电阻器面面观

电阻器

电阻器英语叫作Resistor,德语叫作Widerstand,都是“阻碍”的意思,指其具备抑制电流流动的作用。但其中并不包含电阻器能够充当将电流转换成电压、将电能转换成热能的转换器,且具备分压及分流功能、将多余的能量转换成热能的积极作用。电阻器只指代了众多功能中的一个。

电阻的单位为Ω

电学单位都是相关人名的第一个字母,例如Volt的V、Ampeare的A等。而Ohm的第一个字母为O,与零不易区分,因此用起来不太方便。所以使用希腊字母。希腊字母的O有发短音和发长音的2个字母。前者是O(奥密克戎),后者则是字母表的最后一个字母Ω(欧米伽)。“Ω”通常读作“欧米伽”,没有人会考虑其含义,“米伽”其实是形容词,表示发音比“密克戎”长。因此,Ohm先生在希腊语中写作Ωm,电阻的单位也就成了“Ω”。

片式电阻器占90%以上!

电阻器的类型五花八门。尽管还有功率用、高电压用等特殊类型,但进入2000年以后,片式电阻器占到了通用电阻器的90%以上。日本经济产业省的生产动态统计显示,2013年以后,固定电阻器的日本国内年产量仅片式电阻就达到了1,200亿个/年左右。
半导体的节能化和小型化,使印刷电路板的高密度贴装成为可能,推动了移动设备小型轻量化的发展。随着片式也逐渐成为无源元件的主流,电阻器始终冲锋在轻薄短小元件的最前列。从“1005(1.0×0.5mm)”到“0603(0.6×0.3mm)”,“0402(0.4×0.2mm)”规格最近也开始普及。而且,KOA还在开发终极规格“0201(0.25×0.125mm)”。

温度系数与热失控

电阻的温度系数是影响电路和设备设计方针的重要因素。
在纯金属中,电子是一边撞击晶格一边前进。温度升高后,晶格振动趋于活跃,电阻会增大。因此具备正温度系数。照明使用的电灯的亮度大致与功耗成正比(电压)×(电流)。因此,如果灯丝电阻相对于温度保持不变,施加电压变化10%,电流也会以相同的比例变化,亮度变化约为20%。但实际上,灯丝的非线性较大(电阻的温度系数较大),承受过大电压时,其电阻值会自动增大,阻碍电流增大,相反,电压降低后温度降低,其电阻会随之缩小,从而阻碍电流减少。也就是存在一些反馈,能够使亮度保持恒定。
如果以恒定电流驱动灯泡亮灯,会是什么样的情况?电阻随升温而增大,由于发热量增加,将形成电阻进一步增大的正反馈,灯丝立即被烧断。相反,向电阻值具备负温度系数的热敏电阻器施加恒定电压,如果不遵守额定值,电流将会因热失控而持续增加。
对于这些非线性的情况,应当予以注意。正温度系数的元件原则上采用恒定电压驱动,负温度系数的元件原则上采用恒定电流驱动。

高密度电阻器

集成密度最高的电阻器是什么?
一个是片式网络电阻器。这种电阻器在陶瓷基板上印刷数个到数十个电阻,并对其进行了内部连接,有助于削减大量使用贴片的数字线路的上拉、下拉电阻的贴装面积和贴装工时。除此之外,还有将封装形状改换为BGA(Ball Grid Array)来提高贴装密度的产品。因为与LSI的封装相容性较好,所以适用于PCI等微机设备的母线终端。
如果换一下角度,另一个冠军也许是热敏打印头。传真机中有1mm之内容纳8个元件的电阻发热体,B4尺寸排列的长度为25cm。如今还有密度加倍(16dot/mm)的A0尺寸用的无缝打印头,集成的电阻体远远超过了10000个元件。
从单体贴片到大型集成,电阻器的形态多种多样。

维护标准电阻器

KOA株式会社的品质保证中心(长野县)负责维护从低电阻到高电阻的各个范围的标准电阻器。维护不只是购买并持有好的电阻器。而是要定期到国家公立机构(例如日本品质保证机构)进行校正,长期对证明变化之小的证书进行归纳整理。本公司维护着2.5ppm的最高级别的标准电阻器,并以此为基准校正工厂的试验装置。工厂的测量值达到本公司标准电阻器、国家标准的标准,并与世界标准(IEC)相关联。这种关联性叫作可追溯性。
标准电阻器在23℃的油槽中油浸保存。为保持温度恒定,需要进行搅拌,在产生焦耳热的同时进行冷却。油槽的比热大,即使发生停电,温度也不会骤变。即使温度只改变一度,电阻值也会因加入了磁滞而使精度变差,因此要进行这样的管理。