如何制作一个πΩ的电阻，并尽可能精确? 第1页

俺家的万用表只有 7.5 位（特殊模式可以显示 8.5 位）。

附录

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

精密电阻器简介

什么是精密电阻？

精密电阻器是指在相同的电阻技术和安装方法下，在电阻精度、温度系数、负载寿命、长期稳定性等方面达到较高标准的电阻器。

精密电阻的长期稳定性是一个非常重要的指标，没有稳定性的高精度是没有意义的。

精密电阻器通常与高精度电阻器联系在一起。

这里"精度 "代表电阻值的准确性。

事实上，精度受到许多因素的影响，这些因素统称为 "应力"。

应力来自很多方面，如环境温度的变化、通电后电阻本身产生的自热、来自PCB的压力或张力、来自外部环境的水分、甚至腐蚀性气体，以及焊接、脉冲、过载、静电、辐射等。所有这些 "压力 "都会改变电阻的阻值，这也会影响电阻的阻值精度。

例如，

电阻器出厂时的精度是 ±0.01%，这可能要花费很多钱。

然而，经过几个月的储存或数百小时的负载，电阻的变化可能超过 ±300ppm或更多。

此外，虽然在进货检查时，电阻在标称的精度范围内，但在电阻焊接到PCB上后，会超出这个范围。

另外，诸如湿度、静电等都会对电阻值造成不可逆的变化。

应该强调的是，应首先考虑稳定性，片面追求高精度是不可取的。

那么什么是精密电阻呢？

答案是既有稳定性又有精度的电阻器。

-------------------------------------------------------------------------------------------------

精密电阻与普通电阻的区别

1. 材料性能的差异

在一定的温度范围内，精密电阻器的公差比普通电阻器小得多。

2. 实质上的差异

用于制造精密电阻的材料的温度稳定性要高于普通电阻。

例如，普通电阻器的温度公差为1%-5%，而精密电阻器的公差仅为0.1%或更低。

对公差的解释

例如，

如果一个电阻的精度为0.1%，实际上表示在正常温度下（如10℃-35℃），该电阻的所有公差应保证在1年内不超过0.1%），这实质上是一种组成公差。

3. 成本上的差异

由于精密电阻使用的材料具有较高的温度稳定性，所以其价格比普通电阻要高得多。

4. 数字模型的差异

普通电阻的标签上有3位数字，前两位是有效数字，后一位是功率。

例如：152表示15*102=1500欧姆。

精密电阻标有4位数字，前三位是有效数字，后一位是功率，

例如：1502表示150*102=15000欧姆。

5. 色环读数的差异

普通电阻和精密电阻的色环读数几乎相同。

普通电阻器的前两位数字是数字。

对于精密电阻来说，前三位是数字，第四环是乘的“幂”，第五轮是公差，

所以精密电阻也被称为五色环电阻。

6. 应用上的差异

与普通电阻相比，精密电阻的成本较高，所以主要用于信号转换的高精度电路、电桥电路、采样电路、精密分压电路等。

在电路中，电阻一般用于限流和分压。

在限流部分不需要考虑电阻的精度，而对于分压部分，有两种情况：

(1) 如果电压的精度对后续电路没有太大影响，则选择普通的分压电阻。

(2) 如果电压的精度对后续电路有很大影响。这里，分压电阻应该是高精度的。

简而言之，精密电阻可以代替普通电阻，但普通电阻不能代替精密电阻。

如果用普通电阻代替精密电阻，会造成实验或测试结果的差异。

三、精密电阻的分类

我们在使用精密电阻时，往往会考虑公差值，但前提是我们选择了一定技术及材料的精密电阻。

因此，精密电阻有三种类型：

金属膜精密电阻、绕线精密电阻和金属箔精密电阻。

1. 金属膜精密电阻

这种精密电阻精度高，但电阻温度系数和分布参数指标略低。它通常为圆柱形，主要用于通信设备、医疗电子设备、测试和测量设备、汽车电子、工业产品等。

2. 绕线型精密电阻

绕线型精密电阻是由康铜、锰或镍铬合金线绕在陶瓷骨架上制成。表面常涂有保护漆或玻璃釉，主要有两种类型：固定型和可调型。

这类电阻的包装材料有绝缘漆、硅树脂、涂层、陶瓷、铝壳等。大多数精密绕线电阻采用硅树脂包装，因为这种包装没有高温烧结过程，所以绕线材料的电气性能不会受到影响。

由于是在陶瓷骨架上绕制，这种电阻具有耐高温、热稳定性好、温度系数小、功率大、阻值精度高、温度系数指数高的特点，工作温度可达300℃。绕线型精密电阻一般为圆柱形、扁圆柱形和长方形，主要用于精密仪器、电子设备和其他交直流电路。

3. 金属箔精密电阻

将具有已知和可控特性的金属箔铺设在特殊的陶瓷基材上，然后采用超精密的光刻工艺来制作电阻电路。

这种工艺将低TCR、长期稳定性、无感性电抗、无ESD感应、低电容、快速热稳定性和低噪音等重要特性集于一身的电阻器技术。这种精密电阻的精度、温度系数和电阻值的分布参数都非常高。

此外，这种精密电阻往往呈方形或片状，广泛用于航空航天、海洋惯性导航、配电控制、精密测量等系统。它们还被用作电流和电压的比较标准，恒流和恒压电路元件，以及各种分流和分压比例网络。

值得注意的是，

精密电阻主要采用薄膜和金属箔技术。其中，金属箔电阻器的电气性能更为优异，可以实现几乎零的温度漂移和0.001%的精度。因此，与其他贴片电阻相比，其优势非常明显，被认为是最接近理想的电阻。正因为如此，它只用于较高端的产品或对电阻要求很苛刻的地方。

四、精密电阻器的主要参数

1. 准确度

准确度是来料检验的一个重要指标。

是否所有的精密电阻制造商在产品出厂前都会做100%的精度测试？

答案是否定的。尽管精密电阻有许多不同的工艺和材料，但几乎所有的精密电阻都需要进行调整以达到 "高精度"。

例如，在精密薄膜电阻器的表面进行激光修整，而精密铝箔电阻器则通过切削法（修剪）进行调整。

调整电阻的过程实际上是一个测量过程，但调整后的产品不是成品，它必须经过一些后续工序，如包装。

这个过程可能会影响到电阻器的电阻。

另外，测量仪器的精度和正确的测量方法也非常重要，特别是对于精度超过万分之一的精密电阻，以及毫欧姆电阻。常用的激光修剪

2. 温度偏移

在电阻的说明书中，我们经常看到只有一个温度漂移指标，如±5ppm/℃。

但在实际情况中，这个指标很可能并没有涵盖产品所要求的工作温度范围，也就是说，同一个电阻在不同的温度区间内，其温度偏移是不同的。

大多数精密电阻制造商的规格书都没有明确规定不同温度区间的温度漂移指数。

一个普遍的现象是，有些厂家在说明书中只选择整个工作温度范围内的最佳 "曲线 "作为温漂指标。

另一个事实是，

温度漂移指数在产品出厂前很难被100%测量。

测量的成本很高，而且准确的测量可能会对产品本身造成破坏。

例如，对于片式电阻器，一般建议在温度漂移测量之前将其焊接在PCB上。

此外，温度漂移测量引起的应力会改变电阻值。

温度偏移的控制主要是基于电阻材料本身和制造工艺。

例如，通过使用特殊的低温漂移合金和应力补偿方法，

精密铝箔电阻的温度漂移可以达到接近零。

3. 负载寿命

负载寿命与三个因素有关，功率、温度和时间。降额可以帮助延缓电阻的变化。

电阻值变化的活跃期往往是使用过程中的前几百个小时，随着使用时间的增加，电阻值趋于稳定。

这是因为电阻元件本身趋于稳定，或者电阻元件与基体之间的应力随着时间的推移逐渐释放。

负载寿命的指标只能通过抽样测试来监测，因为这种测试至少需要1000小时，甚至在测试航空应用时需要10000小时。

超过这个时间，测试就是破坏性的了。

在使用前对精密电阻进行功率训练，可以有效地加速电阻的老化，使其稳定，但会改变电阻的电阻值。

4. 保质期

保质期是用来检验电阻值在标准或指定储存条件下的稳定性。

和负载的寿命一样，电阻存放的时间越长，电阻就越稳定。

这就是为什么一些精密仪器制造商不立即使用精密电阻，而是在使用前将其储存几个月甚至几年。

当然，储存会改变电阻值，但这种变化是越来越小的。

所以对于老一批的电阻，只要精度在标称值内，焊脚没有氧化，其稳定性就比新一批的电阻好。

我们应该特别注意电阻器储存过程中的湿度控制。

湿度会对任何电阻器的电阻产生很大的影响。

例如，一旦有水分进入，各种薄膜电阻器的电阻层中就会形成电解质，这将严重影响其电阻。

除湿气外，空气中还有各种腐蚀性物质，如硫和盐雾。

而作为计量应用的标准电阻在注油后会被完全密封，从而隔离了外部环境压力对阻值的影响，降低了电阻的年变化率。

五、主流精密电阻技术的优点和缺点

1. 精密厚膜电阻

通过对厚膜电阻膏的不断改进，最精密的厚膜电阻技术已经可以达到±5ppm/℃的温度漂移，甚至通过使用多个可以相互补偿的厚膜电阻芯片，最终可以达到±2ppm/℃的温度漂移。其最高精度也能达到±0.01%。

在高电压、高阻值、高精度的应用中，精密厚膜电阻是主流技术。

厚膜电阻的缺点是很难实现高精度和低阻值部件的低温漂移，而且噪声标示不理想。长期稳定性一般比其他精密电阻差。

(1) 主要性能参数范围

尺寸规格: 0201、0402、0603、0805、1206等。

阻值范围: 10Ω- 1MΩ

电阻精度: 0.1%, 0.25%, 0.5%

额定功率：1/20, 1/16, 1/10, 1/8, 1/4 (W)

电阻温度系数（TCR）: ± 50ppm/℃

ESD（静电放电）承受能力: ESD2KV

(2) 优点

制造成本低，成本性能高。

呈芯片形状，适合SMT贴装。

外层玻璃保护结构，具有良好的防潮性能。

(3) 缺点

电阻值的温度系数大。

电击性能差，功率小。

电阻值稳定性差，噪音大。

在厚膜电阻的玻璃相中，颗粒之间是相互连接的。

在电阻的使用过程中，部分电阻路径会被热应力阻断，电阻会增加，其稳定性也会变差。

颗粒结构将导致高噪音系数。电阻值越高，金属比率越低；噪音越大，电阻越不稳定。在各种精密电阻中，厚膜电阻是噪音最大的。

(4) 应用

广泛应用于一般的精密电路，或在高精度电路中要求不那么精确的局部电路零件。

2. 精密薄膜电阻器

精密薄膜电阻器的技术发展代表了可大量商业应用的精密电阻器技术，也是目前最流行的精密电阻器技术。通过长期的多层薄膜沉积、高精度的电阻调整以及后续的筛选，最优的精密薄膜电阻可以达到±2ppm/℃的温漂和±0.01%的精度，以及良好的长期稳定性。但是，功率不大，低阻值的指标也不理想。另外，不抗静电，功率系数差，难以满足小批量的供应，不同批次的一致性不好。

(1) 主要性能参数范围

尺寸规格: 0402, 0603, 0805, 1206, 2010, 2512

阻值范围: 1Ω- 2MΩ

电阻精度: + 0.05%, + 0.1%, + 0.25%, + 0.5%

额定功率：1/16 1/10 1/8 1/4 1/2 3/4 1 (W)

电阻的温度系数(TCR): +5 +10 +15 +25 +50 (ppm/℃)

抗静电能力:ESD 2KV

(2) 优点

电阻精度高，温度系数低。

损耗小，噪音低。

寄生效应低，高频性能好。

呈芯片形状，适合于SMT贴装。

(3) 缺点

薄膜在高温、化学腐蚀等场合会发生氧化，从而不断改变电阻值。高阻值薄膜电阻的薄膜非常薄，更容易被氧化，容易受到ESD影响。

(4) 应用

薄膜电阻在精密电阻市场上有最大的应用和用途。它的阻值范围更广，而且比绕线电阻器和箔电阻器更便宜。对于中等精度、高阻值的应用，以及空间效率的考虑，薄膜电阻器是一个更经济的选择。

3. 精密金属膜电阻器

精密金属膜电阻器与精密薄膜电阻器相似。晶圆金属膜精密电阻正逐渐被芯片薄膜精密电阻所取代，但针式金属膜精密电阻仍是主流的低成本精密电阻技术。与精密薄膜电阻一样，电阻的调整会引起热点效应，从而影响电阻的稳定性和可靠性。

4. 精密绕线电阻

作为最早的精密电阻技术，高精度绕线电阻的温漂可以达到±1ppm/°C，其精度可以达到±0.001%，这是薄膜和厚膜电阻所不能达到的。最好的精密绕线电阻的阻值接近50M，适用于超精密的高阻值应用。由于其他电阻技术的发展，精密绕线电阻往往被淘汰，因为它们价格昂贵且有电感。

(1) 主要性能参数

尺寸规格：引线式和贴片式

阻值范围:1mΩ- 275KΩ

电阻精度：±0.001%，±0.005%，±0.1%，±0.5%。

额定功率：0.5、1、5、7、10（W）

电阻温度系数（TCR）：±3，±10，±20，±30 ppm/℃。

抗静电能力。ESD 25KV

(2) 优点

电阻精度高，温度系数小。

高功率，耐高电压浪涌，短期过载性能好。

耐高温，散热快，在170℃的环境温度下仍能正常工作。

工作噪音低，比薄膜电阻和厚膜电阻低。

稳定可靠，静态稳定性好，多年来电阻值无变化。

(3) 缺点

体积大，不适合用于小型电子设备。

阻值低，多在100KΩ以下。

绕线结构有较大的寄生电容和电感，不能用于高频电路。

(4) 应用

需要高精度和高稳定性的场合，如电阻箱、测量仪器（万用表）、电信仪器等。

5. 精密铝箔电阻

虽然精密箔电阻早在1962年就被发明了，但它仍然是迄今为止最精确的电阻技术。通过将镍铬合金附着在陶瓷基板上以达到平衡应力，可以获得接近零的温度漂移。通过激光和修剪蚀刻电阻图案，可以获得

高达± 0.001%的精度。最好的铝箔电阻在存放6年后电阻漂移仅为 ±2ppm，它具有抗静电，无电感和电容，无热点，低噪音，低电压系数的特点。箔式电阻器的缺点是电阻不能很高。芯片电阻的最大尺寸只能是150K，而引脚电阻的最大尺寸只能是2M。

(1) 主要性能参数范围

尺寸规格: 0603, 0805, 1206, 1506, 2010, 2512

电阻范围: 1mΩ-150KΩ

电阻精度：±0.005%，±0.01%，±0.05%，±0.1%，±0.25%，±0.5%。

额定功率：0.1 ~ 8 (W)

电阻温度系数（TCR）：±0.2、±2、±5、±10（ppm/℃）。

抗静电能力: ESD 25KV

(2) 优点

金属箔精密电阻因其低温漂移、长期稳定、无电感、对静电不敏感、低电容、热稳定性快、低噪音等特点，被认为是理想的电阻。

(3) 缺点

电阻值不能增加。目前，它只能是KΩ、MΩ，甚至TΩ。

价格昂贵。

我们应该选择什么样的精密电阻？

1. 对于阻值从1毫欧到1欧的精密取样电阻，一般来说，只能使用精密的箔电阻。因为只有合金材料的电阻才能在低电阻和大电流下保持稳定。温度漂移可以低至±5ppm /°C，精度可以达到±0.1%甚至更高。

温度漂移是决定这种类型的电阻价格的主要因素。

因为它的主要应用是电流检测，四引脚结构有利于精确采样。使用更大的尺寸或预留更多的电源空间，并增加辅助散热器，有助于降低电阻表面的温度，提高采样电阻的稳定性。精确的电流采样电阻可以取代霍尔电流传感器，并具有成本优势。

2. 电阻值从1欧姆到10欧姆对任何电阻技术都是一个挑战。因为这个电阻值范围属于低电阻值范围，只有厚的电阻材料，和短的电流路径才能实现低电阻值。厚的电阻材料不利于与衬底结合以平衡温度漂移，而短的电流路径不利于精确的电阻调整。

精密薄膜电阻器和精密金属薄膜电阻器很难在这个电阻范围内提供出色的温度漂移，±20ppm/°C是它们能达到的最好漂移。精密绕线电阻的温度漂移完全基于合金丝本身，可以达到±10ppm/℃左右，但绕线电阻一般只有引脚和电感。在这个电阻范围内，精密箔电阻的温漂可以控制在±5ppm/°C以内，精度可以达到±0.1%以上，并且可以同时提供芯片和引脚。

3. 10欧姆到150K欧姆是一个常规的电阻值范围。在这个电阻值范围内，可以根据不同的精度要求来选择许多产品。

如果对温度漂移的要求在±2ppm/°C以下，或者对长期稳定性有要求，可以只使用精密箔电阻，贴片的引脚可以选择。如果温度漂移要求在±5ppm/°C左右，且对长期稳定性要求不高，薄膜电阻或金属膜电阻都可以考虑。

铝箔电阻的最高精度可以达到±0.001%，薄膜电阻和金属膜电阻的精度可以达到±0.01%。应该注意的是，不同尺寸的片式箔电阻器具有不同的电阻值范围。例如，0805片式箔电阻器的最大阻值为10K。此外，还有许多厂家生产的精密片式薄膜电阻器。参数标注相同，但实际性能差距非常大。温度漂移和精度超标的情况很多，不同品牌的电阻在长期稳定性和噪音方面的指标也不一样。

4. 从150K到1M的电阻范围属于中间电阻范围。在这个部分，如果需要使用片式精密电阻，只能使用精密薄膜电阻。

对于温度漂移低于±2ppm /°C，一般来说，只能使用引脚精密箔电阻。然而，电阻值越高，这种电阻的价格就越高，因为需要多个电阻芯片来实现所需的电阻值。一些引脚薄膜电阻器可以提供低至±5ppm/℃的温度漂移，但长期稳定性比精密箔电阻器差。引脚精密绕线电阻也能满足高精度，温度漂移低至±2ppm/°C，但在价格上没有优势。

5. 1M到50M是精密电阻的高阻段。精密薄膜电阻器所能支持的最高电阻值一般为10M，最佳温漂为±5ppm/℃，最高精度为±0.01%。精密厚膜电阻器可以提供与薄膜电阻器类似的精度和温度漂移，但它们可以支持整个电阻值的范围。目前，一个单一的精密铝箔电阻支持的最大电阻值为2M，而且非常昂贵。另一个昂贵的精密电阻是绕线电阻。单个绕线电阻可以提供高达50M的电阻值，而且温度漂移低至±2ppm /°C，精度高达±0.001%，特别是在长期稳定性方面明显优于薄膜和厚膜电阻技术。

6. 对于1M-10T的高压精度要求，我们只能选择精密的厚膜高压电阻，因为只有厚膜技术才能在高电压下工作并提供高阻值。这类高压电阻的重要技术指标是电压系数、电压稳定性、长期稳定性、噪声、温漂和精度，其中电压系数和电压稳定性的指标非常重要。

在高压环境下，大多数厚膜电阻的电阻值往往会漂移到一个小值。这是因为部分绝缘介质被激活，形成了一个平行电阻，而电阻浆的质量和厚膜工艺决定了电压系数的质量。

在其他应用中，需要低噪音的高压电阻。噪声是在电阻膜层的缺陷部分。该缺陷可能已经存在，也可能是在电阻调整后增加的。这种缺陷越多，噪音就越大。幸运的是，厚膜工艺有助于改善噪声指数。

上面简要介绍了精密电阻的选择。

实际情况要复杂得多。

关于实际应用，选择合适的精密电阻很重要，但所有应用都关注的电气参数无非是长期稳定性、温度系数、绝对精度、功率系数、电压系数和噪声。

老乡说：

“为了涨姿势，一个村妇误入了一个物理博士群，见到有人问：一滴水从很高的地方落下来，会不会弄死人？ 群里一下就热闹起来，各种公式，各种假设，各种阻力，重力，加速度的讨论。一小时后村妇怯怯地问了一句：你们没有淋过雨吗？群里刹那间死一般的静了下来……然后，她就被踢出群了……”

俺乖巧地接茬说：

“村妇真是没见识， 她被踢出群肯定是因为她没见过冰雹。”