常用电阻在精密电路中的应用

厚膜电阻

如前所述，受尺寸、体积和重量的影响，线绕电阻不可能采用晶片型。尽管精度低于线绕电阻，但由于具有更高的电阻密度 (高阻值/小尺寸) 且成本更低，厚膜电阻得到广泛使用。与薄膜电阻和金属箔电阻一样，厚膜电阻频响速度快，但在目前使用的电阻技术中，其噪声最高。虽然精度低于其他技术，但我们之所以在此讨论厚膜电阻技术，是由于其广泛应用于几乎每一种电路，包括高精密电路中精度要求不高的部分。

厚膜电阻依靠玻璃基体中粒子间的接触形成电阻。这些触点构成完整电阻，但工作中的热应变会中断接触。由于大部分情况下并联，厚膜电阻不会开路，但阻值会随着时间和温度持续增加。因此，与其他电阻技术相比，厚膜电阻稳定性差 (时间、温度和功率)。

由于结构中成串的电荷运动，粒状结构还会使厚膜电阻产生很高的噪声。给定尺寸下，电阻值越高，金属成份越少，噪声越高，稳定性越差。厚膜电阻结构中的玻璃成分在电阻加工过程中形成玻璃相保护层，因此厚膜电阻的抗湿性高于薄膜电阻。

金属箔电阻

将具有已知和可控特性的特种金属箔片敷在特殊陶瓷基片上，形成热机平衡力对于电阻成型是十分重要的。然后，采用超精密工艺光刻电阻电路。这种工艺将低 TCR、长期稳定性、无感抗、无 ESD 感应、低电容、快速热稳定性和低噪声等重要特性结合在一种电阻技术中。
这些功能有助于提高系统稳定性和可靠性，精度、稳定性和速度之间不必相互妥协。为获得精确电阻值，大金属箔晶片电阻可通过有选择地消除内在“短板”进行修整。当需要按已知增量加大电阻时，可以切割标记的区域 (图2)，逐步少量提高电阻。


图2

合金特性及其与基片之间的热机平衡力形成的标准温度系数，在0 °C 至 + 60 °C 范围内为 ± 1 ppm/°C (Z 箔为0.05 ppm/°C) (图3)。


图3

采用平箔时，并联电路设计可降低阻抗，电阻最大总阻抗为 0.08 uH。最大电容为 0.05 pF。1-kΩ 电阻设置时间在 100 MHZ以下小于 1 ns。上升时间取决于电阻值，但较高和较低电阻值相对于中间值仅略有下降。没有振铃噪声对于高速切换电路是十分重要的，例如信号转换。

100 MHZ 频率下，1-kΩ 大金属箔电阻直流电阻与其交流电阻的对比可用以下公式表示：

交流电阻/直流电阻 = 1.001


图4: 大金属箔电阻结构

金属箔技术全面组合了高度理想的、过去达不到的电阻特性，包括低温度系数(0 °C 至 + 60 °C 为 0.05 ppm/°C)，误差达到 ± 0.005 % (采用密封时低至 ± 0.001 %)，负载寿命稳定性在 70 °C，额定加电2000小时的情况下达到 ± 0.005 % (50 ppm)，电阻间一致性在 0 °C 至 + 60 °C 时为 0.1 ppm/°C，抗 ESD 高达 25 kV。

性能要求

当然并非每位设计师的电路都需要全部高性能参数。技术规格相当差的电阻同样可以用于大量应用中，这方面的问题分为四类：
(1) 现有应用可以利用大金属箔电阻的全部性能升级。
(2) 现有应用需要一个或多个，但并非全部“行业最佳”性能参数。
(3) 先进的电路只有利用精密电阻改进的技术规格才能开发。
(4) 有目的地提前计划使用精密电阻满足今后升级要求 (例如，利用电阻而不是有源器件保持电路精度，从而节省成本，否则仅仅为了略微提高性能则要显著增加成本)。

例如，在第二 (2) 类情况下，一个参数必须根据所有参数的经济性加以权衡。与采用全面优异性能的电阻相比，这样可以节省成本，因为不需要调整电路 (及组装相关组件的成本)。主要通过电阻而不是有源器件提高精度也可以节省成本，因为有源器件略微提高一点性能所需的成本要比电阻高的多。另一个问题是：“利用高性能电阻提高设备性能是否可以提高市场的市场占有率?”

作者:Yuval Hernik
应用工程部总监
Yuval Hernik 毕业于 Technion (以色列理工学院) 电子工程系。自2008年以来，一直担任 Vishay Precision Group 大金属箔电阻应用工程部总监。