使用精密箔电阻的10个技术理由
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从1962年物理学家 Felix Zandman博士发明第一颗箔电阻起，时间已经过去快六十年，Bulk Metal® Foil箔电阻科技在要求高精度，高稳定性，和高可靠性的应用方面仍然远远超越其他电阻科技，威士精密测量集团提供多种规格和包装的精密箔电阻产品，以满足各种应用需求。 2000年，威士精密测量集团实现了一项突破性的技术被称为Bulk Metal® Z-Foil箔电阻科技。基于这种革命性技术做出的箔电阻，在-55℃～ 125℃温度范围内、 25℃参考温度下，Z箔电阻具有±0.2 ppm/°C 典型TCR，并且在0℃～60℃温度范围内、 25℃参考温度下，Z箔电阻具有±0.05 ppm/°C 典型TCR，Z-Foil箔电阻科技比以前的箔电阻科技提供更高数量级的性能。温度系数越低，电阻越好。温度系数低的电阻，即使在环境温度的波动和它通电时候产生的自热影响下，仍能保持它原来的阻值。 凭借威士箔电阻全面的稳定性和可靠性优势，设计人员可以明显地减少电路的出错情况并且可以极大地提高电路的整体性能。 金属箔电阻科技允许威士箔电阻工厂生产以客户为导向而设计的产品，以满足设计人员具有挑战性的设计要求。 我们的应用工程部门可以提供专业的技术咨询和建议，如果您有特殊的定制要求，欢迎随时和我们取得联络。 主要特点 ● 温度系数(TCR) ±0.05 ppm/ºC 典型(0 ºC to 60 ºC, 25 ºC ref.) ±0.2 ppm/ºC 典型(-55 ºC to 125 ºC, 25 ºC ref.) ● 功率系数 “∆R 基于自身热量”: ±5 ppm 额定功率 ● 负载寿命稳定性: to ±0.005 % (50ppm) at 70 ºC, 10,000 小时，额定功率 ● 精度: to ±0.001 % (10 ppm) ● 阻值范围: 0.5 mΩ to 3.3 MΩ ● 静电放电负荷 (ESD) 至少25, 000 V ● 无感无容设计 ● 上升时间: 1 ns 无振铃 ● 热稳定时间< 1 sec (常规阻值的稳态值在10ppm以内) ● 电流噪声: 0.010 μV (RMS)/Volt 加载电压(< - 40 dB) ● 热EMF: 0.05 µV/ºC ● 电压系数: < 0.1 ppm/V 调阻操作每一步都精确地从细微的位置增加阻值，所以蚀刻区域保持其可靠性和无噪音， (如图4 和图 5) ● 无铅环保引脚，铅锡合金引脚或金引脚 箔电阻产品范围 ●● 表面贴装电阻, 模压电阻和网络电阻 ●● 功率电阻和电流检测电阻 ●● 符合军标可靠性认证 ( QPL, DSCC, EEE-INST-002, ESA, CECC) ●● 插件电阻 ●● 密封电阻 ●● 微调电位器 ●● 分压电阻和网络电阻 ●● 混合贴片电阻(可引线结合贴片电阻) ●● 高温电阻 (>220°C) 理由 1: 温度系数(TCR) “为何需要用非常低温度系数的电阻?” 这是在评估电路系统性能和成本的时候可能会问的一个问题。 答案是由于多个电路系统组合。以下页面讨论对精密模拟电路非常重要的金属箔电阻的10个不同的独立技术性能。当每一个性能被独立清晰地讨论时，很多电路要求这些性能的特定组合，通常，所有的性能会被要求在同一个电阻装置中测试。比如说，某个性能的测试要求使用一个运算放大器。 在运算放大器中，增益是由反馈电阻对输入电阻的比例确定的。不同放大器的共模抑制比是基于四个电阻的比例确定。在两种情况下，这些电阻比例的任何改变都会直接影响电路的性能。这些比例可能由于电阻不同的温度系数，在经历不同的加热影响而改变(无论是内部还是外部)。不同的环境温度变化跟踪，对不同的相位输入或者高频信号的响应时间，由于不同功率水平产生的微分焦耳加热， 超出设计寿命后阻值改变量的不同等等。所以我们很容易看到很多电路都依靠很多相关应用的稳定性能是很平常的情况。 — 所有都在同一时间，同一装置上。Bulk Metal® Foil 金属箔电阻科技是唯一一种在同一电阻装置中提供所有这些严密特性的电阻科技。低噪音是箔电阻科技固有的，可以适合低噪音要求的特殊应用场合。所有这些特性都是箔电阻科技固有的。并且所有箔电阻产品都自动地具有这些特性。 解决这些问题的方案就是使用低温度系数的电阻以保持使温度变化的影响降到最低。 初始温度系数 两个可预计的和相对的物理现象，电阻内部合金的合成结构和它的基质是Bulk Metal® Foil金属箔电阻获得低温度系数的关键因素。 金属箔电阻的温度系数通过匹配两种相反的作用效果来实现。- 由于温度的增加引起内部阻抗的增加 vs. 压缩- 阻抗的减小与同一温度增加相关。两种作用同时发生引起一个通常低的，可以预计的，可重复的，可控的温度系数结果。 由于威士精密集团的Bulk Metal® Foil 金属箔电阻设计，这种温度系数 TCR会自动实现，不用筛选，不用注意阻值或者制造日期 — 甚至是很多年以后! 改进的金属箔电阻Bulk Metal® Z-Foil 温度系数可以做到 ±0.2 ppm/°C 箔电阻科技每过几年就会进步，温度系数会有重大改进。 图 1 显示威士箔电阻工厂用于生产金属箔电阻的各种合金的典型温度系数特性。 初始的C合金展示的是在冷端部分是一条对温度负响应的的正斜率的弦，热端部分是一条对温度的正斜率的弦。
接下来是K合金，在冷端部分是一条对温度的负的弦的斜率，热端部分是一条对温度的正的弦的斜率。事实上，它提供了一条温度系数曲线近似C合金的一半。 最新的发展是Z合金和Z1合金箔电阻科技，突破了类似于K合金的箔技术，提供的温度系数曲线比C合金好很多倍，比K合金好五倍。 利用这种技术，可以做出非常低温飘的电阻，并且这种电阻对温度的反馈接近于零。 这种技术的发展的结果是，相对于以前的技术，以及其他电阻技术，这种技术极大地提高了电阻温飘性能。 典型温度系数TCR 箔电阻典型温飘被定义为阻值改变的相关曲线 vs 温度曲线(RT) curve, 单位为ppm/°C (百万分之一每摄氏度)。斜率定义在0 °C to 25 °C 和 25 °C to 60 °C (仪器温度范围); - 55°C to 25 °C 和 25 °C to 125 °C (军标范围)。 这些规定的温度和定义的典型温飘弦的斜率适用于所有阻值电阻包括低阻值电阻。注意，尽管如此 , 除了四脚的开尔文连接低阻值电阻，引脚阻值和关联温飘可能必须考虑。所有类型引脚阻值和温飘的测量是以引脚的1/2” 为参考点进行的。低阻值电阻的温飘预期增加值请和我们的应用工程部门联系。 跟踪温飘 “跟踪温飘” 是两个或者更多电阻的稳定性的比较。当超过一个电阻在同一个基质上时， (如图2)，假设是两个分立电阻，温飘跟踪比温飘更好描述同一批的不同科技制作的电阻阻值随温度的增加或者减少，阻值跟踪比率受外部热量的影响。 (如环境温度的上升或者临近的温度更高的元件) 也包括内部热量(由于功率损耗产生的自热)。在同一温度下，电阻可能经过筛选，具有好的温飘。但是变化是由于不同的内部温度不同(比如：功率损失不同) 或者不同的位置温度不同(比如，来自周围元件的不同热量) 会逐层地跟踪，并产生额外的温度-关联错误。因此在精密应用领域，低的绝对温飘是非常重要的。 最好的模拟设计将被用于低绝对TCR电阻的基础，因为它可以使得环境温度和自热温度对电阻的影响最小化。 这对于高温飘的电阻> 5 ppm/°C是不可能的。即使电阻具有很好的内部跟踪温飘小于2 ppm/°C。
理由 2： 电阻功率系数 (PCR) 电阻温飘TCR 通常会给出一个温度范围，这个温度范围是通过测量阻值在两种不同环境温度情况下获得: 室内温度和冷却空间温度或者是高温空间温度。阻值改变的比率和不同温度会产生一条斜率曲线∆R/R = f (T) 。 这个斜率通常表达为百万分之一每摄氏度T (ppm/°C)。在这种情况下，统一了测量阻值的温度标准.实际情况中，无论如何，电阻温度的上升也是一部分，由于电阻加载功率部分功率会浪费在产生自热 。根据焦耳效应，当电流通过电阻时，电阻会产生相关的热量，因此，对于精密电阻，独立的温飘TCR不能表示实际的阻值改变量，因此，另外一种参数被用于描述包含这种固有的电阻特性–阻值功率系数(PCR)。 功率系数(PCR )是表示每一百万分之一每瓦或者额定功率下的一百万分之一。Z-foil 金属箔功率电阻，额定功率下的功率系数PCR是5ppm典型值，或者4ppm每瓦典型值。例如：金属箔功率电阻，温飘 TCR 是 0.2 ppm/ºC 功率系数PCR 是4 ppm/W, 温度改变量50 ºC (从 25 ºC 到 75 ºC) 0.5 W 产生的∆R/R 是50 x 0.2 0.5 x 4 = 12 ppm 改变量。 理由 3: 热稳定性 电阻通电压后，产生自热。箔电阻低温飘和功率因素使自热对电阻影响最小。但是为了达到高精密的效果，电阻对环境条件改变或者其他刺激因素的快速响应也很必要 。当功率改变，人们希望电阻的值可以快速调整到稳定值。快速的热稳定性在一些应用中很重要。电阻必须根据内外因素的变化迅速达到稳定的标称值，并且偏差在几百万分之一的数量级。 多数的电阻科技可能花几分钟时间才可以达到它的热稳定状态，箔电阻可以立即达到稳定状态，并且在一秒钟以内，阻值偏差在几百万分之一的数量级内。电阻根据环境温度和功率的改变准确响应。电阻加功率后产生自热，引起电阻元素上产生机械应力结果导致逆温现象。不管怎样，箔电阻的性能都远远超过其他电阻科技。 (如图 3)
理由 4: 阻值精度 |
