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电阻器的规格确定过程不仅仅涉及容差带。电压、功率和温度额定值可能会以降低电路可靠性的方式相互作用。科里·施罗德 (Kory Schroeder),虽然电阻器不是一个复杂的元件,但其规格可能会令人困惑、误导和误解。在指定性能质量时,重要的是要查看和理解 resistor 测试条件,以便正确解释结果并将其应用于您的设计。电阻器制造商提供的数据可能存在显著差异,这些差异会显著影响性能。
额定功率和电压
电阻器的额定功率和额定电压是常见的混淆来源。简单地说,额定功率是电阻器在指定环境温度下在给定时间内可以耗散的能量。制造商通常在数据表上列出多个额定电压,但大多数情况下,主要关注的是最大工作电压。最大工作电压是电阻器在不电弧的情况下可以持续承受的最大电压量。最大工作电压通常以 Vrms 表示。
通用厚膜标准功率电阻器 (RMCF) 的功率/电压与电阻的关系。只有在 39.68 KΩ 时,0402 电阻器才能同时处理 50 V 和 0.063 W。此值称为临界电阻值。
严格遵守额定功率和最大额定工作电压以避免可靠性问题至关重要。例如,如果一个 10 Ω 0402 片式电阻器承受 50 V 的最大工作电压,则通过该部件的产生的功率将为 250 W。这远远超过了电阻器的额定功率。
相反,对于高电阻值,0402 电阻器可以承受的电能由 50 V 的工作电压额定值决定。如果 20 MΩ 0402 承受 0.063 W 的最大功率,则该器件上隐含的电压将为 1,122 V,这超过了该器件的电压处理能力。
只有在 39.68 KΩ 时,0402 电阻器才能同时处理 50 V 和 0.063 W。该值称为“临界电阻值”。
电阻降额曲线示例表明,如果要在 70°C 下使用相关部件,则必须将额定功率降低到其满值的 65% 左右。在全功率和高温下运行该器件将导致电阻漂移过大和电阻器的潜在故障。
Performance specs 提供有关 resistor 在测试或一组测试中的行为信息。工程师将定期使用此信息来比较来自不同制造商的零件。对于根据 AEC-Q200 等通用标准测试的电阻器系列,比较性能相对容易。
但是,设计人员可能需要有关符合 AEC 标准的电阻器的更多信息。一些制造商会声称符合 AEC(汽车电子委员会)测试,甚至提供来自 AEC 测试的所有支持数据,但仅适用于小样本量。在某些情况下,这些数据文件只显示每种尺寸 10 件甚至更少的测试,在某些情况下,它们可能只显示单个电阻值的结果。大多数 AEC 测试需要来自三个截然不同的制造批次的至少 77 件,每种尺寸的电阻值为三种不同的;它们还拼出 High、Low 和 Critical Resistance 值(或尽可能接近 Standard Resistance 值)。
当不遵循通用测试标准时,测试条件和测试结果的陈述方式可能会有很大差异。这些变化可能会导致误导性的性能声明。例如,基于镍铬合金的薄膜电阻器容易受到湿气腐蚀。一些制造商会吹捧他们的镍铬合金元件具有卓越的防潮性,理由是极低的电阻转变为偏置湿度测试。
电阻器上的负载或偏置是测试过程中的一个关键因素。在全额定功率下,大多数电阻器将产生足够的热量,以防止水分凝结在零件上,从而产生强大的防潮效果。但在许多应用中,精密镍铬合金薄膜电阻器的额定功率仅为其额定功率的一小部分。在这些情况下,零件产生的热量很少,增加了水分凝结和聚集在零件上的可能性。在存在较低偏置(例如 10% 额定功率)的情况下,电阻偏移可能会有很大不同。因此,测试条件对于理解结果并最终预测电阻器性能至关重要。
另一个常见问题是如何解释不同潜在波动源的累积变化或公差叠加。从所有相关测试中加上最大潜在偏移可提供最大预期电阻偏移或最坏情况。
在实践中,对于大多数应用程序来说,使用最坏情况的数字是不必要的保守。这可能会导致选择价格高、容差不必要地严格的电阻器或低 TCR。
请务必记住,每个性能测试都是独立的。有些测试通常具有电阻的正向变化,而有些测试通常具有负向的电阻变化。此外,测试性能通常因电阻器技术而异。在大多数情况下,电路中观察到的实际电阻偏移远小于各个测试容差的总和。建议联系电阻器制造商,了解电阻器或一系列电阻器在给定电路使用寿命内的具体稳定性要求。
了解性能规格中显示的电阻变化是典型性能还是绝对最大限制也很重要。除非客户特别要求,否则一些制造商将显示典型结果,而不会明确说明限制。典型结果通常比实际测试规格好 2 到 3 倍。这种做法会给人一种错觉,即该零件比其他类似产品更好,而实际性能并不好,在某些情况下甚至更差。
简而言之,设计不得违反电阻器功率或电压额定值;这些是与电阻相关的参数。额定功率必须与工作温度相协调。如果电路在超过电阻器额定温度的温度下工作,则必须适当降低电阻器功率处理能力。
确定哪些测试与应用程序相关也很重要。测试条件应与电阻器实际看到的相同,并且必须正确解释测试结果。测试结果是给出实际的最大可能偏移还是典型性能,也可以这样说。
最后,累积方差或最坏情况不考虑单个自变量的分布。忽视这一事实可能会导致不必要的限制性设计,并使典型的商用电阻器使用起来不切实际。每当对电阻器的适度如何适合设计有疑问时,最好让工厂工程师检查设计细节,以帮助做出最佳选择。