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电阻器是一种被连接在电路中的无源电气设备用于在电流流动时引入特定的电阻。非常高的电阻允许少量电流通过。非常低的电阻允许大量电流通过。电阻以欧姆为单位测量。欧姆被定义为当一安培的电流通过电阻器时,其两端电压降为一伏特的电阻。
在电子电路中,电阻器用于减少电流流动,分压(将大电压变成小电压),将微控制器输入引脚偏置到已知状态,控制放大器的增益,以及终止传输线,还有其他用途。它们可以用作电制动器,以消散火车的动能,或者与 LED 串联使用,以控制流过它的电流量(否则 LED 将因超过其电流限制而燃烧)。
基础
欧姆定律定义了(P)功率、(V)电压、(I)电流和(R)电阻之间的关系,欧姆定理指出,通过电阻的电流将是双向的,与横跨它的电压成正比,与电阻成反比。
电阻器规格中的一个重要参数是它能够散发的功率。当电流通过电阻器时,功率被消耗,并以热的形式表现出来。这反过来又导致电阻器的温度升高,如果电流过大通过电阻器时,温度升高可引起电阻的变化,或在极端情况下导致电阻器的损坏。
功率是测量电路能完成的工作量,例如转动马达。瓦特定律指出功率(以瓦特为单位)=电压(以伏特为单位)*电流(以安培为单位)或P=VI。
这个等式可以与欧姆定律结合使用,在给定电阻和跨电阻电压的情况下计算损耗的功率。在计算瓦特数和瓦特数增加量时,必须使用实际电流,以便选择适当大小的电阻器。从数学上讲,瓦特数随电流或电压的平方而变化。
主要规格
如上所述,当电流通过电阻器时,由于电阻器两端存在电压,因此电阻器会以热的形式损失电能;电流越大,电阻器就会变得越热。电阻器的功率额定值是在指定的环境温度(通常为+70°C或以下)下,电阻器在给定时间内可以散发的能量量。如果电路在超过电阻器额定温度的温度下运行,则必须相应地降低电阻器的功率处理能力。
电阻器的额定值是在不超出指定温度的情况下耗散给定瓦特数的,其物理尺寸要做得足够大才能做到这一点。更高功率额定值的电阻器需要更大的尺寸,甚至可能还需要散热片。对于表面贴装电阻器,功率额定值通常从不到 100 毫瓦到几瓦不等。通孔型电阻器的功率额定值高于表面贴装型。
功率电阻器的电阻公差是指其电阻值允许在指定电阻值上下偏离的范围。电阻公差通常用百分比表示。最常见的值为1%和5%。某些应用需要精确值,某些电阻器的结构可以容纳高达0.01%的公差。
电阻器不可超出的主要参数是连续功率额定值,即最大功率额定在额定环境温度下可连续加载到电阻器的功率量。
最大工作电压也很重要,特别是在涉及高电压的应用中,例如电源的功率因数控制器(PFC)部分。对于给定电阻值的电阻两端相对恒定的电压,可以计算出最大允许电压,以使功率损耗在电阻器封装额定值之内。当电压为脉冲时,可以使用更高的电压,并且功率损耗仍然良好。关键是不要超过这个额定值,以避免损坏。 电压额定值还可能受到周围温度的影响,所以也必须考虑到这一点。
在确定施加在电阻器上的最大电压之前,您必须考虑最大连续和最大短时过载(STOL电压。STOL是意外的
高电流尖峰对元件的临时暴露。受到STOL影响的元件需要比平时消耗更多的功率,从而导致极端温度升高,这可能导致元件损坏,并且可能是许多应用中的故障原因。
电压应力也会使电阻器失效。电压应力是电阻器实际电压降与其电压额定值百分比的比率。在小信号电路中,电阻器的电压应力并不重要,但在高压应用中,如PFC电路的电压分压器反馈,必须限制电压应力,以避免设备磨损。
设计不得违反功率额定值或最大工作电压额定值,以避免可靠性问题。
影响电阻值的其他参数包括其长期稳定性和温度系数。电阻器的稳定性由负载和温度下的实际性能确定,同时考虑短期和长期暴露于电气和机械应力。通常在高精度应用中考虑的电阻温度系数(TCR)由电阻材料以及机械设计确定。TCR描述了电阻元件对温度变化的敏感性,用于指定电阻器的稳定性。
简单说一下稳定性和可靠性:用户必须仔细评估数据,确保它不代表只发送少量样品(例如,十个或二十个单位)要真正有意义,数据必须来自长时间内的大量连续测试,来自许多制造批量,并包括提供的全部范围。
其他关键因素电阻器的浪涌条件是,在定义的时间长度内应用超过该部件连续功率额定值的功率水平。大多数浪涌持续时间为毫秒(msec)或微秒(usec)。如果您仅应用1msec或1usec的功率,那么应用几倍于额定功率的功率可能不是问题。
然而,将额定功率的 10倍施加在电阻器上5或10 秒或更长时间会导致永久性损坏并熔化将零件固定在位的焊点。这种类型的长时间连续功率应用定义为过载。大多数电阻器都说明最大过载额定值,可能需要考虑。
当电路接通或快速接通和断开时,可能会发生意想不到的激增情况。需要耐脉冲或激增的电阻器用于预充电电阻器(以消除当电源接通时流向具有大值的电容器的快速电流)ESD保护和闪电保护。
选择
电阻有多种结构,如绕线型、复合型、厚膜型和薄膜型。
组合电阻器使用绝缘体和导体的混合物制成。然后将混合物压缩成不同的形状。安装端子并在外面涂上绝缘涂层。电阻是根据绝缘体和导体混合物的比例控制的。组合电阻器根据能量处理和电阻值进行选择。由于其结构,组合电阻器通常具有很高的容差。组合电阻器在高能量/浪涌应用中的表现良好。电阻器中所含的大量质量使能量吸收达到很高的水平,这些高水平的能量吸收可以重复进行,而不会对电阻值产生负面影响。
厚膜和薄膜:通常用于高电压和高精度(TCR和电阻率)器件。
厚膜电阻器和薄膜电阻器都是陶瓷基片上的电阻层虽然它们的外观可能相似,但它们的特性和制造工艺却大不相同。主要区别在于将电阻膜施加到基片上的方法。薄膜电阻器具有真空沉积在绝缘基片上的金属膜。这会产生约0.1微米厚的均匀金属膜。
般来说,薄膜电阻比厚膜电阻更精确,温度系数更好,更稳定。因此,它与其他高精度技术(如线绕电阻)竞争。另一方面,由于电阻材料质量低,薄膜电阻的浪涌能力相对有限,如ESD和短时过载。
厚膜电阻器是通过将一种特殊的糊剂—种由玻璃和金属氧化物混合而成的糊剂–涂在基片上而制成的。一旦涂上,就可以用激光或研磨修整器来调整电阻。可以根据安装、应用和电压选择厚膜部件,它们很容易集成到可散热封装中,适用于高功率应用。可在电阻值变化不大的情况下对厚膜产品施加高压。