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详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

嘉峪检测网        2019-10-09 09:36

电阻可靠性相关的特性有?#20309;?#24230;系数、额定功率、额定电压、固?#24615;?#22768;、 寿命预估。

 

温度系数

 

 

电阻温度系数(temperature coefficient of resistance 简称TCR)表示电阻当温度改变1度时,电阻值的相对变化,单位为ppm/℃(即10E(-6)/℃)。

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

实际应用时,通常采用平均电阻温度系数,定义式:TCR(平均)=(R2-R1)/R1(T2-T1)

 

有?#20309;?#24230;系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻只会发生突变的临界温度系数。紫铜的电阻温度系数为1/234.5℃。

 

不同类型电阻温度稳定性从优到次,?#26469;?#20026;:金属箔、线绕、金属膜、金属氧化膜、碳膜、有机实芯。

 

1。?#24179;?#24182;不是为了减小电阻,而是因为金的化学性质非常稳定,不容易氧化,接头上?#24179;?#26159;为了防止接触不良(不是因为金的导电能力比铜好)。 

2。众所周知,银的电阻率最小,在所有金属中,它的导电能力是最好的。 

3。不要以为?#24179;?#25110;镀银的板子就好,良好的电路设计和PCB的设计,比?#24179;?#25110;镀银对电路性能的影响更大。 

4。导电能力银好于铜,铜好于金!现在贴上常见金属的电阻率及其温度系数: 

物质 温度t/℃ 电阻率 电阻温度系数aR/℃-1  

 

物质

温度 t/℃

电阻率 Ω.m

电阻温度系数Ω/℃-1

20

1.586

0.0038(20℃)

20

1.678

0.00393(20℃)

20

2.40

0.00324(20℃)

20

2.6548

0.00429(20℃)

0

3.91

0.00416(0℃)

20

4.0

0.025(20℃)

20

4.45

0.0165(20℃)

0

5.2

 

20

5.3

0.003925(0℃~100℃)

27

5.65

 

20

5.196

0.00419(0℃~100℃)

20

6.64

0.00604(0℃~100℃)

20

6.84

0.0069(0℃~100℃)

0

6.83

0.0042(0℃~100℃)

20

8.37

 

20

9.71

0.00651(20℃)

20

10.6

0.00374(0℃~60℃)

0

11.0

0.0047(0℃~100℃)

20

12.5

 

0

12.9

0.003(0℃~100℃)

20

17.4

 

0

18.0

 

20

20

 

20

20.684

(0.0037620℃~40℃)

0

39.0

 

20

42.0

 

50

98.4

 

23~100

185.0

 

 

电阻的额定功率

 

 

贴片电阻目前最为常见封装有10种,同时也用两种尺寸代码来表示。一种尺寸代码是由EIA(美国电子工业协会)代码,另一种前两位与后两位分别表示电阻的长与宽,以英寸为单位。比如?#20309;?#20204;常说的0603封装就是指英制代码。另一种1608是公制代码,也由4位数字表示,其单位为毫米。

  

贴片电阻封装表示法以及对应功率?#31361;?#32463;常弄错,我们为了让?#31361;?#26356;加快速便捷的查询。为此我们将贴片电阻封装英制和公制的关系及详细的尺寸和对应功率制定成表格以便查询。

英制

公制

功率

长:L(mm)

宽:W(mm)

高:T(mm)

正电极(mm)

背电极(mm)

01005

0402

1/32W

0.40±0.03

0.20±0.03

0.13±0.05

0.10±0.05

0.10±0.05

0201

0603

1/20W

0.60±0.03

0.30±0.03

0.23±0.03

0.10±0.05

0.15±0.05

0402

1005

1/16W

1.00±0.10

0.50±0.05

0.35±0.05

0.20±0.10

0.25±0.10

0603

1608

1/10W

1.60±0.10

0.80±0.15

0.45±0.10

0.30±0.20

0.30±0.20

0805

2012

1/8W

2.00±0.15

1.25±0.15

0.55±0.10

0.45±0.20

0.40±0.20

1206

3216

1/4W

3.10±0.15

1.55±0.15

0.55±0.10

0.45±0.20

0.45±0.20

1210

3225

1/2W

3.10±0.10

2.60±0.15

0.55±0.10

0.50±0.25

0.50±0.20

1812

4832

1/2W

4.50±0.20

3.20±0.20

0.55±0.20

0.50±0.20

0.50±0.20

2010

5025

3/4W

5.00±0.10

2.50±0.15

0.55±0.10

0.60±0.25

0.50±0.20

2512

6432

1W

6.35±0.10

3.20±0.15

0.55±0.10

0.60±0.25

0.50±0.20

电阻器降额规范

 

稳态功率与瞬态功率

 

稳态功率

 

功率降额是在相应的工作温度下的降额,即是在元件符合曲线所规定环境温度下的功率的进一步降额,采用P=V²/R公式进行计算。

 

为了保证电阻器的正常工作,各种型号的电阻厂家都通过试验确定了相应的降功率曲线,因此在使用过程中,必须?#32454;?#25353;照降功率曲线使用电阻器。

 

当环境温度定于额定温度时(T<Ts)可以施加60%额定功率,不需要考虑温度降额。当环境温度高于额定温度的时候,需要考虑温度降额,应该进一步降额功耗使用,

 

P=PR(0.6+(Ts-T)/(Tmax-Ts))

PR是额定功耗;

T是环境温度;

Tmax是零功耗时最高环境温度。

 

瞬态功耗

 

不同厂家,电阻脉冲功耗和稳态功率的转换曲线不同,具体应用时,要查询转换缺陷,将瞬态功率转换为稳态功率,然后在此基础上降额。

 

厂家额定环境温度为70℃,低于这个温度的时候,直接按照60%进行降额。当超过这个温度的时候,额定曲线是一个斜线。降额曲线也按照,最大温度的降额为121℃,然后绘制一条红色的斜线,按?#25307;?#32447;进行降额。

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

瞬态降额 只要时间足?#27426;蹋?#30005;阻可以承受比额定功率大得多的瞬态功率。要参考厂家资料中的最高过负荷电压参数,再在此基础上降额。

 

瞬态功耗,又要按照单脉冲和多脉冲,分别进行讨论和分析。

 

单脉冲:

 

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

多脉冲:

 

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

 

1、合成型电阻器

 

1.1 概述

合成型电阻器件体积小,过负荷能力强,但它们的阻值稳定性差,热和电流噪声大,电压与温度系数较大。

 

合成型电阻器的主要降额参数是环境温度、功率和电压。

 

1.2 应用?#25913;?/span>

a) 合成型电阻为?#20309;?#24230;和负电压系数,?#23376;?#28903;坏。因此限制其电压是必须的。

 

b) 在潮湿环境?#29575;?#29992;的合成型电阻器,不宜过度降额。否则潮气不能挥发将可能使电阻器变质失效。

 

c) 热点温度过高可能导致合成型电阻器内部的电阻材料永久性损伤。

 

d) 为保证电路长期工作的可靠性, 电路设计应允许合成型电阻器有±15%的阻值容差。

 

1.3 降额准则

合成型电阻器的降额准则见下表。合成型电阻器降额准则

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2、薄膜型电阻器

 

2.1 概述

薄膜型电阻器按其结构,主要有金属氧化膜电阻器和金属膜电阻器两种。

 

薄膜型电阻器的高频特性好,电流噪声和非线性较小,阻值范围宽,温度系数小,性能稳定,是使用最广泛的一类电阻器。

 

薄膜型电阻器降额的主要参数是电压、功率?#31361;?#22659;温度。

 

2.2 应用?#25913;?/span>

a) 各种金属氧化膜电阻器在高频工作情况下, 阻值均会下降 (见元件相关详细规范) 。

 

b) 为保证电路长期工作的可靠性,设计应允许薄膜型电阻器有一定的阻值容差,金属膜电阻器为±2%,金属氧化膜电阻器为±4%,碳膜电阻器为±15%。

 

2.3 降额准则

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3、电阻网络

 

3.1 概述

电阻网络装配密度高,各元件间的匹配性能和跟踪温度系数好,对时间、温度的稳定性好。

 

电阻网络降额的主要参数是功率、电压?#31361;?#22659;温度。

 

3.2 应用?#25913;?/span>

为保证电路长期工作的可靠性,设计中应允许电阻网络有±2%的阻值容差。

 

3.3 降额准则

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

4、线绕电阻器

 

4.1 概述

线绕电阻器分精密型与功率型。线绕电阻器具有可靠性高、稳定性好、无非线性,以及电流噪声、温度和电压系数小的优点。

线绕电阻器降额的主要参数是功率、电压?#31361;?#22659;温度。

 

4.2 应用?#25913;?/span>

a) 在 II 级降额应用条件下,不采用绕线?#26412;?#23567;于 0.025mm 的电阻器。

b) 功率型线绕电阻器可以经受比稳态工作电压高得多的脉冲电压, 但在使用中应作相应的降额。

c) 功率型线绕电阻器的额定功率与电阻器底?#21487;⑷让?#31215;有关, 在降额设计中应考虑此因素。

d) 为保证电路长期工作的可靠性,设计应允许线绕电阻器有一定的阻值容差:精密型线绕电阻器为 ±0.4%;功率型线绕电阻器为 ±1.5%。

 

4.3 降额准则

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5、 ?#35753;?#30005;阻器

 

5.1 概述

敏电阻器具有很高的电阻—温度系数(正或负的)。

敏电阻器降额的主要参数是额定功率?#31361;?#22659;温度。

 

5.2 应用?#25913;?/span>

a) ?#20309;?#24230;系数型?#35753;?#30005;阻器,应采用限流电阻器,防止元件热失控。

b) 任何情况下,即使是短时间也不允许超过电阻器额定最大电流和功率。

c) 为保证电路长期可靠性的工作,设计应允许?#35753;?#30005;阻器阻值有±5%的容差。

 

额定电压:由阻值和额定功率换算出的电压。 

 

最高工作电压:允许的最大连续工作电压。在低气压工作时,最高工作电压?#31995;汀?nbsp;

 

老化系数:电阻器在额定功率长期负荷下,阻值相对变化的百分数,它是表示电阻器寿命长短的参数。 

 

电压系数:在规定的电压范围内,电压每变化1伏,电阻器的相对变化量。

 

噪声:产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏,包括热噪声和电流噪声两部分,热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动,使导体?#25105;飭降?#30340;电压不规则变化。

 

在高于绝对0°(-273℃或Ok)的任何温度下,物质中的电子都在?#20013;?#22320;热运动。由于其运动方向是随机的,任何短时电流都不相关,因此没有可检测?#38477;?#30005;流。但是连续的随机运动序列可以导致Johnson噪声或热噪声。电阻热噪声的幅度和其阻值有下列关系;

 

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

式中,Vn是噪声电压,以V为单位;Kb是玻尔兹曼常数,1.38×10(-23)J/K;T是温度,以K为单位;R是电阻,以Ω为单位;B是带宽,以Hz为单位。

  

在室温下,可简化为下面的表达式:

 

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 

图所示为电阻在25℃时,在50Ω终端电阻上产生的热噪声功率。

 

详解电阻可靠性相关参数,如何降额?

 图 热噪声和电阻的关系及电阻在25℃的热噪声

 

虽然该噪声电压和功率很低,如果该电阻在一个高增益的?#24615;綽瞬?#22120;中,噪声可能会很明显。噪声与温度和电阻值平方根成正比。

 

带宽越宽,总功率越大,因此即使dBm/Hz的功率幅度看上去很小,但给定带宽内的总功率也会很高。如果把V噪声使用详解电阻可靠性相关参数,如何降额?终端转换成功率,其中R终端是噪声终端电阻,然后乘以以Hz为单位的总带宽,则所得的整个带宽上的总噪声功率对低噪声应用可能是不可接受的。

 

对电阻寿命影响的因素


1.温度,温度过高可以很快使其烧毁
2.环境的酸碱度,直接腐蚀电阻导致其损坏
3.外力,超过一定的力的限度,电阻就会断裂
所以要是电阻寿命延长,散热要好,防止烧毁,环境要干燥,无污染物,避免外力作用。

 

电阻值大的电阻,寿命相对会长

 

1M欧的电阻阻值很高,在低压中使用时由于功率消耗少,工作环境影响甚微,一般寿命都很长,不需要特别注意(相对其他如电解电容等元件)。有问题大?#38469;?#22312;高压工作时产生的。


高压工作时,电阻的制造工艺、使用材质都有相当的要求.要考虑使用功率往往会用到最大的可能(电阻的安全功率值是实?#20351;?#20316;功率的两倍以上,有些产品设计不当,往往使用功率和电阻额定功率值过于接近);所以温度的耐受能力是最基本的要求。而?#24067;?#33033;冲电压和涌浪电流也会对电阻造成致命的打击,对于引脚焊接不良,绝缘制程有瑕疵的产品,不用多久就崩溃烧毁.正确使用的电阻,使用寿命在10万小时以上不成问题。


所以像1M欧这样的高阻值电阻是有区分高压和一般用途的.高压专用的电阻价格比一般电阻高数倍,不过电阻?#31449;?#26159;低价元件,而且在高压使用的电阻数量不是很多。对于高压大电流的场景,留有足够的降额设计,有效提高电阻的寿命。

 

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来源:中国智博库

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