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(yīng)用選擇合適的電阻器。

答：當(dāng)然，讓我們先談?wù)勎覀冊(cè)趯?shí)驗(yàn)室中習(xí)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(luò)的成本和性能權(quán)衡。

軸向引線類型： 我們將討論的三種最常見(jiàn)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(yīng)用包括用作集電極或發(fā)射極負(fù)載、晶體管/FET 偏置網(wǎng)絡(luò)、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(zhǔn)對(duì)數(shù)順序分配一系列標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用，但它們價(jià)格低廉——每件 3， 0 個(gè)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(jìn)制（2：5范圍）標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電阻值：2%、5% 和 10%

碳型電阻器使用顏色編碼帶來(lái)識(shí)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(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值

金屬膜電阻器使用 4 位編號(hào)序列來(lái)標(biāo)識(shí)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(yīng)用，例如調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)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(duì)話30），受到寄生效應(yīng)的影響。（實(shí)際上，任何兩端元件可能看起來(lái)像電阻器、電容器、電感器或阻尼諧振電路，具體取決于測(cè)試頻率。

電阻基材和長(zhǎng)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(yīng);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(yīng)最差。即使它們是無(wú)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(yīng)如何？我是否應(yīng)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(yīng)用程序。對(duì)于此處所示的單個(gè)電阻器，在環(huán)路中測(cè)量電流，電流在電阻兩端產(chǎn)生等于I x R的電壓。在此應(yīng)用中，任何溫度下的電阻絕對(duì)精度對(duì)于電流測(cè)量的精度至關(guān)重要，因此將使用TC非常低的電阻。

另一個(gè)例子是增益為100 op放大器電路中增益設(shè)置電阻的行為，如下所示。在這種類型的應(yīng)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(duì)精度更為關(guān)鍵。

這里有幾個(gè)例子可以說(shuō)明這一點(diǎn)。

1. 假設(shè)兩個(gè)電阻的實(shí)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(duì)于 10°C 的溫升，兩者RF和R我增加 0.01%/°C x 10°C = 0.1%。運(yùn)算放大器增益[到非常好的近似值] 1 +RF/R我.由于兩個(gè)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(qǐng)注意，增益精度僅取決于電阻比，與絕對(duì)值無(wú)關(guān)。

2. 假設(shè)R我TC 為 100 ppm/°C，但RF的TC僅為75 ppm/°C。 對(duì)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(dāng)環(huán)境溫度變化為10°C時(shí)，放大器電路的增益降低了0.025%（相當(dāng)于1位系統(tǒng)中的12 LSB）。另一個(gè)不常被理解的參數(shù)是電阻中的自熱效應(yīng)。

問(wèn)：那是什么？

A.自發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致電阻發(fā)生變化，因?yàn)楫?dāng)耗散功率增加時(shí)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(duì)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(yīng)用于上述全量程輸入運(yùn)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(dǎo)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(jì) （0.00012%）。

R 耗散的功率F是

和2/R = （9.9 V）2/9900歐姆 = 9.9 mW，導(dǎo)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(zhuǎn)化為 0.012% 的增益變化。

熱電偶效應(yīng)：繞線精密電阻器還有另一個(gè)問(wèn)題。電阻線和電阻引線的連接處形成一個(gè)熱電偶，對(duì)于普通繞線電阻器的標(biāo)準(zhǔn)“合金42”/鎳鉻合金結(jié)，其熱電電動(dòng)勢(shì)為180μV/°C。如果選擇具有[更昂貴的]銅/鎳鉻合金結(jié)的電阻，則值為2.5 μV/°C。 （“合金180”是77%銅和23%鎳的標(biāo)準(zhǔn)成分鉛合金。

這種熱電偶效應(yīng)在交流應(yīng)用中并不重要，當(dāng)電阻的兩端處于相同溫度時(shí)，它們會(huì)抵消;但是，如果一端比另一端溫度高，無(wú)論是由于電阻器中的功率耗散，還是由于電阻器相對(duì)于熱源的位置，凈熱電電動(dòng)勢(shì)都會(huì)在電路中引入錯(cuò)誤的直流電壓。使用普通繞線電阻時(shí)，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(gè)問(wèn)題可以通過(guò)安裝繞線電阻器來(lái)解決，以確保溫差最小化。這可以通過(guò)保持兩根引線的長(zhǎng)度相等來(lái)實(shí)現(xiàn)，以均衡通過(guò)它們的熱傳導(dǎo)，確保任何氣流（無(wú)論是強(qiáng)制還是自然對(duì)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(luò)之間有什么區(qū)別，使用電阻網(wǎng)絡(luò)與分立器件相比有什么優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)？

A.除了占用空間少的明顯優(yōu)勢(shì)外，電阻網(wǎng)絡(luò)（無(wú)論是作為獨(dú)立實(shí)體還是單片IC的一部分）還具有通過(guò)激光調(diào)整、緊密TC匹配和良好溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)高精度的優(yōu)勢(shì)。分立式網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用是精密衰減器和增益設(shè)置級(jí)。薄膜網(wǎng)絡(luò)還用于單片（IC）和混合儀表放大器的設(shè)計(jì)，以及采用R2R梯形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞腃MOS D/A和A/D轉(zhuǎn)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(guò)將電阻元件篩選或電鍍到基板材料（例如玻璃或陶瓷）上來(lái)生產(chǎn)的。

薄膜網(wǎng)絡(luò)價(jià)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(diào)的。薄膜網(wǎng)絡(luò)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(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)。表5比較了基板材料。

表 4.電阻網(wǎng)絡(luò)

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(dá)120 dB，直流至60 Hz）。雖然使用分立運(yùn)算放大器和電阻可以實(shí)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(wù)是不可取的。

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

審核編輯：郭婷