電阻器作為一個(gè)實(shí)體物質(zhì),其所能承受的熱量是有限的;超過其限度,阻值會(huì)發(fā)生較大的變化,甚至開路。
電阻器的額定功率:指電阻在正常氣候條件下(如大氣壓、環(huán)境溫度等),長時(shí)間連續(xù)安全工作可耗散或可承受的最大功率。一般我們?nèi)?0℃靜止自由空氣中為額定功率的最大工作溫度點(diǎn),電阻額定功率記為P70。電阻實(shí)際使用時(shí),需要留有一定的功率余量,建議為額定功率的一半。
我們注意到電阻的額定功率建立在確定的環(huán)境條件和在長時(shí)間連續(xù)安全工作的基礎(chǔ)上。在這個(gè)過程中,電阻存在發(fā)熱和散熱兩種變化,最終電阻會(huì)達(dá)到一個(gè)熱平衡,并在其電阻體上建立起恒定的表面溫度。該表面溫度高于環(huán)境溫度,并在電阻體可接受的范圍內(nèi)(即阻值波動(dòng)在允許范圍內(nèi))。額定功率就是這么一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的熱臨界值;超過額定功率,那么熱平衡時(shí),電阻體上的表面溫度就超出電阻可接受的范圍。
如果我們能影響電阻的發(fā)熱與散熱能力,就能改變電阻的額定功率。電阻的額定功率取決于電阻的幾何尺寸、電阻材料的允許溫度、基板的熱導(dǎo)率、環(huán)境條件等。電阻尺寸越大、電阻材料耐受能力越強(qiáng)、基板的熱導(dǎo)率越高,環(huán)境溫度越低或有空氣流動(dòng),那么電阻的功率就越大。另外,可以通過安裝散熱器來改善電阻器的散熱能力。當(dāng)環(huán)境溫度超過70℃額定功率最大工作溫度點(diǎn),散熱空間被壓縮,那么電阻也必須減少發(fā)熱量,即降額。當(dāng)環(huán)境溫度接近電阻器允許溫度時(shí),此時(shí)如果再施加功率,電阻器的熱量將無法正常散出,可能導(dǎo)致電阻燒毀。因此電阻長時(shí)間連續(xù)工作時(shí),必須參照降功耗曲線。
短時(shí)間內(nèi),電阻的溫度可以高于其允許溫度;為了測試其耐受能力,我們通常會(huì)施加2-10倍的功率,持續(xù)5s,即短時(shí)過載測試,考驗(yàn)電阻的過載能力。
除了額定功率外,電阻在使用過程中,會(huì)碰到單個(gè)脈沖,或者是周期性脈沖的情形。為了更好描述此過程,我們引入電阻“最大脈沖功率”概念。
電阻最大脈沖功率:電阻工作時(shí)所能承受的最大瞬間電壓,記作Ppulse;一般Ppulse要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P70。
在很多情況下,經(jīng)過電阻的瞬間電壓非常大,持續(xù)時(shí)間卻很短,即電阻產(chǎn)生的熱量非常小。對(duì)于單個(gè)脈沖來說,單次發(fā)熱時(shí)間很短,散熱時(shí)間卻是無窮長的,即單個(gè)脈沖的平均功率非常小,但是峰值功率卻很大。這個(gè)瞬間的微小熱量具有足夠大的熱能量密度來損壞電阻,使得阻值發(fā)生劇烈變化。