長篇連載：第一章 電阻的基礎知識（4）
作者：開步 發表日期：2020-04-14 11:46:08
電抗/阻抗
電抗：由電流和電壓之間相移產生的交流阻抗的分量
阻抗：交流電路中有效電壓與有效電流的比率
電抗可以是感性的，也可以是容性的。在低阻值電阻(10歐姆以下)中，感性電抗通常大于容性電抗，而具有雙線繞制的高阻值的電阻則更有可能是容性電抗，可以采用PI型雙線繞制來改善電抗。
下圖以矢量表示法顯示了電阻器對交流信號響應的各個分量。“R”是器件的直流電阻， “XL”和“XC”分別是感抗和容抗。
下圖顯示了“XL”和“XC”的總和，留下了一個有效的凈值電抗“XT”。 阻抗“Z”的平方等于“R”和“XT”的平方和。除非“XL”恰好等于“XC”，否則交流阻抗始終大于直流阻抗。
頻率在兆赫茲以下，低阻值分流器和電流檢測電阻器對“XT”的響應很小，甚至沒有響應。因此，電抗的影響在很大程度上可以忽略不計。
熱電動勢
不同的金屬相互接觸時，接觸面的兩端會產生很小的電壓。該電壓會隨溫度變化而變化，因此稱為熱電動勢或熱電偶效應。熱電動勢的值是不同金屬組合的函數，產生的電壓的極性是正的還是負的，取決于組合的金屬連接件哪一側被認為是輸入端。幾乎所有的電阻器都有金屬組合，且通常用銅作為電極的端部。因此，銅是典型的參考金屬。以下是電阻器結構中使用的各種金屬和合金在以銅作為參考時的熱電動勢的簡表。
在電流檢測電路中，由于熱電動勢可能大于被識別的信號，所以熱電動勢是直流電路中使用的低阻電阻需要考慮的一個重要因素。熱電動勢在交流電路中通常不那么重要。
如前所述，熱電動勢具有極性，因此當電流流過一個電阻從銅到錳銅再回到銅，一端會產生+3uV/oC熱電動勢，另一端產生 -3uV/oC 熱電動勢。在電阻兩端溫度相同的理想情況下，熱電動勢是相互抵消的。制造商通過使用適當的金屬組合將熱電動勢效應降至最低，但用戶應考慮產品的安裝方式，以確保電阻器不會被其他組件影響，造成不均勻的加熱。下面左圖是電阻兩端溫度相同時的等效電路，右圖是一端受熱時的等效電路。請注意，當電阻器兩端允許存在10℃的溫差時，下面左圖中測得的100 uV 電壓降在右圖中變為130 uV電壓降。
噪聲
噪聲是電阻器內部有害的交流信號。噪聲分為兩種類型，在某些條件下它們是限制產品可用性的主要原因。熱噪聲：通常被稱為“約翰遜噪聲”，是由于電子在電阻性材料中的隨機運動，在兩極之間產生的微小波動電勢差。熱噪聲具有連續頻譜的特點，其大小與導電元件的材料或形狀無關，只隨溫度和電阻變化。
熱噪聲可以用下面公式表示：
K = 玻耳茲曼常數(1.38×10-23焦耳/開爾文)。
T = 絕對溫度(oC+273)。
R = 導體的電阻。
E = 熱噪聲電壓的均方根值。(f2-f1) = 帶寬，單位為赫茲。
由熱運動產生的噪聲電壓對可以放大且不會在噪聲背景中丟失的最小信號電壓設置了限制。
電流噪聲：由金屬或金屬合金(線繞等)構成的電阻的綜合噪聲非常低，基本上可以忽略。然而，當直流電流流過電阻時，如果電阻是由分散在絕緣基體中的導電粒子或由不完美晶格結構和雜質形成的薄膜所構成的產品，電流流過時所產生的電流噪聲將遠遠超過熱噪聲。
這種類型的噪聲由矩陣內導電粒子之間接觸電阻值的波動引起，并且在導電粒子較少的地方數值較大。它也可能出現在不良的金屬連接上，如冷焊。電流噪聲的頻譜不連續，出現在較低的音頻頻率范圍內。這使得厚膜電阻器在中頻應用環境下很難辨別非常小的信號。
噪聲指數 - 根據以下公式計算噪聲指數：
其中，噪聲電壓是電阻器產生的電流噪聲的均方根，直流電壓是在給定溫度下流經電阻器的電流所產生的電壓。噪聲指數通常以uV/V或電壓比的分貝數來表示，這些參數可以互換，如下圖所示。
下期預告：下期將進入第二章，主要介紹如何做好電阻選型，敬請期待