在您的下一个PCB中使用薄膜电阻元件

2020年3月25日

薄膜电阻元件

我记得当我还是学生的时候，我买了我的第一个电子设备。它包含了一系列电容，电阻，电感，一些二极管和一些基本的集成电路(NAND门，555定时器等)。这些电阻是经典的带彩色带的圆柱形电阻，我记得有一段时间，我记住了所有的带，可以通过视觉挑选出特定的电阻。

薄膜电阻器就不那么简单了，它没有颜色代码。如果您试图决定在您的下一个PCB中使用哪种类型的电阻，有很多需要考虑的因素，从几何形状到精度和热稳定性。然而，薄膜电阻的电和热行为在组件数据表中有很好的记录，并且很容易用仿真工具分析电路的电路行为。

不同类型的电阻

电阻器可大致分为固定电阻器和可变电阻器。顾名思义，可变电阻的电阻可以通过设备用户的控制或通过外部刺激(电、机械、热、磁等)来改变。固定电阻旨在在任何电压或温度下提供稳定的电阻，但情况并非总是如此。下表简要比较了常用类型的电阻器。

电阻式	热稳定性	精度	Max。电压
薄膜	5-50 ppm / K	通常是1% 5%	通常可达~ 500v
厚膜	50 - 200 ppm / K	通常是1% 5%	通常高达1千伏
压敏电阻	高值	不同	通常小于~ 500v
热敏电阻	~ 1 - 10%,非线性	不同	通常小于~ 500v
圆柱形碳膜	250 - 800 ppm / K	1%， 5%， 10%	通常可达~ 500v
圆柱形金属膜	20 - 200 ppm / K	1%， 5%， 10%	通常可达~ 500v

请注意，这些电阻的温度系数可以是正的或负的(即，电阻可以随着温度的升高而增加或减少)。这些组件的最大直流和交流电压值将有所不同。从精度和热稳定性的角度来看，上表中的快速概述表明，薄膜电阻与其他类型的电阻相比相当稳定。

薄膜电阻特性

薄膜电阻是SMD组件，所以你不会在典型的电子入门套件中找到它们。他们有一个小的可焊垫面积，使他们容易墓碑效应如果焊接不当。最常见的圆柱形碳膜或金属膜电阻器是通孔元件，但薄膜电阻器可以由各种不同的材料制成。碳和金属薄膜电阻是可用的，但更高精度的薄膜电阻通常由镍铬(NiCr)或氮化钽(TaN)制成，NiCr是更受欢迎的电阻材料。

NiCr通常提供最低的TCR和最宽的电阻范围。在元件尺寸和制造方面，可行的薄板电阻值只有一个有限的范围，通常范围为~5到250 Ω / sq。尽管薄膜电阻器的可用电阻值有限制，但它们可以提供极严格的公差，低至50ppm。它们还提供低寄生电容和低至1至2ppm的温度系数。

任何提供一些优点和好处的组件也会带来一些缺点。薄膜电阻器的制造工艺比类似的厚膜电阻器或圆柱形电阻器更昂贵。薄膜电阻器的质量也比厚膜电阻器低，因此它们往往具有较低的额定功率。

结构与非理想行为

薄膜电阻器是用内部交指电极制造的，它包裹在电阻内部的电阻膜上。该电阻膜安装在陶瓷、玻璃或硅衬底上，并且整个外壳覆盖有一层保护涂层。端部采用金属处理，焊接到安装垫上。这个结构如下图所示。

薄膜电阻器结构[图片来源]。

有经验的电路设计师应该能够看到这一点，就像电感器和电容器不是真正理想的器件一样，这同样适用于厚膜和薄膜电阻。这些非理想行为是由于薄膜电阻封装中的寄生电容和电感造成的。对于实际电阻，最简单的非理想模型是串联电感和并联RC电路。更精确的模型如下所示，其中考虑了来自安装垫的外部电容，来自引线的外部电感和内部分流电容。