線繞電阻一般分為“功率線繞電阻”和“精密線繞電阻”。功率線繞電阻使用過程中會發(fā)生很大變化,不適于精密度要求很高的情況下使用。因此,本討論不考慮這種電阻。
線繞電阻的制作方法一般是將絕緣電阻絲纏繞在特定直徑的線軸上。不同線徑、長度和合金材料可以達(dá)到所需電阻和初始特性。精密線繞電阻 ESD 穩(wěn)定性更高,噪聲低于薄膜或厚膜電阻。線繞電阻還具有 TCR 低、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
線繞電阻初始誤差可以低至 ± 0.005 %。TCR (溫度每變化一攝氏度,電阻的變化量) 可以達(dá)到 3 ppm/°C典型值。不過,降低電阻值,線繞電阻一般在15 ppm/°C 到 25 ppm/°C。熱噪聲降低,TCR 在限定溫度范圍內(nèi)可以達(dá)到 ± 2 ppm/°C 。
線繞電阻加工過程中,電阻絲內(nèi)表面 (靠近線軸一側(cè)) 收縮,而外表面拉伸。這道工藝產(chǎn)生永久變形 — 相對于彈性變形或可逆變形,必須對電阻絲進(jìn)行退火。永久性機(jī)械變化 (不可預(yù)測) 會造成電阻絲和電阻電氣參數(shù)任意變化。因此,電阻元件電性能參數(shù)存在很大的不確定性。
由于線圈結(jié)構(gòu),線繞電阻成為電感器,圈數(shù)附近會產(chǎn)生線圈間電容。為提高使用中的響應(yīng)速度,可以采用特殊工藝降低電感。不過,這會增加成本,而且降低電感的效果有限。由于設(shè)計中存在的電感和電容,線繞電阻高頻特性差,特別是 50 kHz 以上頻率。
兩個額定電阻值相同的線繞電阻,彼此之間很難保證特定溫度范圍內(nèi)精確的一致性,電阻值不同,或尺寸不同時更為困難 (例如,滿足不同的功率要求)。這種難度會隨著電阻值差異的增加進(jìn)一步加劇。以1-kΩ 電阻相對于100-kΩ 電阻為例,這種不一致性是由于直徑、長度,并有可能由于電阻絲使用的合金不同造成的。而且,電阻芯以及每英寸圈數(shù)也不同—機(jī)械特性對電氣特性的影響也不一樣。由于不同的電阻值具有不同的熱機(jī)特性,因此它們的工作穩(wěn)定性不一樣,設(shè)計的電阻比在設(shè)備生命周期中會發(fā)生很大變化。TCR 特性和比率對于高精度電路極為重要。
傳統(tǒng)線繞電阻加工方法不能消除纏繞、封裝、插入和引線成型工藝中產(chǎn)生的各種應(yīng)力。固定過程中,軸向引線往往采用拉緊工藝,通過機(jī)械力加壓封裝。這兩種方法會改變電阻,無論加電或不加電。從長期角度看,由于電阻絲調(diào)整為新的形狀,線繞元件會發(fā)生物理變化。
薄膜電阻
薄膜電阻由陶瓷基片上厚度為 50 ? 至 250 ? 的金屬沉積層組成 (采用真空或?yàn)R射工藝)。薄膜電阻單位面積阻值高于線繞電阻或 Bulk Metal? 金屬箔電阻,而且更為便宜。在需要高阻值而精度要求為中等水平時,薄膜電阻更為經(jīng)濟(jì)并節(jié)省空間。
它們具有最佳溫度敏感沉積層厚度,但最佳薄膜厚度產(chǎn)生的電阻值嚴(yán)重限制了可能的電阻值范圍。因此,采用各種沉積層厚度可以實(shí)現(xiàn)不同的電阻值范圍。薄膜電阻的穩(wěn)定性受溫度上升的影響。薄膜電阻穩(wěn)定性的老化過程因?qū)崿F(xiàn)不同電阻值所需的薄膜厚度而不同,因此在整個電阻范圍內(nèi)是可變的。這種化學(xué)/機(jī)械老化還包括電阻合金的高溫氧化。此外,改變最佳薄膜厚度還會嚴(yán)重影響 TCR。由于較薄的沉積層更容易氧化,因此高阻值薄膜電阻退化率非常高。
由于金屬量少,薄膜電阻在潮濕的條件下極易自蝕。浸入封裝過程中,水蒸汽會帶入雜質(zhì),產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕會在低壓直流應(yīng)用幾小時內(nèi)造成薄膜電阻開路。改變最佳薄膜厚度會嚴(yán)重影響 TCR。由于較薄的沉積層更容易氧化,因此高阻值薄膜電阻退化率非常高。
厚膜電阻
如前所述,受尺寸、體積和重量的影響,線繞電阻不可能采用晶片型。盡管精度低于線繞電阻,但由于具有更高的電阻密度 (高阻值/小尺寸) 且成本更低,厚膜電阻得到廣泛使用。與薄膜電阻和金屬箔電阻一樣,厚膜電阻頻響速度快,但在目前使用的電阻技術(shù)中,其噪聲最高。雖然精度低于其他技術(shù),但我們之所以在此討論厚膜電阻技術(shù),是由于其廣泛應(yīng)用于幾乎每一種電路,包括高精密電路中精度要求不高的部分。
厚膜電阻依靠玻璃基體中粒子間的接觸形成電阻。這些觸點(diǎn)構(gòu)成完整電阻,但工作中的熱應(yīng)變會中斷接觸。由于大部分情況下并聯(lián),厚膜電阻不會開路,但阻值會隨著時間和溫度持續(xù)增加。因此,與其他電阻技術(shù)相比,厚膜電阻穩(wěn)定性差 (時間、溫度和功率)。
由于結(jié)構(gòu)中成串的電荷運(yùn)動,粒狀結(jié)構(gòu)還會使厚膜電阻產(chǎn)生很高的噪聲。給定尺寸下,電阻值越高,金屬成份越少,噪聲越高,穩(wěn)定性越差。厚膜電阻結(jié)構(gòu)中的玻璃成分在電阻加工過程中形成玻璃相保護(hù)層,因此厚膜電阻的抗?jié)裥愿哂诒∧る娮琛?/p>