Carbon vs Metal Film Resistors: Differences

Carbon Film Resistor与金属薄膜电阻的定义

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碳膜电阻是通过使用薄层碳来限制电流流动的一种电阻器。然而，制造碳膜电阻的成本高于其他类型的薄膜电阻，它们还会产生较大的热噪声，并且准确度较低。

(碳膜电阻)

尽管存在这些挑战，碳膜电阻仍能承受高能脉冲，因此非常适合用于电子电路的浪涌保护、计算机、测试设备、直流电源和高频应用等。

金属膜电阻通过使用薄金属膜来限制电流流动，是当前最受欢迎的薄膜电阻类型。此外，金属薄膜电阻具有成本效益高、体积小、低容差、产生的噪音少，以及更广泛的工作范围等优点，因而成为许多应用的首选。

(金属膜电阻)

因此，金属膜电阻广泛应用于桥接电路、主动滤波器及高频应用等场合。

碳膜电阻与金属膜电阻的比较

在我们分别定义了这两种电阻类型后，接下来将进行正面对比。这将使我们更清楚地了解各电阻类型适合的使用场景。本节将专注于电压系数、稳定性和温度系数这几个特性进行说明。

电阻的温度系数（TCR）

和电压对电阻的影响类似，温度变化也会影响电阻的电阻值。

当然，温度影响并不是电阻特有的。所有导体的电阻在高温下会增加，而在低温下则会降低。

我们用每摄氏度的百万分之一（ppm/°C）或者开尔文（ppm/K）来表达这一数值。与其他特性相比，金属膜电阻的电阻值对温度变化的敏感度远低于碳膜电阻。

金属膜电阻的TCR范围在±20到±200 ppm/K之间，而碳膜电阻的TCR在-200到ppm/K之间。

综上所述，碳膜电阻的TCR明显高于金属膜电阻，使得金属膜电阻在极端温度下（无论是高温还是低温）表现更为可靠。

此外，金属膜电阻产生的热噪声较小，使其非常适合用于收音机、对讲机和雷达等设备。

碳膜电阻绿色

电压系数的电阻（VCR）

施加电压在电阻上可能导致其电阻值的变化。通常情况下，施加电压会导致电阻近乎成比例地下降。

无论是增加还是减少，我们用每伏特电压变化所引起的电阻变化来表示。

这种测量称为电压系数（VCR），其量度单位为（ppm/V）。

VCR的意义在于其有助于我们预测和决定电阻器在高电压下的表现。尽管碳膜电阻在高电压应用中表现良好，金属膜电阻的表现则更为出色。金属膜电阻的VCR略低于1 ppm/V，而碳膜电阻的VCR则为-10 ppm/V。这表明金属膜电阻对施加电压造成的电阻变化的敏感度更低。

稳定性

电阻器是各种环境中机器和电子元件的一部分，因此了解它们对外部压力的应对能力是非常重要的。这些压力可能会影响电阻的电阻值。我们将电阻器抵抗外部压力的能力称为稳定性。

一些常见的压力因素包括辐射、高温和低温的影响。突然或长期的电力尖峰也可以被视为影响电阻稳定性的压力因素之一。

尽管如此，稳定性是金属膜电阻超过碳膜电阻的另一个领域。这并不意味着碳膜电阻不稳定。其实它们的稳定性处于中等水平，而金属膜电阻则表现出良好到优越的稳定性。

碳膜电阻与金属膜电阻的构造

这两种电阻类型的制造过程是不同的。

碳膜电阻的制造过程

制造商使用固体圆柱形电阻元件，在两端配备有金属帽和引线来制造碳成分电阻。此外，电阻元件的材料是粘土基陶瓷与石墨或碳粉的混合物。通常，碳粉会很好地导电。

(碳膜电阻内部结构)

因此，在沉积过程中，制造商会先在具有碳氢化合物（如甲烷）的陶瓷基板上加热。接下来，在大约高达°C的高温下发生裂解反应。之后，纯石墨的结晶碳就会附着到陶瓷上。

随后，为了保护抵抗材料免受外部热量影响，它会被涂上一层塑料。最后，制造商在电阻元件的两个端点涂上铜以作为引线。

金属膜电阻的制造工艺

相对而言，制造金属膜电阻的工艺较为独特，制造商会在低温下使沉积的金属经过艺术老化处理。

在这里，作为电阻材料采用的金属为镍铬（NiCr），但在其他应用中还可使用钽氮化物、与铂浑合的金、锡与锑等其他材料。

因此，电阻器的稳定性和电阻值通常依赖于金属薄膜的厚度。因此，较大的厚度意味着更低的电阻值和对两端的更高稳定性。

制造商采用连接引线将金属外壳压合在最后一层。然后，通过在薄金属厚度中切割螺旋形槽，可实现所需的电阻值。

碳膜电阻与金属膜电阻的可用性

碳膜电阻

碳膜电阻的阻值范围通常在1欧姆到25兆欧姆之间，功率额定范围从四分之一瓦到五瓦。

影响碳膜电阻阻值的三个因素包括:

• 固体圆柱棒的截面积与电阻值成反比。
• 此外，棒的长度与电阻值成正比。
• 最后，添加到电阻器中的碳量也与电阻值成反比。

金属膜电阻

市面上通常可获得的金属膜电阻具有2%、1%、0.5%、0.25%和0.1%的容差。此外，这些电阻的温度系数可能在10到100 ppm/K之间。

影响金属膜电阻的两个主要因素包括:

• 螺旋金属膜切割的宽度与金属膜电阻的电阻值成反比。
• 其次，金属膜的层数也与电阻成反比。

碳膜电阻与金属膜电阻的相似性与差异性

• 相似性

这两种薄膜电阻在以下几方面相似：

• 首先，您可以通过控制其薄膜厚度来调节这两种电阻。
• 其次，它们的绝缘材料均为陶瓷。
• 它们的尺寸也相同。
• 最后，它们的形状和外观非常相似。

(电路板中的薄膜电阻)

• 差异性

我们已在下表中总结了金属膜和碳膜电阻之间的差异。

碳膜电阻与金属膜电阻的缺点

这两种电阻器都有各自的优点。金属膜电阻在所有电阻器中表现出最佳的频率响应，而碳膜电阻则更实惠且具有高阻值。然而，这两种电阻类型都有其缺陷和限制。

例如，正如我们之前所讨论的，碳膜电阻的最大缺点之一是它们较高的温度系数。此外，碳膜电阻相较于线绕电阻和金属膜电阻的稳定性也较差。

碳膜电阻的另一个麻烦特点是它们的体积较大。

由于其较大的尺寸，这些电阻可能在手动操作和放置时有些困难。相对而言，金属膜电阻体积小，非常适合较小的电子设备。

虽然在许多方面，金属膜电阻可能优于碳膜电阻和碳成分电阻，但它们也不是没有缺点。

首先，金属膜电阻通常比碳膜电阻更昂贵。此外，它们的功率消耗较高。

虽然有人可能将此视为优势，但这也使其不适合用于需要低功耗电阻器的应用场景。

金属膜电阻在绿色模糊背景下

结论

碳膜电阻和金属膜电阻都在电路中限制电流流动。然而，碳膜电阻使用碳，而金属膜电阻则使用金属来减少电流的流动。

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