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一文看懂精密电阻选购及换算方法
云汉芯城 | 2019-11-04 14:09:07    阅读:14   发布文章

精密电阻的概念

精密电阻,是指电阻的阻值误差、电阻的的热稳定性(温度系数)、电阻器的分布参数(分布电容和分布电感)等项指标均达到一定标准的电阻器。

对1Ω(欧姆)以上阻值的电阻,与标识阻值相比±0.5%以内阻值误差的电阻可称为精密电阻,更高精密的可以做到0.01%精度,也就是电子工程师所说的万分之一精度,此类电阻一般为薄膜电阻,使用此材质的电阻一般才能满足生产工艺要求。这类阻值1Ω以上电阻的普通系列精密度在±5%以上,电子产品上最常见的就是5%精度的电阻,不属于精密电阻范围。

1Ω以下阻值的电阻,一般能达到±1%精密度之内,就算做精密电阻范畴了,因为阻值基数很小,就算是1%的误差,实际的阻值误差已经很小了。更高精密的可以做到±0.5%以内,但工艺要求,技术要求较高。

精密电阻的特性

精密电阻要求电阻的阻值误差、电阻的热稳定性(温度系数)、电阻器的分布参数(分布电容和分布电感)等项指标均达到一定标准的电阻器。

精密电阻分类

精密电阻按材料分,有金属膜精密电阻、线绕精密电阻和金属箔精密电阻几类。金属膜精密电阻的精度较高,但阻值温度系数和分布参数指标略低;线绕精密电阻的阻值精度和温度系数指标很高,但分布参数指标偏低;金属箔精密电阻的精度、阻值温度系数和分布参数各项指标都很高:精度可达10-6,温度系数可达±0.3&TImes;10-6/℃,分布电容可低于0.5pF,分布电感可低于0.1μH。由于上述三类精密电阻器的价格随性能而提高,所以在应用中应根据实际情况合理选用。例如,在直流或频率很低的交流电路中,一般只需选用线绕精密电阻或金属膜精密电阻即可,没有必要选用价格高昂的金属箔精密电阻。

金属膜精密电阻的主体通常为圆柱形;线绕精密电阻则有圆柱形、扁柱形和长方框架形几种;金属箔精密电阻则常呈方块形或片形。线绕精密电阻的匝数较多时,往往采用无感绕制法绕制,正向绕制的匝数和反向绕制的匝数相同,以尽量减小分布电感。长方框架形的线绕精密电阻通常是设备制造厂根据需要专门定制的,常用于仪器仪表。

一旦仪器仪表中的长方框架形线绕精密电阻损坏,可用与原电阻合金丝的材料、直径、长度均相同的新合金电阻丝均匀绕在原框架上代替。如果原长方框架形线绕精密电阻只是表面绝缘层破损,只需将原电阻丝从框架上拆下,重新浸漆(宜选用性能优、价格低的1260绝缘清漆),再经晾干处理后重新绕到原长方框架上即可。

主流的精密电阻技术及其优缺点

(一)精密厚膜电阻

通过对厚膜电阻浆料的持续改进,最精密的厚膜电阻技术已经可以做到±5ppm/°C的温飘,甚至通过使用多个可以互相补偿的厚膜电阻芯片最终达到±2ppm/°C的温飘。其最高精度也可以达到±0.01%。在高压高阻值高精密的应用中精密厚膜电阻是主流的技术。厚膜电阻的缺点是在低阻值的部分很难做到高精密低温飘,噪声指标也不好,长期稳定性一般比其他精密电阻差。

(二)精密薄膜电阻

精密薄膜电阻的技术发展代表了可以被大量商用的精密电阻技术,也是目前最流行的精密电阻技术。通过长时间多层的膜层沉积,高精密的调阻和后期的筛选,最优的精密薄膜电阻可以达到±2ppm/°C的温飘和±0.01%的精度,以及很好的长期稳定性。其缺点是功率做不大,低阻值部分指标不好,不抗静电,功率系数差,很难满足小批量的供货,且不同批次的一致性不好。

(三)精密金属膜电阻

精密金属膜电阻的各项指标和精密薄膜电阻类似,晶圆精密金属膜电阻有被贴片精密薄膜电阻替代的趋势,但插脚的精密金属膜电阻仍然是主流的低成本的精密电阻技术。和精密薄膜电阻一样,调阻会造成热点效应,影响电阻的稳定性和可靠性。

(四)精密线绕电阻

作为最早的精密电阻技术,高精密的线绕电阻温飘可以做到±1ppm/°C,且精度可以做到±0.001%,这是薄膜和厚膜电阻没有办法做到的。最好的精密线绕电阻其阻值可以做到接近50M,适合超精密高阻值的应用。由于其他电阻技术的发展,精密线绕电阻趋于被淘汰的边缘,因为其价格昂贵,有电感等缺点。

(五)精密箔电阻

虽然精密箔电阻早在1962年发明,截至目前它仍然是最精密的电阻技术,通过把镍铬合金黏贴在陶瓷基板上进行应力平衡,得到接近于零的温飘,通过激光刻蚀电阻图形以及调阻,可以得到高达±0.001%的精度。最好的箔电阻存储6年阻值仅漂移±2ppm,抗静电,无感无容,无热点设计,低噪声,低电压系数。箔电阻的缺点是阻值做不了很高,最大尺寸的贴片电阻最高只能做到150K,最大尺寸的插脚电阻阻值最高只能做到2M。

精密电阻的选型

阻值从1毫欧到1欧姆之间的精密取样电阻需求,一般只能使用精密箔电阻。因为只有合金材料的电阻才能在低阻值大电流的情况下保持稳定,温飘可以低至±5ppm/°C,精度可以到±0.1%甚至更高。温飘的大小是决定这类电阻价格的主要因素。由于其主要应用是电流检测,所以四脚的结构有利于精密采样。使用更大尺寸或预留更多的功率空间,并且增加辅助散热器有利于降低电阻表面的温度,改良取样电阻的稳定性。精密的电流取样电阻可以替代霍尔电流传感器,并且具有成本优势。

阻值从1欧姆到10欧姆之间对于任何电阻技术都是一个挑战。因为这个阻值段属于低阻值范围,只有厚的电阻材料和短的电流路径才能做到低阻值。厚的电阻材料不利于和基板的结合来平衡温飘,而短的电流路径也不利于精密调阻。精密薄膜电阻和精密金属膜电阻很难在这个阻值范围内提供出色的温飘,最好只能到±20ppm/°C,在有限的温度范围以内可能会好一些。精密线绕电阻的温飘则完全基于电阻合金丝本身,可以做到±10ppm/°C左右,但线绕电阻一般只有插脚的产品而且有电感。精密箔电阻在这个阻值范围内温飘可以控制在±5ppm/°C以内,精度可以做到±0.1%或者更好,贴片和插脚都可以提供。

10欧姆到150K欧姆是常规阻值段,在这个阻值范围内基于不同的精密需求可以选择的产品很多。低于±2ppm/°C的要求,或者对长期稳定性有很高要求的应用场合只能使用精密箔电阻,贴片和插脚的都可以选择。温飘要求在±5ppm/°C左右,长期稳定性要求不那么高的场合可以同时考虑薄膜电阻或者金属膜电阻。箔电阻的最高精度可以做到±0.001%,薄膜电阻和金属膜电阻可以做到±0.01%。需要指出的是使用贴片的箔电阻需要注意不同尺寸所提供的阻值范围不同,比如0805尺寸的贴片箔电阻能提供的最大阻值为10K。另外精密贴片薄膜电阻的供应厂家很多,参数的标注都大同小异,但实际的性能差距很大,温飘及精度超标的情况很多,长期稳定性和噪声等指标不同品牌之间的差距巨大。

超过150K到1M的阻值范围属于中间阻值段。在这段区间内如果需要贴片的精密电阻,只能使用精密薄膜电阻。低于±2ppm/°C的温飘要求一般只能使用插脚精密箔电阻,但阻值越高这种电阻的价格也会越高,因为需要使用多个电阻芯片来达到需要的阻值。有一些插脚薄膜电阻可以提供低至±5ppm/°C的温飘,但长期稳定性差于精密箔电阻。插脚的精密线绕电阻也可以满足高精度和低至±2ppm/°C的温飘,但价格没有优势。

1M到50M之间对于精密电阻来说是高阻段。精密薄膜电阻可以支持的最高阻值一般到10M,最好温飘为±5ppm/°C,最高精度±0.01%。精密厚膜电阻可以提供的精度和温飘类似于薄膜电阻,但可以支持整个区间的阻值。单个精密箔电阻目前能支持的最大阻值是2M,而且价格非常昂贵。另外一种昂贵的精密电阻技术是线绕电阻,单个电阻可以提供高达50M的阻值,低至±2ppm/°C的温飘和高达±0.001%的精度,尤其是在长期稳定性方面要大大优于薄膜和厚膜电阻技术。

1M-10T高压精密电阻的需求只能选择精密厚膜高压电阻,因为只有厚膜技术才能在高压下工作并提供高的阻值。这类高压应用的电阻的重要技术指标有电压系数,电压安定性,长期稳定性,噪声,温飘,精度。尤其是电压系数和电压安定性的指标非常重要,厚膜电阻在高压环境下阻值大多会发生向小飘移的趋势,因为部分绝缘介质被激活而形成了并联的电阻,电阻浆料的质量和厚膜工艺决定电压系数的好坏。另外一些应用场合需要低噪声的高压电阻,噪声存在于电阻膜层的缺陷部位,缺陷可能是本来存在的也可能是调阻后新增的,这种缺陷越多噪声就会越大,特殊的厚膜工艺有助于改良噪声指标。

精密电阻换算表

精密电阻换算公式

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