第三章电阻材料

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方块电阻有一个特性,即任意大小的正方形边到 边的电阻都是一样的,不管边长是1米还是0.1米 ,它们的方阻都是一样,这样方阻仅与导电膜的 厚度等因素有关。
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3.1.2 电阻与温度的关系 电阻温度系数:表示温度改变1℃时电阻值的相对变化量
aR
dR RdT
电阻材料的电阻值也是温度的函数,不同电阻材 料,由于导电机理不问,电阻温度系数也不同。
1 纯金属
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纯金属电阻:由电子与晶格的振动(格波)相互碰撞引起 的散射产生的。
温度↑,电子平均运动速度↑,平均碰撞次数↑,平均自由程 ↓,电阻率↑
p
金属电阻率与温度的关系: M AT A为常数 T
金属电阻温度系数:
aR
1 T
正值,T↑,p↑
2 合金材料
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合金材料:金属中加入其他金属原子后, 破坏原来晶格 的周期性排列,使自由电子的散射几率增加。其结果是 合金的电阻率比纯金属的电阻率高。
近.有较小的电阻率和正的电阻温度系数。 ②厚度为100 nm以下到几1纳米。这种薄膜基本上是连续的,但有时
会出现一些孔洞、沟道,形成一种网状结构。电阻值随厚度减小而 增大,电阻温度系数逐渐减小而接近于零。 ③厚度在几纳米到几十纳米之间。薄膜呈不连续的岛状结构,电阻值 随厚度减小而急剧增大,电阻温度系数为负值。
p
T
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薄膜材料电阻率p和电阻温度系数a和膜厚度d的关系
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提高电阻率和降低电阻温度系数的常用措施 ➢尽量采用合金、多元合金,有温度系数补偿杂质
的合金; ➢把金属和合金做成线材、薄膜、厚膜或箔状; ➢在金属和合金粉状材料中加入绝缘填充料,用有
机或无机粘结剂制成合成型电阻材料; ➢将金属和合金氧化物或与其他非金属材料组成化
合物等。
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4 电阻材料的电压特性
➢ 在外加电压下,电阻材料的电阻值一般是线性的。 即是说符合欧姆定律,其阻值与电压无关。
➢ 如果,电阻材料内部结构不均匀、不致密、不连续、 接触不良、存在缺陷、颗粒分散不均,因而会出现 非线性。
电阻材料电压特性
电压系数:
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一些半导体材料电阻率对电压的变化非常敏感,常利用这 种关系制作压敏电阻。
1.碳膜电阻
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碳膜电阻: (黄色)以小瓷棒或瓷管作骨架,通过真空和高
温,使碳氢化合物(常用庚烷)热分解出的结晶碳沉积生成碳 膜(导电膜),瓷管两端装上金属帽盖和引线,外涂保护漆。改 变碳膜的厚度和通过刻槽改变长度,获得不同阻值。
CxHy 8 5 1 01 0C 0 xC 2 yH2
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金属膜特点:
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1 金属膜层的结构和性能与合金粉的成分有关。 2 不同的合金粉,所得膜层的阻值和电阻温度系数不同。 3 膜厚增加,电阻率减小,并逐渐趋近于块材的电阻率。 电阻温度系数为正值,随着膜厚增大有所增加。膜层变薄 时,电阻温度系数变小,并向负方向增大。 4 膜厚减小到很薄时,因膜层不连续.电阻率很大。
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3.2 线绕电阻材料
线绕电阻:用金属合金线绕制在陶瓷或其它绝缘材 料的骨架上,表面涂以保护漆或玻璃釉。分固定和可 变两种
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电阻合金线通常用元素周期ⅠB ⅡB ⅦB ⅧB 的金属(如 铜、银、金、铬、锰等组成合金后.经拉伸而成。
这种电阻材料具性能:
电阻率高 电阻温度系数 温度范围宽、耐热性高 稳定性好 耐磨等 是制造线绕电阻器利线统电位器的绕组材料
件, 常称它为电阻器或电阻元件。 电阻器功能:调解和分配电能。在电路中常作分压、 调压、分流、消耗电能的负载以及滤波元件等 电阻器形状: 线状 ——线绕电阻器 薄膜状 ——薄膜电阻器 片状 ——片状电阻器
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线状或板状 电阻材料
R L
L
S
L: 导体长度,cm; S: 导体横截面积, cm2 p: 电阻率,与材料性质有关的常数。长度是1cm,
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金属膜电阻器特点:
➢ 耐热性好; ➢ 电压稳定性好,温度系数小; ➢ 工作频率范围宽, ➢ 金属膜电阻率一般低于碳膜, 在相同的功率条件下,它
比碳膜电阻器体积小很多,约为碳膜电阻器的一半,但 成本较高。
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金属膜电阻率一般低于碳膜
3.金属氧化膜电阻
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金属氧化膜电阻(灰色):是由能水解的金属盐类溶液 (如四氯化锡和三氯化锑)喷涂在炽热的玻璃或陶瓷的表面 (~700 ℃ ),经水解反应沉积出金属氧化物。
一般膜厚为50—100nm
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金属膜主要以镍铬系为主要成分的合金料, 镍铬系薄膜:性能稳定、阻值精度高、电阻率高、 阻值范围宽、电阻温度系数小。
Ni-Cr薄膜中掺入适量Al、Cu、Mn、Si、Be、Sn和Fe, 可以降低电阻温度系数.提高耐热性、增强耐磨能力。
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Ni-Cr薄膜中掺入适量Al 可以降低电阻温度系. 阻值变化率降低 调节温度范围。
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连续金属膜类似于块状金属膜:
连续金属膜中,除了晶格热振动和杂质散射引起的电阻之外, 还有其他缺陷如填隙原子、空格点、位错和晶界等。也对电子 有散射作用,从而对电阻有贡献,尤其是晶界对电阻的作用。
高温 低温
CT 4 D
124.4CT 5
D5
p
T C: 常数 D 德拜温度
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第三章 电阻材料
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• 电阻材料是指常用的电阻器、片式电阻器、混合 集成电路小的薄膜和厚膜电阻器、可变电阻器和 电位器器等所用的电阻阻体材料。主要包括: 1 线统电阻 2 薄膜电阻 3 厚膜电阻
3.1 电阻材料慨述
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3.1.1 电阻的一般概念
电阻器:将电阻材料做成具有一定形状、结构的实体元
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金属膜电阻:以镍铬合金,或其他金属或合金材料 ,用真空 蒸发或溅射的方法,在陶瓷或玻璃基本上形成电阻膜层的导电 膜,瓷管两端装上金属帽盖和引线,外涂保护漆。
金属膜电阻是蓝底色或绿底色的(国产非色环电阻用红底 色),通过刻槽或调整膜镀层厚度调整阻值大小。
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金属膜电阻一般有帽盖结构、圆柱结构、片状结 构及无引线结构等形式。
例如,有一个电阻的色环依次为红、黑、棕、银,则天阻津值理及工允大学许 偏差为200Ω±10%
五位有效数字色标法多用于精密电阻器,电阻上共有天5津条理色工大环学, 前4条表示阻值,最后一条表示允许偏差.例如,有一个电阻的 色环颜色依次为黄、紫、黑、棕、红,则其阻值和允许偏差为 4.7kΩ±2%。
2.金属膜电阻
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压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的 一个品种。现在大量使用的“氧化锌”(ZnO)压敏电阻器,
➢氧化锌电阻片的非线性特性 主要取决于晶界层(类似于pn结, 晶粒n型,晶界p型)
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压敏电阻应用: 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于Von
时,流过它的电流极小,相当于一只关死的阀门,当 电压超过Von时,流过它的电流激增,相当于阀门打开。 利用这一功能,可以抑制电路中经常出现的异常过电 压,保护电路免受过电压的损害。
化性能,即使长期暴露在高温、高湿条件下或强 腐蚀性介质中,表面仍能保持初始的状态。它具 有小而稳定的接触电阻,硬度高,寿命长,良好 的焊接性。是最可靠的电位器线绕电阻材料。 缺点:价格最贵
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钯基电阻合金线: 优点:电阻率高,电阻温度系数较低,接触电阻低而
稳定,焊接性能好,价格也比铂基合全线便宜。 缺点:它的不足之处是耐腐蚀性和抗氧化性不如铂基
横截面积1cm2时的电阻值
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薄膜电阻材料
对于薄膜电阻材料,出于膜比较薄,电阻率常不是 一个常数,随膜厚而变化,故常用膜电阻表示。
Rs d
d: 薄膜的厚度,单位为cm; Rs:指长宽相等的一块薄膜的电阻,即1方的电阻,
又称为方阻。
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蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜 状导电材料,衡量它们厚度的最好方法就是测试 它们的方阻。
线绕电阻元件: 具有高稳定性、高精度、大功率等特点。
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电阻合金线主要分:贵金属合金线和贱金属合金线
贱金属合金线:
锰钢线、康铜线、镍铬线、镍铬基多元合金线等
贵金属电阻合金线:
铂基合金、钯基合金、金基合金和银基合金等。
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1 贱金属合金线: 在电阻合金的领域里,长期以来,铜、锰、镍 系电阻合金一直以其优良的电性能和良好的工 艺性能而居于主流地位。但是,由于铜、锰、 镍系电阻合金的电阻温度系数较大、阻值稳定 性差、抗氧化性差等缺点而受到限制。
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康铜线的成分及性能:
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2 贵金属合金线
• 用它们制成的电阻合金线具有良好的化学稳定性、 热稳定性和电性能。
• 主要用于制作精密线绕电阻器和电位器,以及一些 高性能的、长寿命的、特殊要求的线绕电阻器和电 位器。
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铂基电阻合金线: 优点:具有适中的电阻值,极优的耐腐蚀和抗氧
近年来,电阻器和电位器正向着高精度、高稳定、 高可靠、长寿命、小型化、高(或低)阻值、宽温 度域等方向发展。
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3.3薄膜电阻
• 薄膜电阻器是用蒸发或溅射的方法将一定电阻率 材料蒸镀于绝缘材料表面制成。
各种膜式电阻实物照片
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薄膜电阻材料的特点:
膜厚一般在1μm以下,人们常称它为薄膜电阻材料。 体积小、 阻值范围宽 电阻温度系数小 性能稳定 容易调阻 易于散热 用料少
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纯SnO2:黄色透明晶体,熔点1127℃,禁带4.3ev宽 ——绝缘材料(不能用作电阻)
锑(Sb)的掺入使氧化锡增加了导电性
S4 n S 5 b SS •nb e'
锑的摩尔分 数1.5%, 电导率最大
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金属氧化膜:Sn-Sb氧化物, Sn-In氧化物, Sn-Sb-Al 氧化物
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碳膜的结构类似石墨的多晶结构。由许多小晶粒 组成,每一个小晶粒像一个石墨的晶体。
石墨晶体是正六方形结构,碳原 子排成彼此相互平行的平,平面 内原子间距离为O.142nm,平 面间的距离为0.34nm。平面内 原子间为金属键,形成全属性电 导,显正的电阻温度系数;平面 间原子靠范德华键相结合,不导 电,显负电阻温度系数。
➢晶界处的原子处于应力状态,它比内部原子有较高的能量, 比交容易离开平衡位置;
➢晶粒间接容易吸引杂质,氧化气氛下,已形成氧化层; ➢晶界处原子排列不规则
使电子遭到散射的几率大.电阻率会提高
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不连续金属膜: 电阻率随厚度减小急剧增大,电阻率虽温度增加而 减小,电阻率与温度的关系类似于半导体材料。
合金线。
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金基电阻合金线: 优点:抗氧化性和耐腐蚀性仅次于铂,产量高。 缺点:以金为基的二元合金的电阻率低,电阻温度系数
较高。硬度低,不耐磨。
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总的来看,贵金属合金线在某些方面比贱金属合金 线优越,但价格太昂贵,因而至今未被广泛采用。 当前只用它来制造特殊用途的电阻器和电位器,如 工作环境恶劣和性能要求较高的航天、航海、化工 等部门所需的精密线绕电阻器和电位器。
Baidu Nhomakorabea金电阻率:
0
i
p : 合金材料电阻率
p0 纯金属电阻率 pi 杂质电阻率
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合金电阻率与温度的关系:
A(BT) B是与杂质有关为常数
p
合金的电阻温度系数:
1
T
aR B T
合金的电阻温度系数为正值,比纯金属小。因为加入其他 金属杂质以后,杂质散射随温度增加降低。
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1. 电离杂质的散射
+
➢ 杂质离子↑,散射几率↑ 温度↑,电子运动速度增加,散射几率↓
为了提高金属和合金电阻材料的电阻率和降低电阻温度 系散,常采用如下些措施:尽量采用合余、多元合金。
3 金属和合金薄膜电阻材料
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金属膜的结构: ①厚度大于100 nm。这种薄膜呈连续状结构,其电性能与块状金属接
石墨晶体结构
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碳膜电阻器特点:价格最便宜,阻值范围宽(10Ω~ 10MΩ)但性能差。
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电阻阻值确定——色环标注法
色环标注法:是用不同颜色代表相应的数值,以色环或色点 的方式标注在电阻表面,所标注的参数一般只有标称阻值和 允许偏差。色环标注法通常有两位有效数字色标法和三位有 效数字色标法。两位有效数字色标法多用于普通电阻器,电 阻上共有4条色环,前3条表示阻值,末条表示允许偏差,
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