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影响电阻可靠性的因素

news 来源：原创 2025/8/2 13:10:01

一、影响电阻可靠性的因素：
影响电阻可靠性的因素有温度系数、额定功率，最大工作电压、固有噪声和电压系数

（一）温度系数
电阻的温度系数表示当温度改变1摄氏度时，电阻阻值的相对变化，单位为ppm/C.电阻温度系数的
计算公式为
TCR=（R1-R2）/（R1*△T）

实际应用时，通常采用平均电阻温度系数，其计算公式为
TCR平均=（R1-R2）/（R1*（T2-T1））
温度系数包括负温度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻只会发生突变的临界温度系数
不同类型电阻温度稳定性从优到次，依次为金属箔电阻，线绕电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻，碳膜电阻、有机实芯电阻，关于温度系数，有以下几点需要注意
（1）镀金井不是为了减小电阻，而是因为金的化学性质非常稳定，不容易氧化，可防止接触不
良（不是因为金的导电能力比铜好）
（2）众所周知，银的电阻率最小，在所有金属中，它的导电能力是最好的。
（3）其实镀金或镀银的电路板不一定就好，良好的电路设计和PCB设计比镀金或镀银对电路性能的帮助更大。
（4）银的导电能力好于铜，铜好于金。在制造电阻时不要局限于银，钢，金这儿种常见金属，面要
基于温度稳定性、电阻率、成本等因素综合考虑。常见金属的电阻率及其温度系数如表1.18.1所示

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（二）额定功率
贴片电阻目前较为常见的封装有10种，用两种尺寸代码来表示，一种是英制代码，是由
EIA（Electronic Industries Association，美国电子工业协会）制定的4位数字代码.前两位表示电阻的长，
后两位表示电阻的宽，单位是in（英寸）例如，常见的0603封装就是指英制代码，另一种是公制代
码.也由4位数字表示，其单位为mm。贴片电阻封装英制和公制的关系及详细的尺寸和对应的功率
如表1.18.2所示

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如0402为0.04inch=40mil=1mm
但是0201我没get到

（三）固有噪声
电阻的固有噪声产生于电阻中的一种不规则的电压起伏，是指其自身产生的噪声，包括热噪声和
过剩噪声

热噪声是由于导体内部不规的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化，在高于绝
对零度（-273℃或0K）的任何温度下，物质中的电子都在持续地热运动。由于其运动方向是随机的，
任何短时电流都不相关，因此没有可检测到的电流。但是，连续的随机运动序列可以导致热噪声。电
阻热噪声的幅度和其阻值的关系为

Vn2=4KbTRB（以V²/Hz为单位）(1.18.3)
式中，为Vn噪声电压，单位为V；K为玻尔兹曼常数，138×10-23J/K：T为温度，单位为K；R为电阻，单位
为Ω：B为带宽，单位为Hz
在室温下.式（1.18.3）可简化为
1.18.14
图1.18.1所示是热噪声和电阻的关系及电阻在25摄氏度的热噪声，虽然该噪声电压和功率很小，但
如果该电阻在一个高增益的有源滤波器中，则噪声可能会很明显。噪声与温度和电阻值平方根成正
比。带宽越宽，总功率越大。因此，使单位为dBm/Hz的功率幅度看上去很小，但给定带宽内的总功
率也会很大，如果把Vn使用公式Vn2/R转换成功率，其中R是噪声终端电阻，然后乘以Hz为单位的总
带宽，则所得的整个带宽上的总噪声功率对低噪声应用可能是不可接受的
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实际电阻的固有噪声往往远大于热噪声，超过热噪声幅度的噪声称为过剩噪声，与热噪声不同，过利噪声来源于电阻内部结构不连续性和非完整性，与电阻类型有非常大的关系。线绕电阻内部为金属体，不连续性很小，是过剩噪声最小的电阻：合成材料的电阻内部结构不连续，是过剩噪声最大的电阻。

这个固有噪声是不可避免的

（四）电压系数
电压系数是指在规定的电压范围内，电压每变化1V所引起的电阻阻值的变化量理想电阻两端电压与流过其中的电流成正比，其阻值与电压无关。但实际上，电阻导电粒子具有分散性，内部存在接触电阻，因面出现非线性关系，即电流和电压并不是严格成正比，阻值会随电压增大而减小。电压引起了电阻阻值的变化，必然会影响电阻分压、分流结果。电压系数就是每单位电压变化所引起的电值的百分比变化量，其公式表达式为

式中，R1为施加第一个电压（V1）时计算出的电阻值：R2为施加第二个电压（V2）时计算出的电阻值其中V2>V1，一个10GOhm电阻电压系数的典型值大约为-0.008%/V或-80ppm/V。所以，如果一个测量电路需要使用高阻值电阻，则在进行误差分析时，除考虑所有其他时间和温度等误差因素外，还必须考虑由电阻电压系数所引起的误差。

二、电阻的寿命
一般来说，电阻的失效率相对于其他器件来说是比较低的，所以一般很少评估电阻寿命。但是，
在高压高温时电阻的失效率会上升，所以仍需要掌握电阻的寿命情况
电阻寿命的影响因素如下。
（1）温度：温度过高可以很快使其烧毁
（2）环境的酸碱度：直接腐蚀电阻，导致其损坏
（3）外力：超过一定的力的限度，电阻就会断裂
所以，要使电阻寿命延长，散热要好，防止烧毁现象的发生：环境要干燥，无污染物：避免外力作用。
电阻值大的电阻寿命相对更长。兆欧级的电阻阻值很大，在低压中使用时由于功率消耗少，工作环境影
响甚微，一般寿命都很长，不需要特别注意（相对其他如电解电容等元件）。电阻寿命变短大都是在高压
工作时产生的。在高压工作场景，对电阻的制造工艺，使用材料都有相应的要求。由于电阻的实际功率
往往会达到电阻额定功率的上限，因此要严格限制电阻的环境温度，随着环境温度的升高，电阻的额定
功率会下降，另外，瞬间脉冲电压和涌浪电流也会对电阻成影响，对于引脚焊接不良，绝缘制程有瑕疵的产品，使用不久就会前烧毁，如果正确使用电阻，则电阻的使用寿命一般在100000小时以上
所以，像1M0hm这样的高阻值电阻应区分高压专用和一般用途。高压专用的电阻价格比一般电阻
高数倍，不过电阻终究是低价元件，面且在高压使用的电阻数量不是很多。对于高压大电流的场景，
留有足够的降额设计，可以有效延长电阻寿命
所以，电阻在使用和不使用的情况下寿命一定不同，电阻在不同的使用场景下寿命也会不同
电阻寿命包括负载寿命（Ld LifeStailay）和货架寿命
电阻在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数是表示电阻寿命长短的参数
电阻的负载寿命是指电阻在被使用的情况下预估的寿命，其与影响电阻的三方面因素（功率、温
度和使用时间）相关，电阻阻值变化的活跃期是在使用前的几百个小时内，电阻使用时间越长，其阻
值变化越是趋于稳定。这是由于随着时间的推移，电阻元素本身趋于稳定，或者电阻元素和基体之间
的应力逐渐释放。电阻的负载寿命的指标只能通过抽样测试，通过样品测试折算出产品的预计寿命。
这种测试至少需要1000h，且这种测试是破坏性的实验。电阻的负载寿命一般会被标注在器件资料
中，如图119.1所示（表示在70℃，反复上下电的条件下，电阻的负载寿命为1000h）

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电阻的货架寿命是指电阻在不被使用的场景下，只是存储在库房时的寿命。电阻的货架寿命取决于存储条件下的阻值稳定性。电阻的货架寿命和负载寿命一样，电阻存放时间越长，其阻值的变化越路于稳定。通常采用精密仪器来制造设备时，所用到的电阻不会立即使用，而是存储一段时间后再使用。另外，电阻的存储尤其要注意湿度控制，湿度对于任何电阻的阻值都会产生很大的影响。湿度一般控制在25%-75%。

三、电阻没有固定的额定环境温度
一般IC（Integrated Circuit，集成电路）或一些无源器件会有一个额定的环境温度，但是在电阻的
器件资料中一般没有一个固定的温度，只提供一个曲线，并且一些特性是基于工作在额定功率，环境
温度为70摄氏度条件下，下面是电阻器件资料中的特性参数。
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正是由于额定功率是基于70℃的环境温度的条件设定的，因此有些资料并不严谨地
将70摄氏度称为电阻的额定温度，所以有些工程师也很围惑：为什么电阻可以超过它的额定功率去使用？
其实，不管是无源器件还是有源器件，其某个位置的温度极限是由其材质，结构，自散热的条件决定
的。如果其自身发热量很少，或者发热量比较确定，则规格书会给一个明确的额定环境温度，这样便
于设计：但是，如果其自身发热量比较大，则需要将其自身功耗产生的热量叠加到环境温度中，以两者
叠加之后对自身不能造成不可恢复的损伤为前提，来约定其额定环境温度。也就是说，自身功耗变化
比较大的器件，其额定环境温度是动态的，其中表现最典型的就是电阻

从能量的角度来看，电阻是一个耗能元件，将电能转化为热
能任何物体都存在电，导体也不例外。读者可能有这样的体
验：电饭煲在煮饭时导线会有些许发热，究其原因，就是由于制造
导线的钢存在电阻，固然电阻很小，但是在煮饭的大电流状况下
仍会耗费局部电能，以热的方式散发出来，如图1.20.2所示
电阻通过电流时自身会消耗功率产生热量，所以电阻要标注能够承受的功率。

电阻的额定功率是指电阻在一定的气压和温度下长期连续工作所允许承受的最大功率。如果电阻上所加功率超过额定值，电阻就可能被烧毁。标称值有I/8W、1/4W、1/2W、1W.2W5W，10W等。由于电阻本身是发热的.并且电阻的功率可能是0W到额定功率之间的任意值，当电阻的功率变化时，电阻对环境温度的要求也随之改变，因此通常以70℃的环境温度为条件，来描述电阻的额定功率。随着电阻实际功率的下降，叠加在电阻上的功率产生的总的温升会下降，那么电阻能够承受的环境温度可以相应地提升在实际应用中，往往还需要了解不同温度点对应的额定功率，一般用一条曲线来标称电阻的额定功率和额定环境温度的关系，如图所示，当电阻达到100%额定功率时，其可以承受的最高环境温度为70℃

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四、浪涌对电阻有什么影响
浪涌是指施加于电路的瞬态大电压或瞬态大电流，电阻被施加浪涌电压或浪涌电流时，过度的
电应力会使电阻特性受到影响，最坏的情况是导致电阻后端的芯片损坏
常用的增强抗浪涌特性的方法如下
（1）使用抗浪涌性强的材料
（2）拉长电极间距，使电位梯度平缓，从而减少对芯片的损坏
（3）扩大电阻尺寸，则电极间距变大，抗浪涌性能变强。但使用大尺寸电阻需要更多的电路板空
间，如果电路板没有多余空间，则希望能在电阻小型化的同时确保抗浪涵性。不同尺寸电阻的抗浪涌
特性如表1.23.1所示
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如，一些公司推出的抗浪涌贴片电阻采用抗浪涌特性优异的材料，并采用独有的电阻体元件设
计，使电位梯度平缓，减轻对芯片的提坏。通用贴片电阻与抗浪滴贴片电阻的区别如图1.231和
图1.23.2所示

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