基礎(chǔ)電子學(xué)系列11 – 功率電阻器

在之前的教程中，我們討論了固定電阻器、可變電阻器和非獨(dú)立電阻器. 額定功率為5W及以上的固定電阻器歸類為功率電阻器。電路中這些電阻器的目的不是提供電阻。這些電阻器組裝在電路中只是為了功率耗散，因?yàn)樗鼈冎荒芤詿岬男问胶纳⒐β什⑶揖哂懈邔?dǎo)熱性。這些通常與連接到它們的散熱器或空氣或液體冷卻裝置組裝在一起。使用散熱器、風(fēng)冷或液冷的唯一目的是最大化這些電阻器的散熱能力。它們的設(shè)計(jì)方式還使得它們在保持緊湊尺寸的同時(shí)能夠最大程度地耗散功率。

功率電阻主要有以下幾種類型
1) 線繞式
2) 柵格式
3) SMD
4) 水式
5) 液體變阻器

線繞功率電阻器
線繞電阻器以高精度和穩(wěn)定性著稱。有些線繞電阻器可以承受高達(dá) 450°C 的溫度。這些電阻器是通過將電阻絲纏繞在陶瓷、塑料或玻璃纖維芯上制成的。金屬帽和引線連接在繞組的兩端，用于電路連接。繞組涂有非導(dǎo)電塑料或搪瓷涂料，以保護(hù)電阻器免受潮濕和其他環(huán)境磨損。

線繞功率電阻示例（圖片來源：Stackpole）。

用于纏繞的電阻絲通常由鎳鉻合金或錳銅等合金制成。線繞功率電阻器可以有三種類型的繞組——螺旋（螺旋）繞組、雙線繞組和邊緣繞組。在螺旋繞組中，電阻絲纏繞在圓柱形磁芯周圍。這種類型的繞組很容易制造，但由于線圈結(jié)構(gòu)而具有感應(yīng)電感的主要缺點(diǎn)。在雙線繞組中，電阻絲沿兩個(gè)相反的方向纏繞在不導(dǎo)電的鐵芯上。這抵消了繞組引起的總電感。在邊緣纏繞中，電阻絲被其較寬的邊緣纏繞。邊繞功率電阻器通常沒有磁芯并且有空氣冷卻裝置。

線繞功率電阻器適用于大功率、高精度應(yīng)用。典型的線繞功率電阻器（螺旋型）用于高達(dá) 50 W 的功率耗散，而邊繞電阻器用于高達(dá) 3.5 kW 的功率耗散。但是，這些電阻不適合高頻應(yīng)用。通常，線繞電阻器不應(yīng)用于信號頻率高于 50 KHz 的電路中。查看此電阻器選擇參考表以獲取更多信息。

貼片電阻

SMD 電阻器示例（圖片來源：TT Electronics）

有貼片電阻或貼片電阻，功耗高達(dá)450W。由于線繞電阻不適合高頻應(yīng)用，貼片電阻可用于高頻、大功率電路。這些電阻器通常用于額定功率為 5 瓦左右的電子應(yīng)用。然而，SMD 功率電阻器不如線繞電阻器精確，典型公差約為 20%。SMD 功率電阻器是通過在非導(dǎo)電陶瓷基板上沉積電阻涂層制成的。這些電阻器主要有兩種類型——薄膜和厚膜 SMD 電阻器。其構(gòu)造中使用的電阻材料可以是碳、金屬、金屬氧化物、金屬陶瓷或金屬箔。一些 SMD 電阻器也可采用線繞結(jié)構(gòu)。

柵格電阻器
柵格電阻器是通過在兩個(gè)電極之間組裝電阻金屬條矩陣而構(gòu)建的。這些是笨重的電阻器，額定電流可高達(dá) 500 A。它們通常用作火車和發(fā)電機(jī)中的制動(dòng)電阻器和負(fù)載組，電阻可低至 0.04 歐姆至幾兆歐姆。這些電阻器僅用于引導(dǎo)軌道車輛制動(dòng)中的散熱或用于變電站中的諧波過濾。典型的功耗約為 100 kW。

水電阻器
水電阻器由裝滿鹽水或硫酸銅溶液的管子制成，管子連接在兩個(gè)電極之間。由于水是良好的電導(dǎo)體，通過改變水中適當(dāng)鹽類的濃度，可以將其用作電阻材料。水也是熱的良導(dǎo)體，這使得水電阻器具有高導(dǎo)熱性和高功率耗散能力。大功率防水電阻使用硫酸銅溶液代替鹽溶液。水電阻器用于要求典型功耗超過 500 mW 的電氣應(yīng)用中。它們不會(huì)瞬間耗散額定功率；相反，它們會(huì)在指定的時(shí)間段內(nèi)耗散大量的功率（熱量）。

液體變阻器
液體變阻器是一種可變水電阻器。這些仍在一些發(fā)電機(jī)中使用。這些是通過將電極浸入鹽溶液中而構(gòu)建的，在鹽溶液中可以改變電極的位置以改變有效電阻。

功率電阻器不用于常規(guī)電子電路，特定計(jì)算機(jī)和服務(wù)器電路中的某些 SMD 電阻器除外。本文介紹了這些電阻器，以呈現(xiàn)電阻器電氣應(yīng)用的大小和電阻特性的使用。在下一篇文章中，我們將討論電容器。