精密電阻的概念

 

精密電阻，是指電阻的阻值誤差、電阻的的熱穩(wěn)定性（溫度系數(shù)）、電阻器的分布參數(shù)（分布電容和分布電感）等項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的電阻器。

 

對(duì)1Ω（歐姆）以上阻值的電阻，與標(biāo)識(shí)阻值相比±0.5%以內(nèi)阻值誤差的電阻可稱為精密電阻，更高精密的可以做到0.01%精度，也就是電子工程師所說(shuō)的萬(wàn)分之一精度，此類電阻一般為薄膜電阻，使用此材質(zhì)的電阻一般才能滿足生產(chǎn)工藝要求。這類阻值1Ω以上電阻的普通系列精密度在±5%以上，電子產(chǎn)品上最常見(jiàn)的就是5%精度的電阻，不屬于精密電阻范圍。

 

1Ω以下阻值的電阻，一般能達(dá)到±1%精密度之內(nèi)，就算做精密電阻范疇了，因?yàn)樽柚祷鶖?shù)很小，就算是1%的誤差，實(shí)際的阻值誤差已經(jīng)很小了。更高精密的可以做到±0.5%以內(nèi)，但工藝要求，技術(shù)要求較高。

 

精密電阻的特性

 

精密電阻要求電阻的阻值誤差、電阻的熱穩(wěn)定性（溫度系數(shù)）、電阻器的分布參數(shù)（分布電容和分布電感）等項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的電阻器。

 

 

精密電阻分類

 

精密電阻按材料分，有金屬膜精密電阻、線繞精密電阻和金屬箔精密電阻幾類。金屬膜精密電阻的精度較高，但阻值溫度系數(shù)和分布參數(shù)指標(biāo)略低；線繞精密電阻的阻值精度和溫度系數(shù)指標(biāo)很高，但分布參數(shù)指標(biāo)偏低；金屬箔精密電阻的精度、阻值溫度系數(shù)和分布參數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)都很高：精度可達(dá)10-6，溫度系數(shù)可達(dá)±0.3&TImes;10-6/℃，分布電容可低于0.5pF，分布電感可低于0.1μH。由于上述三類精密電阻器的價(jià)格隨性能而提高，所以在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選用。例如，在直流或頻率很低的交流電路中，一般只需選用線繞精密電阻或金屬膜精密電阻即可，沒(méi)有必要選用價(jià)格高昂的金屬箔精密電阻。

 

金屬膜精密電阻的主體通常為圓柱形；線繞精密電阻則有圓柱形、扁柱形和長(zhǎng)方框架形幾種；金屬箔精密電阻則常呈方塊形或片形。線繞精密電阻的匝數(shù)較多時(shí)，往往采用無(wú)感繞制法繞制，正向繞制的匝數(shù)和反向繞制的匝數(shù)相同，以盡量減小分布電感。長(zhǎng)方框架形的線繞精密電阻通常是設(shè)備制造廠根據(jù)需要專門定制的，常用于儀器儀表。

 

一旦儀器儀表中的長(zhǎng)方框架形線繞精密電阻損壞，可用與原電阻合金絲的材料、直徑、長(zhǎng)度均相同的新合金電阻絲均勻繞在原框架上代替。如果原長(zhǎng)方框架形線繞精密電阻只是表面絕緣層破損，只需將原電阻絲從框架上拆下，重新浸漆（宜選用性能優(yōu)、價(jià)格低的1260絕緣清漆），再經(jīng)晾干處理后重新繞到原長(zhǎng)方框架上即可。

 

 

主流的精密電阻技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

 

（一）精密厚膜電阻

 

通過(guò)對(duì)厚膜電阻漿料的持續(xù)改進(jìn)，最精密的厚膜電阻技術(shù)已經(jīng)可以做到±5ppm/°C的溫飄，甚至通過(guò)使用多個(gè)可以互相補(bǔ)償?shù)暮衲る娮栊酒罱K達(dá)到±2ppm/°C的溫飄。其最高精度也可以達(dá)到±0.01%。在高壓高阻值高精密的應(yīng)用中精密厚膜電阻是主流的技術(shù)。厚膜電阻的缺點(diǎn)是在低阻值的部分很難做到高精密低溫飄，噪聲指標(biāo)也不好，長(zhǎng)期穩(wěn)定性一般比其他精密電阻差。

 

（二）精密薄膜電阻

 

精密薄膜電阻的技術(shù)發(fā)展代表了可以被大量商用的精密電阻技術(shù)，也是目前最流行的精密電阻技術(shù)。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間多層的膜層沉積，高精密的調(diào)阻和后期的篩選，最優(yōu)的精密薄膜電阻可以達(dá)到±2ppm/°C的溫飄和±0.01%的精度，以及很好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其缺點(diǎn)是功率做不大，低阻值部分指標(biāo)不好，不抗靜電，功率系數(shù)差，很難滿足小批量的供貨，且不同批次的一致性不好。

 

（三）精密金屬膜電阻

 

精密金屬膜電阻的各項(xiàng)指標(biāo)和精密薄膜電阻類似，晶圓精密金屬膜電阻有被貼片精密薄膜電阻替代的趨勢(shì)，但插腳的精密金屬膜電阻仍然是主流的低成本的精密電阻技術(shù)。和精密薄膜電阻一樣，調(diào)阻會(huì)造成熱點(diǎn)效應(yīng)，影響電阻的穩(wěn)定性和可靠性。

 

（四）精密線繞電阻

 

作為最早的精密電阻技術(shù)，高精密的線繞電阻溫飄可以做到±1ppm/°C，且精度可以做到±0.001%，這是薄膜和厚膜電阻沒(méi)有辦法做到的。最好的精密線繞電阻其阻值可以做到接近50M，適合超精密高阻值的應(yīng)用。由于其他電阻技術(shù)的發(fā)展，精密線繞電阻趨于被淘汰的邊緣，因?yàn)槠鋬r(jià)格昂貴，有電感等缺點(diǎn)。

 

（五）精密箔電阻

 

雖然精密箔電阻早在1962年發(fā)明，截至目前它仍然是最精密的電阻技術(shù)，通過(guò)把鎳鉻合金黏貼在陶瓷基板上進(jìn)行應(yīng)力平衡，得到接近于零的溫飄，通過(guò)激光刻蝕電阻圖形以及調(diào)阻，可以得到高達(dá)±0.001%的精度。最好的箔電阻存儲(chǔ)6年阻值僅漂移±2ppm，抗靜電，無(wú)感無(wú)容，無(wú)熱點(diǎn)設(shè)計(jì)，低噪聲，低電壓系數(shù)。箔電阻的缺點(diǎn)是阻值做不了很高，最大尺寸的貼片電阻最高只能做到150K，最大尺寸的插腳電阻阻值最高只能做到2M。

 

 

精密電阻的選型

 

阻值從1毫歐到1歐姆之間的精密取樣電阻需求，一般只能使用精密箔電阻。因?yàn)橹挥泻辖鸩牧系碾娮璨拍茉诘妥柚荡箅娏鞯那闆r下保持穩(wěn)定，溫飄可以低至±5ppm/°C，精度可以到±0.1%甚至更高。溫飄的大小是決定這類電阻價(jià)格的主要因素。由于其主要應(yīng)用是電流檢測(cè)，所以四腳的結(jié)構(gòu)有利于精密采樣。使用更大尺寸或預(yù)留更多的功率空間，并且增加輔助散熱器有利于降低電阻表面的溫度，改良取樣電阻的穩(wěn)定性。精密的電流取樣電阻可以替代霍爾電流傳感器，并且具有成本優(yōu)勢(shì)。

 

阻值從1歐姆到10歐姆之間對(duì)于任何電阻技術(shù)都是一個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@個(gè)阻值段屬于低阻值范圍，只有厚的電阻材料和短的電流路徑才能做到低阻值。厚的電阻材料不利于和基板的結(jié)合來(lái)平衡溫飄，而短的電流路徑也不利于精密調(diào)阻。精密薄膜電阻和精密金屬膜電阻很難在這個(gè)阻值范圍內(nèi)提供出色的溫飄，最好只能到±20ppm/°C，在有限的溫度范圍以內(nèi)可能會(huì)好一些。精密線繞電阻的溫飄則完全基于電阻合金絲本身，可以做到±10ppm/°C左右，但線繞電阻一般只有插腳的產(chǎn)品而且有電感。精密箔電阻在這個(gè)阻值范圍內(nèi)溫飄可以控制在±5ppm/°C以內(nèi)，精度可以做到±0.1%或者更好，貼片和插腳都可以提供。

 

10歐姆到150K歐姆是常規(guī)阻值段，在這個(gè)阻值范圍內(nèi)基于不同的精密需求可以選擇的產(chǎn)品很多。低于±2ppm/°C的要求，或者對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定性有很高要求的應(yīng)用場(chǎng)合只能使用精密箔電阻，貼片和插腳的都可以選擇。溫飄要求在±5ppm/°C左右，長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求不那么高的場(chǎng)合可以同時(shí)考慮薄膜電阻或者金屬膜電阻。箔電阻的最高精度可以做到±0.001%，薄膜電阻和金屬膜電阻可以做到±0.01%。需要指出的是使用貼片的箔電阻需要注意不同尺寸所提供的阻值范圍不同，比如0805尺寸的貼片箔電阻能提供的最大阻值為10K。另外精密貼片薄膜電阻的供應(yīng)廠家很多，參數(shù)的標(biāo)注都大同小異，但實(shí)際的性能差距很大，溫飄及精度超標(biāo)的情況很多，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和噪聲等指標(biāo)不同品牌之間的差距巨大。

 

超過(guò)150K到1M的阻值范圍屬于中間阻值段。在這段區(qū)間內(nèi)如果需要貼片的精密電阻，只能使用精密薄膜電阻。低于±2ppm/°C的溫飄要求一般只能使用插腳精密箔電阻，但阻值越高這種電阻的價(jià)格也會(huì)越高，因?yàn)樾枰褂枚鄠€(gè)電阻芯片來(lái)達(dá)到需要的阻值。有一些插腳薄膜電阻可以提供低至±5ppm/°C的溫飄，但長(zhǎng)期穩(wěn)定性差于精密箔電阻。插腳的精密線繞電阻也可以滿足高精度和低至±2ppm/°C的溫飄，但價(jià)格沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

 

1M到50M之間對(duì)于精密電阻來(lái)說(shuō)是高阻段。精密薄膜電阻可以支持的最高阻值一般到10M，最好溫飄為±5ppm/°C，最高精度±0.01%。精密厚膜電阻可以提供的精度和溫飄類似于薄膜電阻，但可以支持整個(gè)區(qū)間的阻值。單個(gè)精密箔電阻目前能支持的最大阻值是2M，而且價(jià)格非常昂貴。另外一種昂貴的精密電阻技術(shù)是線繞電阻，單個(gè)電阻可以提供高達(dá)50M的阻值，低至±2ppm/°C的溫飄和高達(dá)±0.001%的精度，尤其是在長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面要大大優(yōu)于薄膜和厚膜電阻技術(shù)。

 

1M-10T高壓精密電阻的需求只能選擇精密厚膜高壓電阻，因?yàn)橹挥泻衲ぜ夹g(shù)才能在高壓下工作并提供高的阻值。這類高壓應(yīng)用的電阻的重要技術(shù)指標(biāo)有電壓系數(shù)，電壓安定性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性，噪聲，溫飄，精度。尤其是電壓系數(shù)和電壓安定性的指標(biāo)非常重要，厚膜電阻在高壓環(huán)境下阻值大多會(huì)發(fā)生向小飄移的趨勢(shì)，因?yàn)椴糠纸^緣介質(zhì)被激活而形成了并聯(lián)的電阻，電阻漿料的質(zhì)量和厚膜工藝決定電壓系數(shù)的好壞。另外一些應(yīng)用場(chǎng)合需要低噪聲的高壓電阻，噪聲存在于電阻膜層的缺陷部位，缺陷可能是本來(lái)存在的也可能是調(diào)阻后新增的，這種缺陷越多噪聲就會(huì)越大，特殊的厚膜工藝有助于改良噪聲指標(biāo)。

 

精密電阻換算表

 

 

精密電阻換算公式

 

 

 

 

 

推薦閱讀：