问:我想了解可用电阻器类型之间的差异，以及如何为特定应用选择正确的电阻器。

答:当然，让我们先谈谈我们在实验室中使用的熟悉的“离散”或轴向引线型电阻器;然后，我们将比较离散和薄膜或厚膜网络的成本和性能权衡。

轴向引线类型:我们将讨论的三种最常见的轴向引线电阻器类型是碳成分，或碳膜，金属膜和线绕:

• 碳成分或碳膜型电阻器用于通用电路，其中初始精度和温度变化的稳定性不被认为是关键的。典型的应用包括作为集电极或发射极负载，在晶体管/场效应管偏置网络中，作为充电电容器的放电路径，以及作为数字逻辑电路中的上拉和/或下拉元件。
  
  碳型电阻器按准对数顺序分配一系列标准值(表1)，从1欧姆到22兆欧，公差从2%(碳膜)到5%到20%(碳成分)。额定功耗范围从1/8瓦到2瓦。1/4瓦和1/2瓦，5%和10%的类型往往是最受欢迎的。
  
  碳型电阻器的温度系数很差(通常为5000 ppm/°C);因此，它们不太适合需要温度变化很小的电阻的精密应用，但是它们很便宜——每1000个数量只需3美分[0.03美元]。
  
  表1列出了十年(10:1范围)2%和5%公差的标准电阻值，间隔10%。lightface中较小的子集表示仅具有10%或20%公差的值;它们之间间隔20%。

表1、标准电阻值:2%，5%和10%

碳型电阻器使用彩色编码带来标识电阻器的欧姆值和公差:

表2、碳型电阻器的颜色代码

• 金属薄膜电阻器用于要求初始精度、低温度系数和低噪声的精密应用。金属膜电阻器一般由镍铬、氧化锡或氮化钽组成，可采用密封或模压的酚醛体。典型应用包括桥式电路、RC振荡器和有源滤波器。初始精度范围为0.1至1.0%，温度系数范围为10至100 ppm/°C。标准值范围从10.0欧姆到301欧姆，以2%的离散增量(适用于0.5%和1%的额定公差)。

表3、薄膜型电阻器的标准值

金属膜电阻器使用4位数字编号序列来识别电阻器值，而不是碳类型使用的颜色带方案:

• 线绕精密电阻器非常准确和稳定(0.05%，<10 ppm/°C);它们用于要求苛刻的应用，如调谐网络和精密衰减器电路。典型的电阻值从0.1欧姆到1.2欧姆。

高频效应:与“理想的”对应物不同，“真正的”电阻器，就像真正的电容器一样(对话30-2)，受到寄生的影响。(实际上，任何双端元件都可能看起来像电阻、电容、电感或阻尼谐振电路，这取决于测试的频率。)

诸如电阻器基材和长度与横截面积之比等因素决定了寄生L和C在多大程度上影响电阻器高频时有效直流电阻的常数。薄膜型电阻器通常具有优异的高频响应;最好将其精度保持在100mhz左右。碳类型是有用的约1兆赫兹。线绕电阻的电感最高，因此频率响应最差。即使它们是非电感式绕组，它们往往具有高电容，并且可能不适合在50 kHz以上使用。

问:温度的影响呢?我应该总是使用最低温度系数(tcr)的电阻吗?

答:不一定。这很大程度上取决于应用程序。对于此处显示的单个电阻，在环路中测量电流，电流在电阻上产生等于I x r的电压。在此应用中，任何温度下电阻的绝对精度对电流测量的精度至关重要，因此将使用具有非常低TC的电阻。

另一个例子是增益为100的运算放大器电路中增益设置电阻的行为，如下所示。在这种类型的应用中，增益精度取决于电阻的比率(比率配置)，电阻匹配和电阻温度系数(tcr)的跟踪，比绝对精度更重要。

这里有几个例子可以说明这一点。

1. 假设两个电阻的实际TC为100 ppm/°C(即0.01%/°C)。温度变化后的电阻得尔塔T为

R = R(0) (1+ tc 得尔塔t)

当温度升高10℃时，R(F)和R(我)增加0.01%/℃× 10℃= 0.1%。运算放大器增益[非常接近]为1 + R(F) / R(I)。由于两个电阻值虽然相差很大(99:1)，但增加了相同的百分比，它们的比值——因此增益——是不变的。请注意，增益精度仅取决于电阻比，而与绝对值无关。

2. 假设R(I)的TC为100ppm /℃，但R(F)的TC仅为75ppm /℃。当温度变化为10℃时，R(I)增加0.1%至1.001倍，R(F)增加0.075%至1.00075倍。增益的新值是

(1.00075 r (f))/(1.001 r (i)) = 0.99975 r (f)/ r (i))

当环境温度变化为10°C时，放大器电路的增益降低了0.025%(相当于12位系统中的1 LSB)。另一个不常被理解的参数是电阻器的自热效应。

问:那是什么?

a .自热会引起电阻的变化，因为当耗散功率增加时，温度会升高。大多数制造商的数据表将包括称为“热阻”或“热降额”的规格，以每瓦摄氏度(°C/W)表示。对于典型尺寸的1/4瓦电阻器，热阻约为125°C/W。让我们将其应用于上述全量程输入运放电路的示例:

R(I)耗散的功率为

E(2)/R = (100 mV)(2)/100欧姆= 100µW，温度变化为100µW × 125°C/W = 0.0125°C，电阻变化可忽略不计(0.00012%)。

R(F)耗散的功率为

E(2)/R = (9.9 V)(2)/9900欧姆= 9.9 mW，温度变化为0.0099 W × 125℃/W = 1.24℃，电阻变化为0.0124%，直接转化为0.012%的增益变化。

热电偶效应:线绕式精密电阻还有另一个问题。电阻线和电阻引线的连接处形成一个热电偶，对于普通线绕电阻的标准“Alloy 180”/镍铬合金连接处，热电EMF为42 μ V/°C。如果电阻器选择[更昂贵的]铜/镍铬合金结，则该值为2.5 μ V/°C。(“Alloy 180”是含77%铜和23%镍的标准成分铅合金。)

这种热电偶效应在交流应用中是不重要的，当电阻器两端处于相同温度时，它们会抵消;然而，如果一端比另一端更热，要么是因为功率在电阻中耗散，要么是因为其相对于热源的位置，净热电动势将引入错误的直流电压到电路中。使用普通线绕电阻，仅4°C的温差将导致168 μ V的直流误差-在10-V /16位系统中大于1 LSB !

这个问题可以通过安装绕线电阻来解决，以确保温差最小。这可以通过保持两个引线的长度相等来实现，以平衡通过它们的热传导，通过确保任何气流(无论是强制对流还是自然对流)都与电阻体正常，并通过注意电阻的两端处于相同的热距离(即，接收来自PC板上任何热源的等量热流)来实现。

Q.“薄膜”和“厚膜”网络之间有什么区别?在离散部件上使用电阻网络的优点/缺点是什么?

a .除了占用相当少的空间的明显优势外，电阻网络-无论是作为单独的实体，还是作为单片IC的一部分-通过激光修整，紧密的TC匹配和良好的温度跟踪提供高精度的优势。离散网络的典型应用是精密衰减器和增益设置阶段。薄膜网络还用于设计单片(IC)和混合仪器放大器，以及采用R-2R梯形网络拓扑的CMOS D/A和A/D转换器。

厚膜电阻器是成本最低的类型-它们具有公平的匹配(<0.1%)，但较差的TC性能(<100 ppm/°C)和跟踪(<10 ppm/°C)。它们是通过将电阻元件筛选或电镀到衬底材料(如玻璃或陶瓷)上而产生的。

薄膜网络价格适中，并提供良好的匹配(0.01%)，加上良好的TC (<100 ppm/°C)和跟踪(<10 ppm/°C)。所有的都是激光修剪。薄膜网络是用气相沉积法制造的。

表4比较了厚膜和几种类型的薄膜电阻网络的优点/缺点。表5比较了衬底材料。

表4、电阻网络

表5所示、衬底材料

在下面的IC仪表放大器示例中，电阻R1—R1'， R2—R2'， R3—R3'之间的紧密匹配确保了高共模抑制(高达120 dB, dc至60 Hz)。虽然使用离散运算放大器和电阻可以实现更高的共模抑制，但在生产环境中，匹配电阻元件的艰巨任务是不可取的。

匹配，而不是绝对精度，在CMOS D/A转换器中使用的R-2R阶梯网络(包括反馈电阻)中也很重要。为了实现n位性能，电阻器必须匹配到1/2(n)以内，这很容易通过激光修整实现。然而，绝对精度误差可高达±20%。这里显示的是一个典型的R -2R梯形网络用于CMOS数字转换器。