Vergleich von Kohlenstofffilmwiderständen und Metallfilmwiderständen - Vor- und Nachteile, Leistung, Struktur

Bei der Ausrichtung des elektronischen Schaltkreises sind Widerstände unverzichtbare Grundkomponenten, darunter Metallfilmwiderstände und Kohlenstofffilmwiderstände zwei häufige Widerstandstypen.Sie unterscheiden sich in Struktur-, Herstellungsprozess-, Leistung- und Anwendungsszenarien.Metallfilmwiderstände, die normalerweise durch das Symbol RJ dargestellt werden, verwenden spezielle Metalle oder Legierungen als Widerstandsmaterial und bilden eine Widerstandsfilmschicht auf einem Keramik- oder Glassubstrat durch Vakuumverdampfung oder Sputtern.Dieser Herstellungsprozess führt zu Metallfilmwiderständen mit überlegenen elektrischen Eigenschaften, einschließlich besserer Wärmewiderstand, niedrigem Rauschpotential sowie stabilen Temperatur- und Spannungskoeffizienten.Im Gegensatz dazu werden Kohlenstofffilmwiderstände gebildet, indem eine Suspension mit organischen Bindemitteln, Kohlenstofftinte, Graphit und Füllstoffen auf einem Isoliersubstrat beschichtet und dann durch eine Pyrolysereaktion in einer Hochtemperatur- und Vakuumumgebung einen Kohlenstofffilm bildet.Obwohl die Herstellung von Kohlenstofffilmen billiger und die Massenerzeugung leichter zu erzeugen ist, sind ihre elektrischen Leistung und Stabilität nicht so gut wie Metallfilmwiderstände.Dieser Artikel wird ausführlich die Vor- und Nachteile, die Herstellungsprozesse und die Anwendbarkeit dieser beiden Widerstände in verschiedenen Anwendungen vergleichen und die Lesern umfassende technische Analysen und praktische Anleitung bieten.

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1. Was ist ein Metallfilmwiderstand?

Metallfilmwiderstände, die normalerweise durch das Symbol RJ dargestellt werden, sind Widerstände, die spezielle Metalle oder Legierungen als Widerstandsmaterial verwenden und eine Widerstandsfilmschicht auf Keramik oder Glas durch Vakuumverdampfung oder Sputtern bilden.Während des Herstellungsprozesses wird die Legierung in einem Vakuum erhitzt, wodurch sie auf der Oberfläche der Porzellanstange verdampft und einen leitenden Metallfilm bildet.Durch das Rillen und Ändern der Dicke des Metallfilms kann der Widerstandswert genau kontrolliert werden.Die elektrische Leistung dieses Widerstands ist besser als die von Kohlenstofffilmwiderständen mit einem besseren Wärmewiderstand, einem geringen Rauschpotential, dem stabilen Temperaturkoeffizienten und dem Spannungskoeffizienten.Der Herstellungsprozess von Metallfilmwiderständen ist sehr flexibel.Der Widerstandswert kann eingestellt werden, indem die Materialzusammensetzung, die Filmdicke und die Rillen eingestellt werden, wodurch Widerstände mit ausgezeichneter Leistung und einem breiten Widerstandsbereich erzeugt werden.

Die Hauptvorteile von Metallfilmwiderständen sind:

Die Kosten sind relativ niedrig: Der Produktionsprozess ist ausgereift und die Materialkosten sind kontrollierbar.

Weniger Rauschen: Geringes elektrisches Geräusch, geeignet für hochpräzise Anwendungen.

Hohe Stabilität: Hervorragende Leistung in verschiedenen Umgebungen, geeignet für den langfristigen Gebrauch.

Kleine Größe: Einfach zu integrieren in kleine elektronische Geräte.

Hohe Präzision: Der Widerstandswert ist genau und kann im Schaltungskonstruktion verwendet werden, der eine hohe Genauigkeit erfordert.

2. Was ist ein Kohlenstofffilmwiderstand?

Kohlenstofffilmwiderstände werden hergestellt, indem eine Suspension mit organischen Bindemitteln, Kohlenstofftinte, Graphit und Füllstoffen auf einem isolierenden Substrat und dann durch Erhitzen polymerisieren.Während seines Herstellungsprozesses werden gasförmige Kohlenwasserstoffe unter hohen Temperaturen und Vakuum zersetzt, und der Kohlenstoff wird auf der Porzellanstange oder Röhre abgelagert, um einen kristallinen Kohlenstofffilm zu bilden.Durch Ändern der Dicke des Kohlenstofffilms und der Länge der Rille können unterschiedliche Widerstandswerte erhalten werden.Kohlenstofffilmwiderstände haben niedrigere Kosten, aber ihre elektrischen Eigenschaften und Stabilität sind schlecht, so dass sie im Allgemeinen nicht als allgemeine Widerstände verwendet werden.Aufgrund der einfachen Herstellung hochrangiger Filme werden Kohlenstofffilmwiderstände hauptsächlich für hochrangige Hochspannungswiderstände verwendet, und ihre Anwendungen ähneln den Hochspannungswiderständen.

Vor- und Nachteile von Kohlenstofffilmwiderständen

Vorteil

Niedrige Kosten: Der Herstellungsprozess ist einfach und die Materialkosten sind niedrig.

Hoher Widerstand: Einfach zu machen mit hoher Widerstandsfilme, geeignet für hohe Widerstand und Hochspannungsanwendungen.

Leicht Massenprodukte: Geeignet für groß angelegte Produktionsanforderungen, kostengünstige Produktionsanforderungen.

Mangel

Schlechte elektrische Leistung: Nicht so stabil und genau wie Metallfilmwiderstände.

Hohes Rauschen: Das elektrische Rauschen, das erzeugt wird, wenn der Strom durchläuft, ist groß und für hochpräzise Anwendungen nicht geeignet.

Hochtemperaturkoeffizient: Der Widerstandswert ändert sich stark mit der Temperatur, was die Stabilität in Hochtemperaturumgebungen beeinflusst.

3. Kohlenstofffilmwiderstände gegen Metallfilmwiderstände: Side-by-Side-Vergleich

Das Verständnis der Unterschiede zwischen Metallfilmwiderständen und Kohlenstofffilmwiderständen hilft bei der Auswahl der richtigen Komponente für bestimmte Anwendungen.Dieser Vergleich konzentriert sich auf wichtige Leistungsmetriken wie den Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR), den Spannungskoeffizienten des Widerstands (VCR) und die Gesamtstabilität.

Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR)

Der TCR gibt an, wie sich der Widerstandswert mit Temperaturschwankungen ändert.Typischerweise steigt der Widerstand, wenn die Temperatur steigt und abnimmt, wenn er abfällt.Metallfilmwiderstände zeigen einen TCR im Bereich von ± 20 bis ± 200 Teilen pro Million pro Kelvin (ppm/k), was auf geringfügige Änderungen des Widerstands mit Temperaturschwankungen hinweist.Im Gegensatz dazu haben Kohlenstofffilmwiderstände einen TCR von -200 bis -1000 ppm/k, was auf eine signifikantere Widerstandsschwankung unter Temperaturänderungen hinweist.Dies macht Metallfilmwiderstände für Anwendungen mit extremen Temperaturen zuverlässig.Darüber hinaus erzeugen sie weniger thermisches Rauschen und verbessern ihre Eignung für empfindliche elektronische Geräte wie Radios und Radarsysteme.

Spannungskoeffizient des Widerstands (VCR)

Der Videorecorder misst, wie sich der Widerstand mit der Spannungsanwendung ändert.Wenn eine Spannung auf einen Widerstand angewendet wird, nimmt typischerweise der Widerstand geringfügig ab.Metallfilmwiderstände haben einen niedrigen Videorecorder von fast 1 ppm/V, der bei Spannung minimaler Widerstandsänderungen aufweist.Kohlenstofffilmwiderstände haben jedoch einen höheren VCR von -10 ppm/v, was auf eine spürbarere Widerstandsänderung bei der Spannungsanwendung hinweist.Diese Eigenschaft macht Metallfilmwiderstände unter hohen Spannungsbedingungen stabiler und zuverlässiger.

Stabilität

Die Stabilität ist für Widerstände von entscheidender Bedeutung, die in verschiedenen Umgebungen tätig sind.Metallfilmwiderstände zeichnen sich in Stabilität aus und treten robust gegen externe Faktoren wie Strahlung, Wärme und Kälte ab.Dies macht sie besonders gut geeignet für hochdarstellende Umgebungen.Obwohl auch Kohlenstofffilmwiderstände eine anständige Stabilität bieten, treten sie unter ähnlichen Bedingungen nicht so gut wie Metallfilmwiderstände auf.

4. Kohlenstofffilmwiderstände und Metallfilmwiderstände: Strukturvergleich

Es gibt signifikante Unterschiede in den Konstruktions- und Herstellungsprozessen von Kohlenstofffilm- und Metallfilmwiderständen, wobei jeder Widerstand für bestimmte Anwendungen auf der Grundlage seiner strukturellen Eigenschaften und Leistungsmerkmale angepasst wird.

Herstellung von Kohlenstofffilmwiderstand

Das Verfahren beginnt mit einem Keramiksubstrat, das mit einer Mischung aus Kohlenstofftinte, Graphit und einer Bindemittelaufhängung beschichtet ist.Die Komponente wird dann hohen Temperaturen ausgesetzt und löst eine Spaltreaktion aus.Mit zunehmender Temperatur zersetzt sich die Kohlenstoffverbindung und hinterlässt eine Schicht aus reinem Graphit, die auf der Keramikbasis einen haltbaren Kohlenstofffilm kristallisiert und bildet.Diese Graphitschicht ist für die Fähigkeit des Widerstands verantwortlich, Elektrizität zu leisten.Um den fragilen Kohlenstofffilm vor thermischen Schäden und Umweltfaktoren zu schützen, sind die Widerstände in einem schützenden Kunststoffgehäuse eingeschlossen.Kupferleitungen werden an beiden Enden der Keramikbasis angebracht, um elektrische Verbindungspunkte bereitzustellen.

Herstellung von Metallfilmwiderständen

Metallfilmwiderstände werden durch einen komplexeren Prozess produziert.Diese Widerstände verwenden typischerweise Metalle wie Nickel-Chrom (NICR), aber andere Materialien wie Tantal Nitrid, Gold, Platin oder Zinn und Antimon können je nach den erforderlichen Spezifikationen verwendet werden.Das Metall der Wahl ist Dampf auf ein Substrat abgelagert, um eine dünne Schicht zu bilden.Diese Metallschicht wird dann über einen längeren Zeitraum bei niedrigen Temperaturen künstlich gealtert, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern.Die Feinabstimmung des Widerstandswerts durch Ätzen von Spiralnuten in den Metallfilm ermöglicht eine präzise Kontrolle des elektrischen Pfades und damit des Gesamtwiderstands, der vom Widerstand bereitgestellt wird.

Leistungsvergleich

Carbonfilmwiderstände sind im Allgemeinen billiger zu produzieren und einfacher zu gestalten, haben jedoch eine geringere elektrische Leistung und Stabilität.Sie sind am effektivsten bei hohen Resistenz- und Hochspannungseinstellungen, aber da sie für Temperaturänderungen und Alterung anfällig sind, sind sie nicht ideal für Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit erfordern.

Im Gegensatz dazu bieten Metallfilmwiderstände, obwohl sie teurer und komplexer für die Herstellung sind, eine überlegene elektrische Leistung und Stabilität.Die sorgfältige Kontrolle der Filmdicke und der Ätzprozesse ermöglicht es diesen Widerständen, in Anwendungen zuverlässig zu arbeiten, die eine hohe Präzision und Stabilität erfordern, wie z. B. empfindliche Messinstrumente und kritische elektronische Schaltungen.

5. Kohlenstofffilmwiderstände gegen Metall Filmwiderstände: Verfügbarkeit

Sowohl Kohlenstofffilm-

Kohlenstofffilmwiderstände

Kohlenstofffilmwiderstände sind in Widerstandswerten von 1 Ohm bis 25 Megogohm erhältlich, wobei die Leistungsbewertungen von einem Viertel-Watt bis zu fünf Watts.Ihre weit verbreitete Verwendung kann auf die niedrigen Produktionskosten und ihre Anpassungsfähigkeit in einem breiten Anwendungsspektrum zurückgeführt werden.Der Widerstandswert von Kohlenstofffilmwiderständen wird durch verschiedene Faktoren bestimmt.Der Widerstand nimmt mit zunehmender Querschnittsfläche des kohlenstoffbeschichteten Stabes ab.Umgekehrt verstärkt die Länge des Stabes den Widerstand - je länger der Stab, desto höher der Widerstand.Zusätzlich senkt der Widerstand mit zunehmender Kohlenstoffkonzentration in der Beschichtung und ermöglicht einen vielseitigen Bereich von Residen, indem diese Abmessungen während der Herstellung angepasst werden.

Metallfilmwiderstände

Metallfilmwiderstände, die für ihre Präzision und Stabilität bekannt sind, werden in einer Reihe von Toleranzen angeboten, darunter 2%, 1%, 0,5%, 0,25%und 0,1%.Sie haben Temperaturkoeffizienten (TCR), die von 10 bis 100 ppm/ k variieren, was sie ideal für die Verwendung in anspruchsvollen elektronischen Geräten macht, bei denen die Genauigkeit von entscheidender Bedeutung ist.Die Faktoren, die den Widerstand von Metallfilmwiderständen beeinflussen, sind eng mit ihrem Herstellungsprozess verbunden.Der Widerstand nimmt mit zunehmender Breite der geschnittenen Spiralrillen auf dem Metallfilm ab - breitere Schnitte führen zu einem geringeren Widerstand.Darüber hinaus führt die Erhöhung der Anzahl der Schichten des Metallfilms auch zu einer verminderten Resistenz.Dies ermöglicht es den Herstellern, die Eigenschaften des Widerstands genau zu steuern, indem die Tiefe und die Anzahl der Spiralschnitte angepasst werden.

6. Kohlenstofffilmwiderstände gegen Metallfilmwiderstände: Nachteile

Obwohl Metallfilmwiderstände im Hinblick auf den Frequenzgang am besten abschneiden, haben Kohlenstofffilmwiderstände aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer hohen Resistenz immer noch einzigartige Vorteile.Beide haben jedoch auch ihre Nachteile.

Nachteile von Kohlenstofffilmwiderstand

Temperaturempfindlichkeit: Kohlenstofffilmwiderstände haben einen signifikanten Temperaturkoeffizienten (TCR), der typischerweise zwischen -200 und -1000 ppm/k liegt.Dieser hohe TCR bedeutet, dass sich ihr Widerstand mit der Temperatur erheblich ändert, was bei temperaturempfindlichen Anwendungen problematisch sein kann.

Stabilitätsprobleme: Der Widerstandswert von Kohlenstofffilmwiderständen kann sich im Laufe der Zeit oder unter extremen Umgebungsbedingungen erheblich verändern.Diese Instabilität kann zu einer unvorhersehbaren Leistung führen, insbesondere bei Präzisions elektronischen Schaltkreisen, bei denen konsistente Widerstandswerte kritisch sind.

Physikalische Größe: Im Allgemeinen sind Kohlenstofffilmwiderstände im Vergleich zu anderen Arten von Widerständen größer.Für kompakte elektronische Geräte, auf denen der Raum begrenzt ist und die Miniaturisierung Priorität hat, kann die größere Größe ein Nachteil sein.

Nachteile von Metallfilmwiderständen

Kostenfaktor: Im Vergleich zu Kohlenstofffilmwiderständen beinhaltet die Produktion von Metallfilmwiderständen komplexere Prozesse und Materialien mit höherer Qualität, was zu höheren Herstellungskosten führt.Infolgedessen sind sie teurer, was für Projekte mit einem knappen Budget ein erheblicher Nachteil sein kann.

Leistungsdissipation: Metallfilmwiderstände können in Anwendungen, bei denen hoher Strom durch den Widerstand fließt, mehr Leistung auflösen.Dieser erhöhte Stromverbrauch kann zu Effizienzproblemen bei Stromkreisläufen führen, was zu höheren Betriebskosten und Wärmeerzeugung führen kann.

7. Zusammenfassung

Durch einen detaillierten Vergleich der Struktur, des Herstellungsprozesses, der elektrischen Leistung und der Anwendung von Metallfilmwiderständen und Kohlenstofffilmwiderständen sind ihre jeweiligen Vor- und Nachteile zu sehen.Metallfilmwiderstände sind aufgrund ihrer hohen Präzision, hohen Stabilität und niedrigen Geräusche die erste Wahl für die anspruchsvolle elektronische Ausrüstung geworden.Obwohl ihre Produktionskosten höher sind, sind sie zweifellos die beste Wahl für Anwendungen, die eine langfristige Zuverlässigkeit und eine präzise Kontrolle erfordern.Kohlenstofffilmwiderstände werden häufig in hochauflösenden und Hochspannungsschaltungen eingesetzt, für die aufgrund ihrer geringen Kosten, ihres hohen Widerstands und der einfachen Massenproduktion keine hohe elektrische Leistung erfordern.Im tatsächlichen Betrieb sollten die Ingenieure die Eigenschaften dieser beiden Widerstände sorgfältig abwägen und den am besten geeigneten Widerstandstyp basierend auf bestimmten Anwendungsanforderungen auswählen, um die Zuverlässigkeit und Leistungsstabilität des Schaltungsdesigns sicherzustellen.Sowohl Metal -Filmwiderstände als auch Kohlenstofffilmwiderstände spielen eine wichtige Rolle in der modernen elektronischen Technologie, und ihre kontinuierliche Entwicklung und Verbesserung werden weiterhin den Fortschritt und die Innovation der elektronischen Technologie fördern.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was ist der Unterschied zwischen Metallfilmwiderständen und Kohlenstofffilmwiderständen?

Metalloxidfilmwiderstände arbeiten in einem weiten Bereich von Widerständen und können einer höheren Temperatur standhalten als die Widerstände des Kohlenstofffilms.Geräuschdesign Im Gegensatz zu Kohlenstofffilmwiderständen, Metalloxidfilmwiderstände haben ein niedriges Geräuschdesign.Sie halten den Mindeststrom.Daher sorgt es weniger Lärm.

2. Können Metallfilmwiderstände anstelle von Kohlenstofffilmwiderständen verwendet werden?

Das Ersetzen ist Ihre Wahl.Sowohl der Carbonfilm als auch der Metallfilm werden gleich funktionieren.Einige mögen die Supergenauigkeit von Metallfilmen (1%, 2%usw.).Einige mögen Kohlenstofffilme, weil sie den Originalen anderswo im Empfänger ähneln.

3. Warum sind Kohlenstoffwiderstände nicht mehr die häufigsten?

Kohlenstoffwiderstände sind normalerweise nicht für große Strömungen ausgelegt.Wenn zu viel Strom diese Art von Widerstand durchläuft, wird der Punkt erwärmt, dass dauerhafte Schäden entstehen.Sogar Strömungen, die etwas zu groß sind, können Änderungen des Widerstands des Kohlenstoffmaterials verursachen.

4. Wie kann man feststellen, ob ein Widerstand ein Metallfilmwiderstand ist?

Kohlenstofffilmwiderstände haben eine Schicht schwarzer Schutzfarbe auf der Oberfläche.Wir können unterscheiden, indem wir die Farbe der Schutzfarbe betrachten.Metallfilmwiderstände verwenden normalerweise einen leuchtend weißen Schutzfilm.