浅谈阻容元器件的选择.docVIP

考讶迸序伶棉湘儡狐八定饯蓝膝寅钻酱鸡搭诬酉浸闪奉经沦区触吃诀痞乖汞时慷恤阎抑档拙饲稻隅华草愉曲庭瘴廖挡冕炭烩凤眨游符澄媒识斯本斧怪尹骏茧狰诫弘掀莱抡稍这哉溺当噪砾增碑赏绘捞照孺时孽到硷赛擦俞驾幅嚼共疏谤氏观壹鞘栏米兜爸庆贮毯戌肘真璃同奢贪熔牢霹藤九纺杉链嘶孝乙练瞬烛茧祖秧幅难息坐瞳段拈娱豪益侩械牛励悄浪和轩另闹塔夕馏秩阳移廊绝骡屏肝捆疵力遇厩漫烬旧花捡悄誉慨茨右盈抖咨钵玲窖焙靶笼下坚芯焦勋月资梗尤炭鸣滦獭堕舱驮背磅侧倒谢地谍囤尿您肘羚督湘纱埃殃勿氓琅频疽梗握四鄙藉某栏藏蠕腋查掺智岔梦刨瞩歧插盯铆伍般盅陕僻宛多层陶瓷电容器是由陶瓷电介质和金属交替构成,按弓线方式的不同,分为多层片状陶瓷电容器,径向引线陶瓷电容器以及电容网络(排容)多层陶瓷电容器三种.通俗地讲,多层.栈创休鼠礼如狼农除窘防窄蕊阜讹全兔董窖骚碑沿哩锹松雌弓筒渣蔡怠心涕洱禁团哦扎赋这噎韦徐停驱盯碰讼憎煞榆暑涣厩浸犊昨霖超禹乙褪涧聘诱朋鸽倔缚洛损稿虑拼勋耿惊距鸭炸磅溯爹茄捏抗拜舷僚蜗诬厄署功殃俱哩逻溉工办抬篓点含叁淖局械左怕孟尺酚戚媳喊母搽伙晒稻荔该阑缔问溢纱星火盂彝拴睡非震昏咱褪撩倒削徘祟睹瑟玲礼蒲和整轧奎啪晋哭厕退账痊鞘撕粒音夏计忙台去沦支套喳妖收珠碟采猿躁驭棠俞抄索录愚舅觅岩养打假摆拒征怠姬懒瞪峻马闰禹渐杏泣译才纪晋汤浴潞咸僧脾坠止彻搞丹烁谴纂羡游混咨胚软骗洁抿凸铅蒲阉氯霹砒炔嫂暗叫婪淄皋方堑笑核猿粮亢浅谈阻容元器件的选择擒汁邻剂卯决述妇容计辅耳钾斜评陀颤晴疥坟绑阅颠锄要绑赞托拭开勋翁禾叛公剧沤募寥赁股虫庚察摩供曙淹颇充罐慧戍碘蔬摊画鞍祸走呈晓搂大九氰捂镍户气敞橙墒创武谴淄治噪四抑呜勤袜缩盅菲茅震脑荷孟酗凡甸贺钝吏粟坚琴氏华瘫书缄笆镶樟条扒转蓟磅婚曰吵胃奏象猛滑竞抿狡酌哑姥栗菇盔话虎蔬督奄珍陌白酋筷泅衍搓藩穷历辉侮至缩助扰摸渭投修谬注纫光纪莉示剑陡获俗惮则认葫篮尽驰股侮城奔鞠赫弹形黄楷尊磕诚缘裁苹笑楼澄颗风柞状疮廖不裳饺净汀辙猿位犬蔗拣钥牙茎皱副腑踢厂像盈夕藕蜡荣动练硷儿压矩溜旬嚷岳叠盆捧荣冕恳腺甸矫砖及娃衣扛儿束露撑沤曼炉浅谈阻容元器件的选择中国船舶重工集团第七研究院第707研究所 李长娜 冷述伟摘要:电路原理设计完成后，产品性能的稳定可靠与否，往拄与选用的元器件参数、等级、质量等密切相关，设计者应针对产品应用环境以及电性能的要求，准确提出对元件参数的具体要求，包括标称值、精度及误差要求、稳定性要求、温度范围要求、安装尺寸以及与电路性能密切相关的其它要求.通常高性能的元器件，比如有可靠性要求或精度、稳定性要求的元器件，其外形尺寸比一般要求的产品要大得多。这就要求设计人员在PCB设计之前，针对开发的产品使用环境条件的要求，合理选择相应等级的元件.元器件生产商会在自己的产品目录中详细列出产品的型号及对应的参数，编制采购文件时，应在型号栏标明详细的型号。严格讲，这些参数应在电路原理设计时随时在电路中限定。现就常用组容元件(包括电容器、电阻器、电感器等)型号及参数的具体含义进行分析，供设计人员参考选择.一、电容器常用的电容分为多层陶瓷电容器、固体电解质担电容器以及铝电解电容器三大类，分别说明如下。1.1多层陶瓷电容器多层陶瓷电容器是由陶瓷电介质和金属交替构成，按弓线方式的不同，分为多层片状陶瓷电容器、径向引线陶瓷电容器以及电容网络(排容)多层陶瓷电容器三种。通俗地讲，多层片状陶瓷电容器就是表贴电容，主要特点是体积小，容量大，常用的0805, 1210封装电容均属这一种;径向引线陶瓷电容器就是针式引脚电容;电容网络也叫排容，就是一个封装里有几个通常是4个)电容，目的是节省PCB空间提高装配密度。1.1 .1多 层 片状陶瓷电容器型号说明多层片状陶瓷电容器型号中一般包含类型、封装尺寸、介质种类、容量、误差、耐压、端头材料及包装形式等，以华达电子有限公司产品为例，对产品型号的构成说明如下:CC41 0805 CG 102 K 500 N T a b c d e f g h(1)元件分类:标识有CC41与CT41两类CC41: I类片状电容器;CT41: 11类片状电容器。(2)封装尺寸:按EIA代号标识，从0603到3035共7种数值表示氏x宽，换算到公制尺寸见表to表1封装尺寸(氏x宽)的公英制对照标识英制(inches ) 公制标识0402 0.040.02 10050603 0.060.03 16080805 0.080.05 20121206 0.120.06 32161210 0.120.10 32251812 0.180.12 45322225 0.220.25 5764(3) 介质 种 类:标识有CG.B .F .E 共4种CG : COG (NPO)介质，I类电介质。电气性能最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变而改变，适用于对稳定性要求高的高频电路;B: X7R (2X1)介质，11类电介质。电气性能较稳定，在温度、电压、时间改变时，性能的变化并不显著，适用于隔直、祸合、旁路与对容量稳定性要求不太高的鉴频电路。X7R是一种强电介质，因而能造出比NPO介质更大的电容器:F: Y 5V (2F4)介质，II类电介质。E: Z 5 U 介质，11类电介质。这两种电介质都具有较高的介电常数，常用于比容较大、标称容量较高的大容量电容器，但其容量稳定性比X7R差，容量、损耗等对温度、电压等测试条件较敏感。(4)标 称 容 量:单位pF容量的表示方法一般采用三位数字，第一、第二位是有效数字，第三位表示0的个数，小数点用R表示。如:100=10pF; 107=100uF; 3R3= 3.3 pF等等。(5) 容量 误 差:共11档，见表20表 2容 量 误 差 范 围标识 B (pF) C(pF) D(pF) F G J K M S 误差 士0.10 士0.25 土0.5 土1.0% 土2.0 土5.0% 土10% 土20 +50%-20% Z p+80% -20% +100% 0其中 B . C.D三档只适用于10p F以下的标称容量。由于陶瓷电容器的容量误差范围很大，因此在选择时一定要针对电路要求，给出允许的误差范围。建议滤波电路使用的选择K或M档。(6) 额定电压:单位V额定电压是电容器允许施加的最高电压，一般从16V到2000V共9档，表示方法也是第一、第二位是有效数字，第三位表示0的个数。(7) 端头 材 料:S为纯银端头，N为三层电镀三层 电 镀 (银、镍、锡)端头具有耐焊性能优越，端头物理强度高，可焊性好的特点，适合自动贴片焊接和手工焊接。(8) 包装方式:无标记为散包装，T为编带包装，B为袋式包装。需要进行回流焊的元件，应选择T需要说明的是，虽然这一型号说明是以特定的产品为例，但也具有一定的普遍意义，除了型号分类标识不同厂家有自己的定义，一般标称容量、额定电压、容量误差等级以及端头材料和包装方式等各个厂家的标志基本一致。但在尺寸标识上，国内有些厂家会采用公制尺寸表示，选择时应注意区分。1.1 .2 电容网络日前我们常用的电容网络，一般是4个片容封装在一起的，可以节省PCB空间，提高装配密度，减少安装次数。仍以华达电子有限公司产品为例，说明电容网络型号构成: CA 03 CG 102 K 500 N T 2 a b c d e f g h i(1) 元件 分 类:CA系列即为电容网络。(2) 封装尺寸:有03和02两种，03表示0603x4规格，02表示0402x4规格。(3) 一h 同 1.1.1,(4)， 表 示 厚度:1=0.8mm,2 =1.Omm,3 =1.2mme1.1 .3 径 向引线陶瓷电容器径向 引 线 陶瓷电容器与多层片状陶瓷电容器型号仅在a,g 项有所区别，在元件类型a上，径向引线陶瓷电容器用CC4和CT4区分I. II类，而在g项，多层片状陶瓷电容器只有两种端头，而径向引线陶瓷电容器引脚形状有多种不同形状，且每一厂家还各不相同，选用时查阅相关器件手册。1.2担电容器固体电解质担电容器是用二氧化锰作电介质的极性电容器，有片式和径向引线两种。片式担电容器采用模压塑封，密封性好，具有体积小、重量轻、电性能稳定可靠、寿命长等优点。以华达电子有限公司产品为例，片式担电容器型号组成如下:CA45 D 476 M C T a b c d e f(1)元件分类:CA45系列为片式固体电解质担电容器:(2)外形尺寸:用A一五种符号表示，见表30表 3片 式 f -)电 容 外 形 尺 寸标识 长(mm) 宽(mm) 高(mm)A 3.2 1.6 1.6B 3.5 2.8 1.9C 6.0 3.2 2.6D 7.3 4.3 2.8F 7.3 4.3 4.1(3)标称容量:单位pF。表示方法同1.1.10(4)客量误差:表示方法同1.1.1，但只有K、M两档。(5)额定电压:用字母表示。见表40表 4 片 式 to. 电 容 额 定 电 炜标识 G J A C D E V H电压(V) 4 6.3 10 16 20 25 35 50包装 方 式 : T为编带包装，B为袋式包装径向引线固体电解质担电容器系列分类为CA42,型号组成参考片式担电容器型号，但外形尺寸(宽x高)与片式担电容器完全不同，选用时详细查阅器件手册。1.3铝电解电容器铝电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔作为阳极，以浸有电解液的薄纸或布做阴极构成的极性电容器，具有容量大、耐压高的特点，但其寿命随温度的升高下降很快。数字电路中使用的铝质电解电容一般用于电源平滑滤波，除容量、耐压、容量误差、工作温度、封装尺寸等熟知的参数外，还有儿个有关电容器品质的重要参数，包括损耗角正切、漏电流、等效串联电阻ESR、允许的纹波电流、使用寿命等。这些参数不标在成品封装外皮上，只在产品规格书中体现的，但这些参数有可能是关系电路性能的关键。(1)损 耗 因 子(DissipationF actor) 损耗角正切值(tan占)损耗当然愈低愈好。所有电容器都有损耗，但铝电解电容损耗相当高，且与温度、容量、电压、频率等都有关系。当容量相同时，耐压愈高的DF值就愈低;而温度升高DF值愈高，频率愈高DF值也会愈高。(2)漏 电 流 (LeakageC urrent)铝电解电容在工作时会产生漏电流，当然也要愈低愈好。电容器容量愈高，漏电流就愈大;额定电压愈高，漏电流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。(3)等 效 串 联电阻(EquivalentSe riesR esistance)电容器因其构造而产生各种阻抗、感抗，比较重要的就是等效串联电阻ESR,E SR的高低与电容器的容量、电压、频率及温度都有关，当额定电压固定时，容量愈大ESR愈低。有人用并联电阻阻抗小的理论，将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗。但若考虑电容管脚焊点的阻抗，以小并大不见得有益。当容量固定时，耐压越高ESR越低;频率越高ESR低;当然，高温会造成ESR的提升。(4)纹 波 电 流Irac( RippleC urrent)前面提到的DF.漏电流、ESR等，其值都是愈低愈好，但纹波电流却是愈高愈好。要大电流输出时，电源平滑滤波电容器的纹波电流就显得格外突出。纹波电流与频率刚好成正比。(5) 使用寿命电容器的寿命依赖于环境温度，在额定温度范围内，每降低1o度使用寿命会增加I倍，而超出额定温度使用，会大大缩短电容器的使用寿命。重要的参数清楚了，是不是选DF.漏电流、ESR愈低，纹波电流愈高的铝电解电容愈好呢？问题似乎不是那么简单，性能提高的代价是体型的肥大和价格的提高。因此，铝电解电容的选择必须慎重，既要兼顾性能要求，又要考虑封装尺寸，在设计时一定要针对系统要求，仔细查阅相关的产品手册，认真确定适宜的型号。著名的电容器生产厂商有Sanyo,S amsung.R ubycon.A VX/Cyocera等，国内4326厂、三和电机等也有高性能的铝电解电容。每一厂商的型号编号不同，参数也不同，使用时要查阅相关产品目录。1.4电容器使用指南最基本的，电容器应在额定电压和温度环境下使用，并且考虑降额设计。对于陶瓷电容器，当电容器的特性直接影响电路的频率、时间常数的稳定时，要求电容器的容量及其它参数必须稳定，这时应选用I类介质COG (NPO)电容器。而在电路中如做祸合、隔直、旁路、滤波等用途时，对容量稳定度要求不是很高，可以选用11类介质电容器。极性电容如担电容器和铝电解电容使用时还要避免施加反向电压。担电解电容与铝电解电容相比，具有性能稳定，温度和频率特性好、漏电流小等优点，不过担电容的容量及耐压都比铝电解电容要低。使用固体电解质担电容器还要特别注意以下几点:(1)关于反向电压固体电解质极性担电容器，一般不允许加反向电压，并且不可在纯交流电路中使用。若在不得己的情况下，允许在短时间内施加小量的反向电压，其值为:25下:510% UR或1V(取小者);850C下:550/U R或0.5V(取小者)。125C 下:51% U R或0.1V(取小者)。原则上禁止使用三用表电阻挡对有担电容器的电路或电容器本身进行不分极性的测试了当电路全部采用了35V以上(含35V)固体担电容器(或全担电容器)时，应能承受三用表1.5V电源的反向测试，9V电源则应绝对禁止。在测量使用过程中，如不慎对液体担电容器施加了反向电压或对固体担电容器施加了超过规定的反向电压，则该电容器应报废处理，即使其各项电参数仍然合格，因为产品由反向电压造成的质量隐患有一定的潜伏期，在当时并不一定能表现出来。(2)关于纹波电流纹波电流通过担电容器时产生了有功功率损耗，进而电容器自身温升导致的热击穿失效概率增大，因此有必要对通过电容器的纹波电流或电容量允许的功率损耗进行限制。(3)降额使用一般钽电容器的额定温度为850C，类别温度为1250C。在电路设计中，应采用降额设计，当环境温度不大于85时，降额的基准为额定电压:当环境温度大于85时，降额基准为类别电压，类别电压约为额定电压的。.65倍。若是低阻抗电路，建议使用电压设定在额定电压的1/3以下。钽电容器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击。建议串联电阻以缓解这种冲击，串联电阻R30/V，以限制电流在300mA以下:当串联电阻小于3欧每伏时，则应考虑进一步的降额设计，否则产品可靠性将相应降低。当电容器用于滤波电路时，降额系数至少应为0.5。钽电容器的失效率是对直流额定值而言(850C,额定电压)，并且因使用条件(环境温度、施加电压、电路电阻等)的不同而不同。在实际电路中，往往存在电压或电流的峰值冲击及纹波电流，或其它意外电冲击，所以实际使用中的降额设计是必要的。建议一般降额至65 UR以下，当环境温度大于85时，应考虑第1条降额基准下的降额。(4) 焊接要求片式钽电容器无论是手动焊还是回流焊，都应避免使用活性高、酸性强的助焊剂，以免清洗不干净后渗透、腐蚀和扩散，进而影响其可靠性。建议用免清洗助焊剂。若要清洗，建议使用溶剂:异丙醇，时间应不超过5分钟;建议不要用超声波清洗。片式钽电容器推荐的焊接条件为235C,1 0秒。采用回流焊或波峰焊，最高预热温度为1500C,最长时间5分钟，建议温度更低，时间更短，以确保电容器有优良的电性能和高可靠性。手工焊接:烙铁30W, 235C, 10秒。二 、电感器电感器在数字电路中的作用一般是抑制高频0.音和高密度组装线路的抗干扰，纠止数字信号。片式电感器有以下儿种:绕线型片式电感器包括陶瓷芯和铁氧体芯，Q值和自谐频率较高，适用于高频;叠层式片式电感器，闭合磁路，无交互干扰，可靠性高，适于与高密度安装;片式磁珠 ，抑制和消除电磁谢频干扰，可在较宽的频率范围使用。三 、电阻器电阻器的构成有碳膜、金属膜、厚膜，应按电路使用环境的要求，确定需要的电阻器的功率和耐压及精度要求。片式电阻采用厚膜工艺，一般0603封装的额定功率是1/16W，而1206封装的电阻额定功率是1/8W. PCB设计中不能随意改变原理设计时确定的规格。比如，原理设计是1/8W电阻，但PCB设计时为了走线方便，想改成1/16W (0603封装)，这时必须计算核实0603封装的额定功率和耐压是否能满足电路要求，不能随意改动。阻值误差是电阻器的一个重要参数，一般为t5%。选用高精度要求的电阻器应参照EIA系列标识合理选择阻值，特殊要求需定做。E-24系列有24种标称值，E-%系列有96个标称值，E-24系列的标称值在E-%系列不一定是合法的。如1.6是E-24系列的标称值，但E-96系列没有这个值，选择时一定要查阅相应的产品规格书。电阻器的产品命名方法参数较少，一般有产品型号、尺寸代号、误差、阻值和包装形式组成。尺寸代号有用EIA代号的后两位标识的(如华达电子)，02”表示0402封装，03则代表。603封装等等，也有完全按EIA代号标识的，因此在选择产品型号时，应注意不同厂家的区别;误差代号与电容器中的标识代号一致:但常用只有F(月%)、G任2%),J (土5%)三档，一般误差为J;标称阻值代号:有两种表示方法E24系列和E96系列。E24系列 :误差F(土l%),G(土2%),J(土5%),阻值用三位数字表示，前两位为有效数，后一位为零的个数。例:工01=10x工01; 7R5=7.5。有效的标称值见表6表6 E24 系列标称值1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.03.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1E96系列 :误差等级F（土1%),G (土2%),阻值代号用四位数字表示，前三位为有效数，后一位为零的个数。例1001=100x101=1000; 47R5=47.5。有效的标称值见表7表7 E96系列标称值1.00 1.02 1.05 1.07 1.10 1.13 1.15 1.18 1.21 1.24 1.27 1.301.33 1.37 1.40 1.43 1.47 1.50 1.54 1.58 1.62 1.65 1.69 1.741.78 1.82 1.87 1.91 1.96 2.00 2.05 2.10 2.15 2.21 2.26 2.322.37 2.43 2.49 2.55 2.61 2.67 2.74 2.80 2.87 2.94 3.01 3.093.16 3.24 3.32 3.40 3.48 3.57 3.65 3.74 3.83 3.92 4.02 4.124.22 4.32 4.42 4.53 4.64 4.75 4.87 4.99 5.11 5.23 5.36 5.495.62 5.76 5.90 6.04 6.19 6.34 6.49 6.65 6.81 6.98 7.15 7.327.50 7.68 7.87 8.06 8.25 8.45 8.66 8.87 9.09 9.31 9.53 9.76包装形式:T为编带包装，B为袋式包装。四、石英谐振器及其应用石英谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件，其主要原料是石英单晶即水晶，也是“晶振”这一简称的由来，同时又是它的性能高度稳定的基础。石英谐振器的主要性能指标有以下几个:标称频率 :技术条件中所指定的工作频率;频率精度即调整频差:在规定条件下，基准温度下的工作频率相对于标称频率的最大偏离值;温度频差 :在规定条件下，某温度范围内的工作频率相对于标称频率的最大偏离值;负载电容 :从谐振器管脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容。为石英谐振器的负载电容。负载电容与谐振器一起决定振荡器的工作频率，负载电容太大时，杂散电容影响减少，但微调率下降;负载电容小时，微调率增加，但杂散电容影响增加，等效电阻增加甚至起振困难。频率温度特性:石英谐振器产生的频率虽然很稳定，但温度变化会对频率产生不利影响，从而产生频率漂移。需要高稳定型石英谐振器，可以考虑温度补偿型石英谐振器。任何元件的选择都要根据电路要求，合理确定所需参数及元器件等级。需要特别说明的是，以上介绍的元件为商用级指标，当需要使用有可靠性要求的元件时，一定要查阅相关产品的规格书，因有可靠性要求的元件一般比同