要用于额定功率至少大于1瓦特的场合。

图4：陶瓷电阻示例（Ohmite的OX系列）

金属元素电阻

具有“金属”成分的电阻使用大块金属材料作为电阻材料，并且通常应用于远低于1欧姆的电阻。它们主要用于电流测量应用中，在这种应用中，稳定、已知的低值电阻能够准确测量大电流，而不会造成过大的电压降和功率损耗。通常被称为分流电阻（shunt），它们通常具有4引线端接，以实现开尔文式测量，从而允许测量电阻上出现的电压，且与产品连接点处的接口电阻之间的干扰或误差最小。

图5：电阻示例：表面安装（左）和底座安装（右）的金属（不按比例）

金属膜电阻与薄膜电阻

金属膜电阻和薄膜电阻基于类似的生产技术，其中电阻成分由通过气相沉积工艺施加到陶瓷基板上的金属薄（通常为微米级）膜层形成，然后修整至所需的电阻值。“金属膜电阻和薄膜电阻之间的区别似乎是一个语境；在通孔电阻中，“金属膜”电阻似乎更常见，其中碳膜电阻是替代品，而在芯片格式电阻中，“厚膜”可能是替代品，而“薄膜”似乎是首选。“薄膜”似乎是更倾向于精确聚焦产品的术语，而“金属膜”似乎更常用于通用应用。

与碳膜产品相比，金属膜电阻/薄膜电阻在精度、稳定性和噪声性能方面取得了进一步的进步，通常也意味着主要对于浪涌事件需要花费进一步的成本。电阻成分的总质量足够小，因此此类产品容易受到静电放电的损坏，更小的封装尺寸和更高的电阻值会增加静电引起损坏的可能性。这种少量的成分质量也使得薄膜电阻特别容易受到化学侵蚀，因次材料少量的损失或经过化学转化从而导致失效。总的来说，薄膜/金属膜电阻是需要精度和参数稳定性且成本适中的应用的首选技术。尤其是在表面贴装封装形式中，它们还因其低电感特性而备受青睐，并经常用于高速电路中。

图6：表面贴装封装中的薄膜电阻示例（Panasonic 的ERA-3A系列）

金属箔电阻

金属箔电阻是由附着在绝缘基板上的相对较厚（几微米或更多）的金属箔制成的。在撰写本文时，当需要精度和稳定性时，它们是首选技术，其公差可低至±0.005%，温度系数低于1 PPM/°C。其他电阻的功耗等级为几瓦或几十瓦，同时随时间和温度保持极好的稳定性；此类电阻非常适合用于贸易相关的计量和其他应用，在这些应用中，在一系列条件下保持精度非常重要。

图7：金属箔电阻示例（Vishay的VHP100系列）

金属氧化膜电阻

金属氧化膜电阻是一种薄膜型电阻，其中电阻成分由某种金属的氧化物而不是金属本身形成。本质上，金属氧化物是母体金属再氧气中燃烧残留的产物，可以预见，这些材料相当耐高温；因为很难点燃已经完全燃烧的东西……金属氧化物电阻的主要优点来源于这种特性；与通常的碳膜和金属膜电阻相比，它们具有更高的最高工作温度和更好的脉冲负载处理特性。初始公差与碳膜产品中的公差相当，氧化膜产品提供较低的温度系数；与氧化膜产品相比，金属膜产品在这两方面都有所改进。与碳基电阻相比，氧化膜电阻有望提供更好的噪声特性，尽管不如金属膜类型提供的那样好。在额定功率为1 - 5瓦的通孔封装中最常见的情况是，氧化膜技术通常用于产生10 MΩ及更高范围内的非常高的电阻值，尽管可提供从小于1欧姆级到更高电阻值的全范围产品。

图8：金属氧化膜电阻示例（Yageo的MFR系列）

厚膜电阻

厚膜电阻，其中电阻成分通过类似于丝网印刷的方法沉积在基板上。这种工艺的成本比薄膜沉积低，而且成分的厚度通常为几十到几百微米。虽然 “薄” 和 “厚” 薄膜产品之间的实际成分厚度可能会发生重叠，但沉积方法是区别的要素。

厚膜电阻中的成分所用的糊状材料包含一种精细划分的电阻材料和一种更具电绝缘特性的材料的混合物，经烘焙后，该材料固化成具有类似于碳化物电阻的导电网状微结构的玻璃状物质。材料的差异和使用热熔合工艺代替有机粘合剂产生的电阻成分明显低于碳化物电阻，且在参数上更稳定，但与许多其他电阻成分相比，仍然相对噪音大且对温度敏感。然而，电阻成分的总质量往往比碳化物电阻小得多，因此厚膜电阻确实有可能对ESD和类似瞬态现象的损坏敏感，尽管它们可以提供远高于碳化物电阻的最高工作温度。为达到最终值而采用的修整方法和所用厚膜组合物的具体配方对终端电阻的稳健性有很大影响，通常比薄膜电阻的稳健性会差一点。厚膜电阻主要以表面贴装形式存在，目前作为一种通用电阻占据主导地位，非常适合于需要较低成本（相对于薄膜电阻）且噪声增加和稳定性要求不高的应用。例如，此类应用可能包括用于小型指示灯LED的镇流器电阻或用于逻辑信号的上拉电阻。

图9：厚膜电阻示例（Ohmite 的HVC系列）

绕线电阻

绕线电阻以绕线的方式构造，主要以通孔和底座安装的形式存在。它们的特点是低电流噪声、良好的短期过载耐受性，并且通常存在非常显著的寄生电感，在某些产品中，寄生电感通过使用贴别的绕线配置来缓解。不同产品，公差和温度系数各不相同；可以实现设计精度低于0.1%的公差和温度系数为几十PPM/°C的产品，尽管在撰写本文时，多个可用产品的指定公差更接近1%和200PPM/°C或更低。

图10: 2.5kW绕线电阻（TE的TE系列）

总结

电阻是电子电路中应用数量很多的元件，我们根据电路要求，选择合适的电阻器来优化电路中调节和稳定电流与电压，使设计在应用中获得更精确可靠的结果。