功率电子器件知识基础 一、功率电子器件及其应用要求 功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等 功率电子设备。这些设备都是自动化系统中必不可少的，因此，我们 了解它们是必要的。 近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了功率电子器件的制造 工艺的研究和发展，功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝 多元化发展，性能也越来越改善。 大致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面： （1）器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。以开关电源为 例，采用双极型晶体管时，速度可以到几十千赫；使用 MOSFET 和 IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振技术的开关电源，则可以达到兆 赫以上。 （2）通态压降（正向压降）降低。这可以减少器件损耗，有利于提高 速度，减小器件体积。 （3）电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾， 目前最大电流控制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替 代可控硅。 （4）额定电压：耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数， 特别对电力系统，这显得非常重要。 （5）温度与功耗。这是一个综合性的参数，它制约了电流能力、开关 速度等能力的提高。目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率 器件的品质，二是改进控制技术来降低器件功耗，比如谐振式开关电源。 总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特 定场合，仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动化场 合，功率电子器件已越来越多地使用 MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。 二、功率电子器件概览 1、整流二极管： 二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等。 目前比较多地使用如下三种选择： （1）高效快速恢复二极管。压降 ，适合小功率，12V 左右电源。 （2）高效超快速二极管。，适合小功率，12V 左右电 源。 （3）肖特基势垒整流二极管 SBD。，适合 5V 等低压电源。 缺点是其电阻和耐压的平方成正比，所以耐压低（200V 以下）， 反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通态压降低。目前 SBD 的研究前沿，已经超过 1 万伏。 2、大功率晶体管 GTR 分为： 单管形式。电流系数：10-30。 双管形式——达林顿管。 电流倍数：100-1000。饱和压降大，速度慢。 实际比较常用的是达林顿模块，它把 GTR、续流二极管、辅助电 路做到一个模块内。在较早期的功率电子设备中，比较多地使用 了这种器件。下图是这种器件的内部典型结构。 图：达林顿模块电路典型结构 两个二极管左侧是加速二极管，右侧为续流二极管。加速二极管 的原理是引进了电流串联正反馈，达到加速的目的。 这种器件的制造水平是 1800V/800A/2KHz、600V/3A/100KHz 左右（参考）。 3、可控硅 SCR 可控硅在大电流、高耐压场合还是必须的，但在常规工业控制的低压、 中小电流控制中，已逐步被新型器件取代。目前的研制水平在 12KV/8000A 左右（参考）。由于可控硅换流电路复杂，逐步开发了 门极关断晶闸管 GTO。制造水平达到 8KV/8KA，频率为 1KHz 左右。 无论是 SCR 还是 GTO，控制电路都过于复杂，特别是需要庞大的吸收 电路。而且，速度低，因此限制了它的应用范围拓宽。 集成门极换流晶闸管 IGCT 和 MOS 关断晶闸管之类的器件在控制门极 前使用了 MOS栅，从而达到硬关断能力。 4、功率 MOSFET 又叫功率场效应管或者功率场控晶体管。其特点是驱动功率小，速度高， 安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐 压和降低高压阻抗困难。适合低压 100V 以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右（参考）。商业化的产品达到 60V/200A/2MHz、500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。 5、IGBT 又叫绝缘栅双极型晶体管。这种器件的特点是集 MOSFET 与 GTR 的 优点于一身。输入阻抗高，速度快，热稳定性好。通态电压低，耐压高， 电流大。目前这种器件的两个方向：一是朝大功率，二是朝高速度发展。 大功率 IGBT 模块达到 1200-1800A/1800-3300V 的水平（参考）。 速度在中等电压区域（370-600V），可达到 150-180KHz。它的电流 密度比 MOSFET 大，芯片面积只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET 低。尽管电力电子器件发展过程远比我们现在描述的复杂， 但是MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 已经成为现代功率电子器件的主 流。因此，我们下面的重点也是这两种器件。 三、功率场效应管 MOSFET 功率场效应管又叫功率场控晶体管。 1、原理： 实际上，功率场效应管也分结型、绝缘栅型。但通常指后者中的 MOS 管，即 MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）。 它又分为 N 沟道、P 沟道两种。器件符号如下： 图 ：MOSFET 的图形符号 MOS 器件的电极分别为栅极 G、漏极 D、源极 S。 和普通 MOS 管一样，它也有： 耗尽型：栅极电压为零时，即存在导电沟道。无论 VGS正负都起 控制作用。 增强型：需要正偏置栅极电压，才生成导电沟道。达到饱和前， VGS正偏越大，IDS 越大。 一般使用的功率 MOSFET 多数是 N 沟道增强型。而且不同于一 般小功率 MOS 管的横向导电结构，使用了垂直导电结构，从而 提高了耐压、电流能力，因此又叫 VMOSFET。 2、特点： 这种器件的特点是输入绝缘电阻大（1 万兆欧以上），栅极电流 基本为零。 驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电 压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V 以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右（参考）。 其速度可以达到几百 KHz，使用谐振技术可以达到兆级。 3、参数与器件特性： 无载流子注入，速度取决于器件的电容充放电时间，与工作温度 关系不大，故热稳定性好。 （1） 转移特性： ID随 UGS变化的曲线，成为转移特性。从下图可以看到，随着 UGS的上升，跨导将越来越高。 图 ：MOSFET 的转移特性 （2）输出特性（漏极特性）： 输出特性反应了漏极电流随 VDS变化的规律。这个特性和 VGS又 有关联。下图反映了这种规律。图中，爬坡段是非饱和区，水平 段为饱和区，靠近横轴附近为截止区，这点和 GTR 有区别。 图 ：MOSFET 的输出特性 VGS=0 时的饱和电流称为饱和漏电流 IDSS。 （3）通态电阻 Ron： 通态电阻是器件的一个重要参数，决定了电路输出电压幅度和损 耗。该参数随温度上升线性增加。而且 VGS增加，通态电阻减小。 （4）跨导： MOSFET 的增益特性称为跨导。定义为：Gfs=ΔID/ΔVGS 显然，这个数值越大越好，它反映了管子的栅极控制能力。 （5）栅极阈值电压 栅极阈值电压 VGS是指开始有规定的漏极电流（1mA）时的最低 栅极电压。它具有负温度系数，结温每增加 45 度，阈值电压下 降 10%。 （6）电容 MOSFET 的一个明显特点是三个极间存在比较明显的寄生电容，这些 电容对开关速度有一定影响。偏置电压高时，电容效应也加大，因此 对高压电子系统会有一定影响。 有些资料给出栅极电荷特性图，可以用于估算电容的影响。以栅源极 为例，其特性如下： 可以看到：器件开通延迟时间内，电荷积聚较慢。随着电压增加，电 荷快速上升，对应着管子开通时间。最后，当电压增加到一定程度后， 电荷增加再次变慢，此时管子已经导通。 （7）正向偏置安全工作区及主要参数 MOSFET 和双极型晶体管一样，也有它的安全工作区。不同的是，它 的安全工作区是由四根线围成的。 最大漏极电流 IDM：这个参数反应了器件的电流驱动能力。 最大漏源极电压 VDSM：它由器件的反向击穿电压决定。 最大漏极功耗 PDM：它由管子允许的温升决定。 漏源通态电阻 Ron：这是 MOSFET 必须考虑的一个参数，通态电阻 过高，会影响输出效率，增加损耗。所以，要根据使用要求加以限制。 图：栅极电荷特性 图 ：正向偏置安全工作区 四、绝缘栅双极晶体管 IGBT 又叫绝缘栅双极型晶体管。 1、原理： 该器件符号如下： 图：IGBT 的图形符号 注意，它的三个电极分别为门极 G、集电极 C、发射极 E。 图 ：IGBT 的等效电路图 上面给出了该器件的等效电路图。实际上，它相当于把 MOS 管 和达林顿晶体管做到了一起。因而同时具备了 MOS 管、GTR 的 优点。 2、特点： 这种器件的特点是集 MOSFET 与 GTR 的优点于一身。输入阻抗 高，速度快，热稳定性好。通态电压低，耐压高，电流大。 它的电流密度比 MOSFET 大，芯片面积只有 MOSFET 的 40%。 但速度比 MOSFET 略低。 大功率 IGBT 模块达到 1200-1800A/1800-3300V 的水平（参 考）。速度在中等电压区域（370-600V），可达到 150180KHz。 3、参数与特性： （1）转移特性：这个特性和 MOSFET 极其类似，反映了管子的 控制能力。 （2）输出特性 它的三个区分别为： ⚫ 靠近横轴：正向阻断区，管子处于截止状态。 ⚫ 爬坡区：饱和区，随着负载电流 Ic 变化，UCE基本不变，即所谓 饱和状态。 ⚫ 水平段：有源区。 图 ：IGBT 的转移特性 图：IGBT 的输出特性 （3）通态电压 Von： 所谓通态电压，是指 IGBT 进入导通状态的管压降 VDS，这个电 压随 VGS上升而下降。 由上图可以看到，IGBT 通态电压在电流比较大时，Von 要小于 MOSFET。 MOSFET 的 Von 为正温度系数，IGBT 小电流为负温度系数，大 电流范围内为正温度系数。 图 ：IGBT 通态电压和 MOSFET 比较 图 ：IGBT 的功耗特性 （4）开关损耗： 常温下，IGBT 和 MOSFET 的关断损耗差不多。MOSFET 开关 损耗与温度关系不大，但IGBT 每增加 100 度，损耗增加 2 倍。 开通损耗 IGBT 平均比 MOSFET 略小，而且二者都对温度比较 敏感，且呈正温度系数。 两种器件的开关损耗和电流相关，电流越大，损耗越高。 （5）安全工作区与主要参数 ICM、UCEM、PCM： IGBT 的安全工作区是由电流 ICM、电压 UCEM、功耗 PCM包围的 区域。 最大集射极间电压 UCEM：取决于反向击穿电压的大小。 最大集电极功耗 PCM：取决于允许结温。 最大集电极电流 ICM：则受元件擎住效应限制。 所谓擎住效应问题：由于 IGBT 存在一个寄生的晶体管，当 IC 大 到一定程度，寄生晶体管导通，栅极失去控制作用。此时，漏电 流增大，造成功耗急剧增加，器件损坏。 安全工作区随着开关速度增加将减小。 （6）栅极偏置电压与电阻 IGBT 特性主要受栅极偏置控制，而且受浪涌电压影响。其 di/dt 明显和栅极偏置电压、电阻 Rg 相关，电压越高，di/dt 越大，电 阻越大，di/dt 越小。 而且，栅极电压和短路损坏时间关系也很大，栅极偏置电压越高， 短路损坏时间越短。 五、电阻定义和分类 定义：导体对于电流的阻碍作用叫做该导体的电阻，它是导体本身 的一种性质，通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆，简称Ω。 1、结构分类 按照结构电阻可以分为固定电阻器、可变电阻器以及特种电阻器， 他们具有不同的特性。 1）固定电阻器：就是在常规条件下阻值不变电阻器。 2）可变电阻器：也称为可调电阻器，可以通过旋钮或者其他物理方 式改变阻值大小。 3）特种电阻器：也称为敏感电阻器，指的是压敏电阻、热敏电阻、 光敏电阻等阻值对环境变化敏感的电阻器，适用于特殊的使用环境或 是检测设备中。下图为光敏电阻 2、外形分类 除了常见的方形片状贴片电阻和圆柱电阻，还有长条状的集成电阻、 管状的绕线电阻。 3、材料分类 这里就有讲究了，材料不同的电阻所对应的成本以及使用性能差异 很大。下面主要对这五种类型的电阻进行分析：碳膜、金属膜、金 属氧化膜、线绕电阻、SMT表贴电阻。 1）碳膜Carbon film resistor： 制作工艺：它是采用高温真空镀膜技术将碳紧密附在瓷棒表面形成 碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而 成的。碳膜的厚度决定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽来 控制电阻器。 特点：价格便宜，精度较低（±5%左右），稳定性好，阻值和功率 范围也比较宽，属于负温度系数电阻（温度升高，电阻减小）。 应用：不适用于高精度使用环境（运算放大器放大、DCDC电源分 压等等） 2）金属膜metal film resistor： 制作工艺：它是采用高温真空镀膜技术将镍铬或类似的合金紧密附在 瓷棒表面形成皮膜，加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封 保护而成。金属膜电阻可以调整它的材料成分、膜层厚度、刻槽来调 整阻值。特点：体积小，噪声低，稳定性好，经常作为精密和高稳定 性的电阻器使用。应用：用在绝大多数的家电、无线通讯设备、仪器 仪表中，亦用于高精度要求下的军事航天等领域，应用非常普遍。 3）金属氧化膜Metal oxide film resistor： 制作工艺：它是采用特种金属或合金作电阻材料，用真空蒸发或溅 射的方法，在陶瓷或玻璃基本上形成氧化的电阻膜层的电阻器。 金属氧化膜电阻也可以调整它的材料成分、膜层厚度、刻槽来调整 阻值。特点：耐热性、噪声电势、温度系数、电压系数等电性能比 碳膜电阻器优良。应用：广泛应用在电力自动化的控制设备中，可 以很好的保证仪器长期在高温环境中工作的安全性。 4）线绕电阻： 制作工艺：线绕电阻器是用电阻丝绕在绝缘骨架上构成的。电阻丝 一般采用具有一定电阻率的镍铬、锰铜等合金制成。绝缘骨架是由 陶瓷、塑料、涂覆绝缘层的金属等材料制成管形、扁形等各种形状。 电阻丝在骨架上根据需要可以绕制一层，也可绕制多层，或采用无 感绕法等特点：表面涂覆耐高温涂料，功率大，温度系数小；短时 间超负载能力强，阻值常年无变化；可以选用无感型绕制（选用无 磁性的材料和特殊绕制方法减少线绕电阻电感量，接近理想电路） 通常用于精密仪表、电讯仪器、电子设备等交直流电路中作分压、 降压、分流及负载电阻使用。无感线绕电阻可以用于中高频电路。 5）SMD表贴电阻： 制作工艺：是金属玻璃釉电阻器中的一种。是将金属粉和玻璃釉粉 混合，采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器。 特点：耐潮湿和高温，温度系数小，抗干扰性能强，高频特性好。 可大大节约电路空间成本，使设计更精细化。广泛应用于计算机、 手机、电子辞典、医疗电子产品、摄录机、电子电度表等设备中。 4、用途分类 材料的划分是确定一个大方向上的电阻的选择，而对于实际的应用 环境应选择不同类型的电阻，这种划分更为细致，也是我们在进行 选择时候的一种重要的参考依据。下表分别说明其技术指标和推荐 应用： 电阻类型 技术要求指标 推荐应用或限制条件 普通型 阻值范围：0-20MΩ； 精度：±5%-±20%； 用于要求一般；成本控制 条件 精密型 功率范围：<2W； 阻值范围：0-20MΩ； 精度：±%-±2% 稳定性强；适用于精密放 大电路以及等高要求电路 功率型 功率范围：2W-200W； 阻值范围：-1MΩ； 精度±5%-±20%； 绕线电阻为主，不适用于 高频；适用于大功率磁场 恶劣的使用环境 高压型 耐压值范围：1-100KV，max=35GV； 功率范围:-100W;阻值范围 用于高压装置 高阻型 阻值范围：10MΩ-10^14Ω 高频型 （无感电 阻） 电感量极小；阻值范围：<1KΩ； 功率范围：max=100W； 频率10Mhz以上电路 集成电阻 多电阻集成在一起；体积小 多用于小型化电子仪器中 使用；做统一的上位电阻 或阻抗匹配； 六、电阻的电路模型 上一章节讲解了电阻的外部特性以及分类，这一章我们来看看电阻 的内部特点，没错，就是它的电路模型是什么样的。 1、基本概念：单位为欧姆Ω（George Ohm）。 2、欧姆定律：根据欧姆定律，我们可以得到电阻的定义公式和决定 公式，其中定义公式为电阻在电路中计算公式。 决定公式是电阻被制造出来特性，与电阻的长度、横截面积以及材 料均有关系。可以得到电阻定义公式为： 其中U为加在电阻两端的电压；I为通过电阻两端的电流。而电阻的 决定公式为： 其中ρ为电阻的电阻率，由其本身材质决定；L表示为电阻的长度， S表示电阻的横截面积； 3、电阻高频等效模型 这一小节的内容才是我们在做高速设计中电阻应用的重点环节。 刚才也有提到，绕线电阻由于引线电感过大导致不适合在高频等效 电路中应用，那么什么样的电阻才适用在高频电路呢？ 就是SMD贴片电阻，也是我们在高密度多层板设计中所用的电阻， 这种电阻也分为薄膜电阻和厚膜电阻，这个我们会在后续内容中涉 及到。不同于低频的电阻只是单一R，下图为电阻的高频等效电路： 其中两边的L为两个金属引脚的电感；电容Ca为电阻内部的寄生电 容；Cb为两个金属引脚间的寄生电容（贴片电阻往往比较小，可忽 略）。这里特别要注意封装尺寸和内部寄生电容的关系，通常来说 较小的SMD封装的寄生参数也较小。这也是除了减小体积之外，手 机中已经开始用0201以及01005这种封装的电阻器件的一部分原因。 七、电阻常规指标 说完了电阻的内外表现形式，这里对应用的比较广泛一些基本指标 进行描述，主要是用于对电阻阻值、精度、功率、电压等等选型中 使用。这里的参数具体包括七种：阻值和精度、额定功率、额定电 压、温度系数、非线性度、噪声系数以及可靠性和失效特性。 1、阻值和精度 阻值的确定是存在一个标准的阻值表，这个组织表是美国电子工业 协会定义了一个标准电阻值系统，并不是所有的电阻阻值都有，建 议在进行电阻首先查阅一下这个表格，然后没有的阻值使用两个电 阻拼一下即可。首先，我们经常看到的E系列对应的精度是这样的： 标称系列 E6 E12 E24 E48 E96 E192 精度 ±20% ±10% ±5% ±2% ±1% ±% 其中不同E的值对应的精度不同，在这个精度下所拥有的阻值是不 同的，对应阻值的公式为： 下面拿E6举例说明计算方法： 步骤一：按照公式计算E6的公比为： 步骤二：根据公比可以计算出基本数为1、、（^2）、 、、。 步骤三：根据得到的基本数，将基本系数×10^n（n为整数），即 可得到具体的电阻数值。 因为误差比较大，所以E6对应的阻值比较少，误差越小对应拥有的 阻值就越多。这个也好理解，比如100Ω，E6误差的话100Ω误差 范围就是80~120Ω，弄个90Ω也没多少意思，所以下一个电阻阻 值直接就是150Ω了。 读数问题是个老问题，这里简单介绍色环法和直接读数方法（贴 片）：色环法如下图所示，上面4色环对应的为22×1=22欧姆，精 度±5%（金色）。下面5色环对应470×=47Ω，精度±1%。 贴片电阻在实际使用过程以3位为主，大家很容易就能通过下面例子 理解读数方法。 实际标注 算法 实际值 100 100=10*100=10*1=10 10Ω 181 181=18*101=18*10=180 180Ω 272 272=27*102=27*100= Ω 333 333=33*103=33*1000=33K 33KΩ 434 434=43*104=43*10000=430K 430KΩ 565 565=56*105=56*100000= Ω 206 206=20*106=20*1000000=20M 20MΩ 遇到这种问题我们必须要采取措施，就四个字：“降额使用”，差 不多60%就可以了。如下功率温度曲线图所示，当温度超过70度时， 电阻的实际额定功率会急剧下降，因此，实际使用中应注意的降额 标准为：当环境温度70度以下时，降额为60%使用；当环境温度超 过70度时，按照图中的实际工作温度下额定功率等比例降额使用。 此时的70度代指额定温度。 2、额定功率 所谓电阻的额定功率，指的就是长期工作不损坏，并且能够保证性能 稳定工作的最大功率。 如果换算成显卡那就是别超频，否则就容易损毁或是寿命减少，这也 是矿卡不推荐购买的主要原因。 下图很明显就是电阻被烧坏的现象。 3、额定电压 同额定功率一样，电阻的额定电压指的是电阻在两端所加电压下能 够长时间工作不损坏电阻的电压值，这里我找到一份超棒的降额表 格，分享给大家，一图顶千言。 其中Pr为额定功率；T为实际工作温度；Ts为额定环境温度，也就是 功率温度曲线图中的70度；Tmax对应最大工作温度，对应功率温度 曲线图中的150度的点；Pm为峰值脉冲功率；Ur是额定工作电压； Um是峰值脉冲电压。 注意事项：[1]：电阻上存在不超过1s的脉冲负荷时要同时满足瞬态 降额要求。脉冲大于1s时仍然按照稳态降额评估。[2]：电阻降额需 要同时满足功率、电压和温度的降额要求。 4、温度系数 定义：电阻温度系数（temperature coefficient of resistance 简 称TCR）表示电阻当温度改变1摄氏度时，电阻值的相对变化，单位 为ppm/℃。 分类：负温度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻值会发生 突变的临界温度系数。 为什么温度会对电阻值造成影响？ 因为温度影响电阻率的温度系数，绝大多数金属材料电阻率温度系 数约等于千分之四，比如常见的银铜金铝。 少数类似康铜、锰铜材料电阻率温度系数极小，可以被用来制造精 密电阻元件（康铜丝做采样电阻也是这个原因）。 正温度系数：PTC（Positive Temperature Coefficient），热敏电 阻就是这个原理，用来做自恢复保险丝限流保护电路，温度升高， 阻值增大。金属为主要材料。 负温度系数：NTC（Negative Temperature Coefficient），用于 测温、控温以及温度补偿等方面。 金属氧化物为主要材料，寿命是其重要性能指标。 5、非线性度 定义：电阻两端的电压与通过它的电流不是线性关系，称为非线性 电阻。如下图所示，a为线性电阻，b、c均为非线性电阻。 但是实际使用中即使是线性电阻也没有如此理想化的线性关系，因 为随着电流增加，电阻温度会升高，进而影响阻值大小。 金属电阻相对线性度较好，非金属相对线性度较差，这是由于材料 特性导致的。 6、噪声系数 电路的固有噪声包括热噪声和电流噪声。热噪声主要是由于温度引 起，电阻通电发热，内部的电流导子产生无规则的运动，使电流的 定向流动产生起伏变化，进而形成了热噪声电流。热噪声具体可以 表示为： 其中R是电阻的固定阻值；T是绝对温度；B为频率带宽；k是玻尔兹 曼常数，约为^(-23)；热噪声作为电阻的本征噪声，无法避 免和消除，因此在信号检测精度较高时，一定要选用高精密电阻器。 过剩噪声主要是材料问题，当电流在通过电阻时，电阻薄膜并不均 匀，电流不能均匀的流经电阻的每一个区域，当某个区域较为密集 时，就会产生过剩噪声。也就是说：电阻的过剩噪声同电阻阻值、 流过电流以及电流强度相关。 解决办法：①进行电阻散热设计，减少热噪声。②选用固有噪声小 的电阻材质。 固有噪声（前面的特性优于后面的）：线绕、金属氧化膜、金属膜、 碳膜、玻璃釉、合成膜、合成实心 7、可靠性和失效特性 电阻器是具有使用寿命的，而且在长时间使用过程中阻值也会发生 变化，具体原因是无定型结构具有结晶化趋势，通常认为温度每增 高10°，寿命缩短一半。额定电压和功率下，电阻具有较长的使用 寿命，估计值为10万+小时。 在导致失效的物理、化学、热力学等过程中，电阻的失效模式和失 效机理：①开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或者大面积脱落，整 体断裂。②阻值精度偏移：受外界影响导致电阻膜故障，电阻阻值 偏移超出规格。③引线断裂：由于焊接等工艺缺陷导致焊点污染， 机械应力损伤。④短路。 轻则影响电路检测精度，重则导致电路烧毁，危及安全，因此请尽 量选用有质量保证的品牌电阻，避免影响产品质量。 八、电阻高频特性 讲完了常规特性指标，我们来一起看看电阻在高频状态下表现吧： 没错，还是这张经典的图，这是一个1KΩ的电阻。 低频时阻抗为R，当频率大约10MHz时，阻抗开始下降，此时如 章节所示，寄生电容的影响成为主要影响，引起阻抗的持续下 降。当频率继续下降到谐振频率时，引线电感成为主要影响，总阻 抗上升。引线电感在高频下代表开路和无限大阻抗。 九、应用关键点 1、电阻器选型：根据实际情况进行选择。 选择要求 电阻特点 低频电路 绕线电阻，碳膜电阻 高频电路 分布参数小：金属膜、金属氧化膜、高频贴片 普通电路 退耦电路、滤波电路 高精度电路 稳定性要求高，低温漂：功率放大、电源分压、采样电阻、 偏置电路、时间常数RC电路 普通电路 退耦电路、滤波电路 2、薄膜电阻和厚膜电阻：这两种是在贴片电阻选择中最常见到的， 下面就是它们的指标特性分析。 指标特性 薄膜电阻 厚膜电阻 制造工艺 真空蒸发、磁控溅射 丝网印刷 结构特点 一字交叉型，膜厚1µm L型，膜厚大于10µm 发热特点 均匀发热 局部发热 温度系数 低 高 精度 高 低 电流噪声 小 大 购买价格 %，%，1% 10%，5%，1% 脉冲负载 能力差 能力强 应用 医疗器械、电子产品 一般要求 3、特种电阻 电阻类型 电阻特点 热敏电阻 阻值随温度变化。注意参数：最高工作温度、温度系数、NTC＆ PTC、额定电压和功率、阻值 光敏电阻 温度随光强变化。注意分类：可见光、红外光、紫外光等等 压敏电阻 阻值随压力变化。作用：抑制浪涌和电压波动。注意：至少为额 定电压倍以上，温度系数、老化系数和寿命。失效特点：开路 或燃烧。 湿敏电阻 温度随湿度变化。注意参数：检测精度、湿度系数、响应速度、 量程 无感电阻 使用于精密仪器 幻灯片 1 幻灯片 2 幻灯片 3 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