电阻器的种类和特性

[09-12 11:39:00]   来源：http://www.88dzw.com  电路基础   阅读：8562次

文章摘要：图3 “实际”电阻器模型像电阻器的基体材料、长度与截面比这些因素决定电阻器附加的寄生电感和寄生电容，从而影响电阻器的高频等效直流阻抗的稳定性。薄膜电阻器通常具有优良的高频响应。在100MHz左右，仍能保持其精度。碳质电阻器只能用于1MHz左右。线绕电阻器的感抗最高，所以频率响应最差。即使是无电感的线绕电阻器(顺时针方向绕的线圈数等于逆时针方向绕的线圈数，由于工艺仍然存在失配和剩余电感——译者注)，也具有很高的容抗，当工作频率达50kHz以上，几乎不稳定。问：温度效应对电阻器影响如何?我是否总使用温度系数(TC)最低的电阻器?答：没有必要，主要根据应用情况而定。图4示出的是用来测量环路电流的电阻

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图3 “实际”电阻器模型

像电阻器的基体材料、长度与截面比这些因素决定电阻器附加的寄生电感和寄生电容，从而影响电阻器的高频等效直流阻抗的稳定性。薄膜电阻器通常具有优良的高频响应。在100MHz左右，仍能保持其精度。碳质电阻器只能用于1MHz左右。线绕电阻器的感抗最高，所以频率响应最差。即使是无电感的线绕电阻器(顺时针方向绕的线圈数等于逆时针方向绕的线圈数，由于工艺仍然存在失配和剩余电感——译者注)，也具有很高的容抗，当工作频率达50kHz以上，几乎不稳定。

问：温度效应对电阻器影响如何?我是否总使用温度系数(TC)最低的电阻器?
答：没有必要，主要根据应用情况而定。图4示出的是用来测量环路电流的电阻器，待测电流在该电阻两端产生的电压等于I×R。在这个应用中，在任一温度下电阻值的绝对精度对测量该电流的精度至关重要，所以应该使用温度系数很低的电阻器。

图4 测量环路电流的电阻器

与上述应用实例不同，图5示出的是增益为100的运算放大器电路中增益设置电阻器的作用。在增益精度取决于两个电阻值的比率(比率配置)这类应用中，电阻值的匹配和温度系数(TC)的跟踪程度比绝对精度更重要。下面通过两个实例来说明这一点。

图5 同相放大电路中的增益设置电阻

1假设两个电阻器RI和RF的实际温度系数(TC)都为100ppm/°C(即001%/°C)。当温度变化ΔT时，对应的电阻值为R=R0(1+TCΔT)
当温度上升10°C时，RF和RI的阻值都增加001%/°C×10°C=01%，运算放大器的增益公式(非常近似)为1+RF/RI。虽然这两个电阻器的阻值相差很大(99∶1)，但它们按相同的百分比(比率)增加，所以该电路的增益不变。这个例子说明该电路的精度仅仅取决于两个电阻值的比率，而与它们的绝对值无关。
2假设RI的温度系数为100ppm/°C，而RF的温度系数仅为75ppm/°C。当温度变化10°C时，阻值RI增加01%，是初始值的1001倍，而RF增加0075%是初始值的100075倍。由此得到新的增益值为 100075RF/1001RI=099975RF/RI。 这表明，当环境温度变化10°C，放大器电路增益下降0025%(相当于12位分辨率系统的1LSB)。
人们通常不了解的另一个参数是电阻器的自热效应(selfheating effect)。
问：什么是自热效应：
答：指由自身的热量造成电阻值的改变，因为当电阻器功耗增加时必然引起电阻器自身温度的增加。大多数生产厂家的产品说明都给出“热阻”或“热降”这项技术指标，用摄氏度符每瓦(°C/W)单位表示(热阻定义为电阻器的有效温度与外部规定参考点的温度之差除以器件的稳态散耗功率所得的商——译者注)。对于 1/4W 典型尺寸的电阻器，其热阻大约为125°C/W。让我们以上述满度输入运算放大器为例说明热阻的应用。RI的功耗为E2/R=(100mV)2/100Ω=100μW，它引起的温度变化为100μW×１２５°C/W=00125°C，引起的电阻变化为001%/°C×00125°C=000012%≈1ppm，所以可忽略不计。RF的功耗为E2/R=(99V)2/9900Ω=00099W，它引起的温度变化为00099W×１２５°C/W=124°C，由此引起的电阻变化为001%/°C×124°C=00124%，所以它直接引起增益变化0012%。热电偶效应：线绕电阻器还存在其它问题。电阻器的绕线和电阻器的引线之间的连接点构成一种热电偶，普通的线绕电阻器由标准180合金镍铬合金连接点产生的热电势为42μV/°C。如果选用价格比较贵的电阻器，由铜镍合金连接点产生的热电势为25μV/°C。用作标准电阻引线的180合金由77%铜和23%镍组成。这种热电偶效应在交流应用中并不重要，因为在相同温度下，电阻器两端的热电势可以相互抵消。但是如果由于电阻器的功耗或者由于电阻器的一端靠近热源致使电阻器的一端温度比另一端高，从而造成净热电势产生的直流误差电压进入电路。对于普通的线绕电阻器，温度只要差4°C，就会产生168μV的直流误差电压。对于满度10V 16位分辨率系统，这个数值大于1LSB。

模拟器件天地 1998年第9期

模拟器件天地 1998年第9期

在安装线绕电阻器时设法使两引线端温差最小可以克服上述问题。具体做法可以使电阻器的两条引线长度相等，使通过它们的热导性均衡，也可以使任何气流(不论是强制或自然对流)与电阻体相垂直(见图6)，或者注意使电阻器的引线两端相对印制电路板上的任一热源保持相等的等效热距离(即接受热流相等的距离)。

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