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到所需電阻和初始特性。精密線繞電阻 ESD 穩定性更高,噪聲低于薄膜或厚膜電阻。線繞電阻還具有 TCR 低、穩定性高的特點。
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 在限定溫度范圍內可以達到 ± 2 ppm/°C 。
線繞電阻加工過程中,電阻絲內表面 (靠近線軸一側) 收縮,而外表面拉伸。這道工藝產生永久變形 — 相對于彈性變形或可逆變形,必須對電阻絲進行退火。永久性機械變化 (不可預測) 會造成電阻絲和電阻電氣參數任意變化。因此,電阻元件電性能參數存在很大的不確定性。
由于線圈結構,線繞電阻成為電感器,圈數附近會產生線圈間電容。為提高使用中的響應速度,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也不同—機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特性,因此它們的工作穩定性不一樣,設計的電阻比在設備生命周期中會發生很大變化。TCR 特性和比率對于高精度電路極為重要。
傳統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生的各種應力。固定過程中,軸向引線往往采用拉緊工藝,通過機械力加壓封裝。這兩種方法會改變電阻,無論加電或不加電。從長期角度看,由于電阻絲調整為新的形狀,線繞元件會發生物理變化。
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 (采用真空或濺射工藝)。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,薄膜電阻更為經濟并節省空間。
它們具有最佳溫度敏感沉積層厚度,但最佳薄膜厚度產生的電阻值嚴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現不同的電阻值范圍。薄膜電阻的穩定性受溫度上升的影響。薄膜電阻穩定性的老化過程因實現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是可變的。這種化學/機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,產生的化學腐蝕會在低壓直流應用幾小時內造成薄膜電阻開路。改變最佳薄膜厚度會嚴重影響 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中,其噪聲最高。雖然精度低于其他技術,但我們之所以在此討論厚膜電阻技術,是由于其廣泛應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。這些觸點構成完整電阻,但工作中的熱應變會中斷接觸。由于大部分情況下并聯,厚膜電阻不會開路,但阻值會隨著時間和溫度持續增加。因此,與其他電阻技術相比,厚膜電阻穩定性差 (時間、溫度和功率)。
由于結構中成串的電荷運動,粒狀結構還會使厚膜電阻產生很高的噪聲。給定尺寸下,電阻值越高,金屬成份越少,噪聲越高,穩定性越差。厚膜電阻結構中的玻璃成分在電阻加工過程中形成玻璃相保護層,因此厚膜電阻的抗濕性高于薄膜電阻。