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不一样的理论课——当代精密电阻技术

2020-12-22 赵明灿 阅读:
在“高性能被动元器件论坛”上,开步电子董事长杨宝平介绍了各种精密电阻技术的历史演进、制造工艺及重要参数,以及精密电阻在现代各种应用中的示例。

开步电子董事长杨宝平介绍了各种精密电阻技术的历史演进、制造工艺及重要参数,以及精密电阻在现代各种应用中的示例。E2gednc

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据杨宝平介绍,碳和陶瓷合成电阻现在已基本淘汰,但是在高能或高电压的场合仍有应用。这种电阻是1927年由美国的SiC公司发明的,后来扩展到欧洲和日本,而在我国现在在军工方面仍有零星应用。碳膜电阻也基本淘汰,但是有一个行业仍在用,那就是高端音频行业——音质很好。厚膜(贴片)电阻是目前主流的电阻技术。线绕电阻也基本被淘汰,在小功率的场合比如1W以下已经无人采用,大功率5W或10W则是不得已而用之。精密合金电阻包括锰铜和镍铬合金,主要是小阻值。精密厚膜电阻在国内基本没有厂商在做,而是主要集中在欧美——这个技术可以实现超低温漂、超高电压下的稳定性。在贴片方面,精密厚膜电阻在向精密薄膜电阻转变,后者有很多优势,比如低噪声、低温度系数、高精度。精密线绕电阻则曾经被用作1Ω电阻的标准。箔电阻(1962年出现,工艺无变化)对其他电阻形成碾压,是目前最精密的电阻。此外还有水电阻等。E2gednc

什么电阻才属于精密电阻?很多工程师可能认为高精度、低温漂就是精密电阻,但是不要被这两个指标给骗了,我们应首先关注高稳定性!他指出,有些规格书喜欢突出自己最好的一面,比如精度甚至达到1/10000。但是其稳定性只有0.5%,也即在70℃加载额定功率10000个小时后所发生的阻值最大的偏移量为0.5%。那么,即使一个电阻的精度达到±0.001%,但如果把它放到仓库里,一个月后阻值发生一两百ppm的变化,那么这样的高精度又有什么意义?E2gednc

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选择精密电阻第一个要关注的指标是负载寿命,此外还要关注耐湿性等。最终要关注的是所选电阻在仪器寿命末期其阻值所发生的不可逆的偏移是否在设计允许的范围内。E2gednc

另外是温漂。温度系数不要只看数值,而是要对应温度范围去看是否满足要求。这里有两个指标容易引起误导。第一是合金温漂——用户购买的是电阻,要看的是电阻温漂,给个合金温漂指标有什么意义?第二就是温度范围。这个指标通常标注为20到60℃,但是电阻的工作温度经常会很高,所以看这个指标也没有意义。E2gednc

另外,也要将高可靠性纳入到精密电阻中看。这里面涉及到各种测试标准。E2gednc

每款电阻都要经过负载寿命测试。即给被测电阻加上恒压源,在70℃、额定功率下,开关(90分钟开、30分钟关)1000个小时(最低标准,车规是2000小时,宇航级是10000小时),观察发生不可逆变化的数量。E2gednc

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另外,他谈到,在温漂方面,温度系数不是线性的。通常,是给出-55~+125℃的范围,25℃下的值作为参考,如果温度范围越小,则温度系数曲线越平坦。我们希望这个曲线越平越好,但是往往事与愿违,只能往一个方向去调整,相反方向则会变坏。E2gednc

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功率系数也是一个需要关注的指标,因为电阻是要加电工作的,自热的影响会非常剧烈。有些工程师会将多个厚膜电阻串联来改善这个指标,但是效果也不好。很多时候影响阻值的是功率系数而不是温度系数,他强调。E2gednc

负载寿命与温度、功率和时间这三者有关。如果降额使用或使用环境不太恶劣,那么阻值的变化情况就会趋缓。这样也就可以获得高稳定性。E2gednc

以下是部分应用:E2gednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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