作者： Barley Li

電阻的成分屬性描述了制造電阻本身的材料，而不是安裝電阻的外部封裝材料或基板。不同的成分意味著結構上存在一些差異，并導致有不同特征，使某些類型更適合某些應用，又或不適用于某些環境。

圖1：各種1KΩ電阻。即使不同電阻具有相似成分，但它們在功 率和電阻額定值之間可能存在的物理尺寸變化。

碳化物電阻

碳化物電阻是由含碳化物材料制成的塊體類型，該材料是通過將粉末狀碳與粉末狀陶瓷或其他耐溫電絕緣材料以及有機粘合劑混合而成。電流通過網狀的碳顆粒網絡流動，這些碳顆粒在整個散裝材料中相互接觸；通過增加所用絕緣體的比例，這種導電網變得更細，材料的電阻率增加。早期的例子是簡單地把兩根電繞線在一個圓筒上，然后涂上油漆以指示電阻值并提供一定程度的保護。更現代的例子通常被封裝在酚醛樹脂外殼中，為引線提供了安裝功能，并為碳化物材料提供了一個容器，其特征類似于鉛筆芯。

在20世紀60年代左右，由于成本的原因，它們仍然被普遍使用了幾十年，盡管從那時起，這種優勢基本上消失了。碳化物電阻體積龐大；目前碳化物電阻的體積可能是其他技術中類似等級產品的十倍。它們不精確。目前示例的公差低至5%，但該數字僅指制造中的公差變化。它沒有考慮其他可能會影響產品測量值的因素:濕度/濕度可能會導致10%左右的公差變化，溫度可能會導致10%左右的公差變化。由于這些敏感性，在生產過程中嘗試將其調整到精確值幾乎沒有意義。它們是最常見的電阻技術，幾乎只存在于通孔封裝中。形成其成分的碳是可燃的，因此在持續過載或發生故障時，它們經常會著火，并且它們的最高工作溫度顯著低于許多其他電阻技術。

圖2：碳化物電阻示例（Ohmite 的OD系列）

盡管如此，由于其塊體結構，碳化物電阻在電氣上非常堅固，并且往往對靜電放電等高強度、短期過載事件具有異常的耐受性。在這方面，碳化物電阻通常比其他技術更堅固，達到一到兩個數量級。在其封裝的限制范圍內，它們還表現出相對較低的寄生電感，這在涉及快速瞬變的情況下通常是非常理想的。對于高度重視這些強度并能容忍其他缺陷的有限應用，碳組成電阻是一個合理的選擇。然而，在大多數情況下，其他類型的電阻將更好地服務于應用。

碳膜電阻

碳膜電阻是一種薄膜類型的電阻，使用碳作為電阻材料生產。與碳化物電阻相比，碳膜電阻的一個重大改進是 : 它們放棄了對電氣穩健性的測量，以提高精度、穩定性、小型化，并改善電流噪聲特性。其他薄膜型電阻傾向于進一步往這個方向發展，或者在這樣做的同時獲得更好的價格，這或許是目前設計的首選。這一偏好的部分原因還在于碳相當易燃，而一般的替代品則不那么易燃，而且產品出現問題時避免起火是相當普遍的。

隨著通孔類型的普及，碳膜電阻的普及似乎也在減少。雖然后者仍在使用，其他類型的薄膜電阻現在也采用通孔封裝，但表面貼裝碳膜電阻很少。

圖3：碳膜電阻示例（TE的CFR200系列）

陶瓷電阻

陶瓷電阻是基于其使用由陶瓷或陶瓷合成材料形成的電阻，這與其他電阻類型不同，后者可能在其結構中使用陶瓷材料，但不是電流流過的主要材質。它們是一種與碳化物電阻非常相似的塊體電阻，具有類似的脈沖耐受性、無電感特性。事實上，由于粉末陶瓷經常被用作碳化物電阻的一個組成部分，這兩者在分類上存在一定程度的重疊。然而，可以根據所使用的導電材料和將合成材料混合在一起的方式進行區分；碳化物電阻僅將碳用作導電介質，并使用有機粘合劑將其連接在一起，而陶瓷合成材料可包含金屬或金屬氧化物等其他導電材料，并通過燒結或熱熔工藝將其連接在一起。“金屬陶瓷”（Cermet）是電位器中常用于此類材料的術語。相對于它們所取代的碳化物電阻，陶瓷電阻能夠在顯著更高的溫度下工作，盡管它們也往往表現出更大的溫度系數；這種組合，往往可轉化為產品工作范圍內30%左右的電阻變化。因此，它們不太適合小信號使用，因此主要用于額定功率至少大于1瓦特的場合。

圖4：陶瓷電阻示例（Ohmite的OX系列）

金屬元素電阻

具有“金屬”成分的電阻使用大塊金屬材料作為電阻材料，并且通常應用于遠低于1歐姆的電阻。它們主要用于電流測量應用中，在這種應用中，穩定、已知的低值電阻能夠準確測量大電流，而不會造成過大的電壓降和功率損耗。通常被稱為分流電阻（shunt），它們通常具有4引線端接，以實現開爾文式測量，從而允許測量電阻上出現的電壓，且與產品連接點處的接口電阻之間的干擾或誤差最小。

圖5：電阻示例：表面安裝（左）和底座安裝（右）的金屬（不按比例）

金屬膜電阻與薄膜電阻

金屬膜電阻和薄膜電阻基于類似的生產技術，其中電阻成分由通過氣相沉積工藝施加到陶瓷基板上的金屬薄（通常為微米級）膜層形成，然后修整至所需的電阻值。“金屬膜電阻和薄膜電阻之間的區別似乎是一個語境；在通孔電阻中，“金屬膜”電阻似乎更常見，其中碳膜電阻是替代品，而在芯片格式電阻中，“厚膜”可能是替代品，而“薄膜”似乎是首選。“薄膜”似乎是更傾向于精確聚焦產品的術語，而“金屬膜”似乎更常用于通用應用。

與碳膜產品相比，金屬膜電阻/薄膜電阻在精度、穩定性和噪聲性能方面取得了進一步的進步，通常也意味著主要對于浪涌事件需要花費進一步的成本。電阻成分的總質量足夠小，因此此類產品容易受到靜電放電的損壞，更小的封裝尺寸和更高的電阻值會增加靜電引起損壞的可能性。這種少量的成分質量也使得薄膜電阻特別容易受到化學侵蝕，因次材料少量的損失或經過化學轉化從而導致失效。總的來說，薄膜/金屬膜電阻是需要精度和參數穩定性且成本適中的應用的首選技術。尤其是在表面貼裝封裝形式中，它們還因其低電感特性而備受青睞，并經常用于高速電路中。

圖6：表面貼裝封裝中的薄膜電阻示例（Panasonic 的ERA-3A系列）

金屬箔電阻

金屬箔電阻是由附著在絕緣基板上的相對較厚（幾微米或更多）的金屬箔制成的。在撰寫本文時，當需要精度和穩定性時，它們是首選技術，其公差可低至±0.005%，溫度系數低于1 PPM/°C。其他電阻的功耗等級為幾瓦或幾十瓦，同時隨時間和溫度保持極好的穩定性；此類電阻非常適合用于貿易相關的計量和其他應用，在這些應用中，在一系列條件下保持精度非常重要。

圖7：金屬箔電阻示例（Vishay的VHP100系列）

金屬氧化膜電阻

金屬氧化膜電阻是一種薄膜型電阻，其中電阻成分由某種金屬的氧化物而不是金屬本身形成。本質上，金屬氧化物是母體金屬再氧氣中燃燒殘留的產物，可以預見，這些材料相當耐高溫；因為很難點燃已經完全燃燒的東西……金屬氧化物電阻的主要優點來源于這種特性；與通常的碳膜和金屬膜電阻相比，它們具有更高的最高工作溫度和更好的脈沖負載處理特性。初始公差與碳膜產品中的公差相當，氧化膜產品提供較低的溫度系數；與氧化膜產品相比，金屬膜產品在這兩方面都有所改進。與碳基電阻相比，氧化膜電阻有望提供更好的噪聲特性，盡管不如金屬膜類型提供的那樣好。在額定功率為1 - 5瓦的通孔封裝中最常見的情況是，氧化膜技術通常用于產生10 MΩ及更高范圍內的非常高的電阻值，盡管可提供從小于1歐姆級到更高電阻值的全范圍產品。

圖8：金屬氧化膜電阻示例（Yageo的MFR系列）

厚膜電阻

厚膜電阻，其中電阻成分通過類似于絲網印刷的方法沉積在基板上。這種工藝的成本比薄膜沉積低，而且成分的厚度通常為幾十到幾百微米。雖然 “薄” 和 “厚” 薄膜產品之間的實際成分厚度可能會發生重疊，但沉積方法是區別的要素。

厚膜電阻中的成分所用的糊狀材料包含一種精細劃分的電阻材料和一種更具電絕緣特性的材料的混合物，經烘焙后，該材料固化成具有類似于碳化物電阻的導電網狀微結構的玻璃狀物質。材料的差異和使用熱熔合工藝代替有機粘合劑產生的電阻成分明顯低于碳化物電阻，且在參數上更穩定，但與許多其他電阻成分相比，仍然相對噪音大且對溫度敏感。然而，電阻成分的總質量往往比碳化物電阻小得多，因此厚膜電阻確實有可能對ESD和類似瞬態現象的損壞敏感，盡管它們可以提供遠高于碳化物電阻的最高工作溫度。為達到最終值而采用的修整方法和所用厚膜組合物的具體配方對終端電阻的穩健性有很大影響，通常比薄膜電阻的穩健性會差一點。厚膜電阻主要以表面貼裝形式存在，目前作為一種通用電阻占據主導地位，非常適合于需要較低成本（相對于薄膜電阻）且噪聲增加和穩定性要求不高的應用。例如，此類應用可能包括用于小型指示燈LED的鎮流器電阻或用于邏輯信號的上拉電阻。

圖9：厚膜電阻示例（Ohmite 的HVC系列）

繞線電阻

繞線電阻以繞線的方式構造，主要以通孔和底座安裝的形式存在。它們的特點是低電流噪聲、良好的短期過載耐受性，并且通常存在非常顯著的寄生電感，在某些產品中，寄生電感通過使用貼別的繞線配置來緩解。不同產品，公差和溫度系數各不相同；可以實現設計精度低于0.1%的公差和溫度系數為幾十PPM/°C的產品，盡管在撰寫本文時，多個可用產品的指定公差更接近1%和200PPM/°C或更低。

圖10: 2.5kW繞線電阻（TE的TE系列）

總結

電阻是電子電路中應用數量很多的元件，我們根據電路要求，選擇合適的電阻器來優化電路中調節和穩定電流與電壓，使設計在應用中獲得更精確可靠的結果。