电子元器件基础知识培训教材ppt课件

1 电子元器件基础知识 部门 品质部版本 V0 0 掌握电子元器件的基本性能参数概况 了解电子元器件基本结构 了解电子元器件的各参数对电路的影响 了解电子元器件应用时的注意事项 通过本课程的学习 您将能够 课程学习目标 概述 电子元器件的质量因素 贴片电阻基础知识介绍 贴片电容基础知识介绍 贴片电感基础知识介绍 LED基础知识介绍 IC基础知识介绍 目录 一 概述电子元器件在国民经济中的地位 电子元器件的技术进步会促进科学技术的发展 电子元器件在国民经济中的重要地位 5 电子元器件在国民经济中的地位 电子元器件的技术进步会促进科学技术的发展现代新技术的兴起 是以新材料 新工艺和新型电子元器件为支柱的 其中新型电子元器件可以说是新技术的基础 实践证明 一种新型元器件的诞生 不仅可以促进科学技术的发展 还可能引发一场技术革命 当你打一个手机 你会发现它是由许多新型电子元器件组成的 这些元器件都是近几年生产出来的技术精华 正是它们的技术进步 才会使去粗大 笨重 功能简单的移动电话变成现在小巧灵便 功能强大的手机电子计算机的发展又是一个很好的例子 电子计算机从诞生到现在不过50多年 但它的发展迅速 使其成为20世纪人类科学技术的最卓越的成就之一 电子计算机发展如此神速的主要原因 是基础电子元器件从电子管到超大集成电路的发展中 有过多次重大的技术进步 电子元器件在国民经济中的重要地位电子工业是国民经济中的战略性工业 而其基础是电子元器件产业 电子元器件是一个品种众多 数量庞大的电子基础产品 任何一个电子装置 设备或系统都离不开它 它已广泛应用于国民经济的各个领域 因而可以说 电子元器件在国民经济中占有极为重要的地位 二 电子元器件的质量因素 温度系数噪声电动势和噪声系数高频特性机械强度可焊性可靠性 7 电子元器件的质量参数 电子元器件除有特性参数及规格参数外 往往还有专门规定的质量参数 用它来描述元器件特性参数和规格参数随环境因素变化的规律 电子元子器件的质量参数包括温度系数 噪声电动势 高频特性 机械强度 可焊性及可靠性等 温度系数电子元器件的特性及规格参数会随使用环境温度的变化而变化 温度每变化1 温度系数描述了元器件的数值稳定性 温度系数越小 它的数值越稳定 温度系还有正负之分 正温度系数表示 当环境温度升高时元器件的数值增加 负温度系数表示 当环境温度升高时元器件的数值减少 电子元器件的温度系数主要取决于元器件的制作材料 例如碳膜电阻器的温度系数较大 为1500X10 6 而精密绕线电阻器的温度系数却很小 仅为10X10 6 除了制件材料外 元器件的结构及制件工艺等因素也会对温度系数产生影响 噪声电动势和噪声系数在电子设备中 放大器的输出端输出有用的信号外 还同时输出有害的干扰信号 这种干扰信号有的是从电子设备外部产生的 如雷电 工业设备的打火放电都会通过电磁波辐射 由电子设备接收 放大后形成干扰信号 有的干扰信号是由电子设备内部产生的 电子元器件和电路本身都会产生干扰信号 由电子设备内部产生的这种干扰信号通常中做内部噪声 8 内部噪声主要由各种电子元器件产生的 我们知道 导体内部的自由电子在一定的温度范围总是处于无规则的热运动状态之中 从而在导体内部形成了方向及大小都随时间不断变化的 无规则 的电流 并在导体的等效电阻两端生产噪声电动势 噪声电动势是随机变化的 它在很宽的频率范围内都起作用 由于这种噪声是自由电子的热运动产生的 通常把它叫热噪声 除了热噪声之外 各种电子元器件由于制造材料 产品结构及生产工艺的不同 还会产生其他类型的噪声 例如 碳膜电阻因碳粒之间的放电而产生的噪声 半导体管内部载流子产生的散粒噪声等 通常用信噪比来描述电阻 电容 电感等无源元件的噪声程度 即 信噪比 S N式中 S 元件两端所加信号电压 N 元件内部所产生的噪声电动势 对于半导体管或集成电路等有源器件的噪声 则用系来衡量 即 噪声系数 F Si Ni S0 N0 式中 Si Ni 输入端信噪比S0 N0 输入端信噪比 9 高频特性在不同的工作频率条件下 电子元器件会出现不同的频率响应 这种现象主要是同制造元器件时所使用的材料及元器件结构所造成的 在通常条件下 在分析电路时往往把电子元器件做为理想元件来考滤 但当它处于高频状态时 原来不突出的特性就会表现出来 例如 线绕电阻在直流或低频电路中工作时 可以被看成理想电阻 而当它工作在高频时 线绕电阻绕组形成的电感及分布电容便被突出出来 当频率足够时 其电抗值就会远远大于电阻值 除此之外 元器件的排列布置结构也应慎重 否则也会产生不同的频率响应 机械强度电子元器件的机械强度是重要的参数之一 电子元器件被装入电子设备 便会同设备一起经受使用环境的考验 若设备内电子元器件的机械强度不高 就会在设备使用过程中受振动或冲击的作用时发生断裂 使电子设备无法正常工作 在恶劣条件下使用的电子设备 应选用机械强度高的元器件 可焊性可焊性也是电子元器件的质量参数之一 电子元器件的 虚焊 是造成电子设备故障的常见原因之一 造成电子元器件 虚焊 的原因有两个方面 一方面是元器件的可焊性差 另一方面就是焊接元器件的工艺水平低下 可靠性可靠性是电子元器件的一项重要的指标 电子元器件的高可靠性体现在一些性能指标上 如寿命 功率 高频特性 抗机械应力特性 抗静电性 抗辐射性能 耐压性及适应环境的能力等 概括地说 就是在规定的条件下 在规定的时间内完成规定的性能作用的能力 这种能力的大小就是可靠性 三 电阻基础知识介绍 电阻 贴片电阻的基本定义贴片电阻的封装尺寸贴片电阻的结构构成贴片电阻的常见命名方法贴片电阻的主要特性参数 11 电阻的定义电阻 Resistance 通常用 R 表示 是一个物理量 在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小 导体的电阻越大 表示导体对电流的阻碍作用越大 那么具有一定阻值 几何形状和一定技术性能的能够对通过电路的电流产生阻碍作用的电子元件就叫做电阻器 电阻器 Resistor 在日常生活中一般直接称为电阻 是一个限流元件 将电阻接在电路中后 电阻器的阻值是固定的 一般是两个引脚 它可限制通过它所连支路的电流大小 阻值不能改变的称为固定电阻器 阻值可变的称为电位器或可变电阻器 用符号R表示 单位为欧姆 千欧 兆欧 分别用 K M 表示 贴片电阻片式固定电阻器 从ChipFixedResistor直接翻译过来的 俗称贴片电阻 SMDResistor 是金属玻璃铀电阻器中的一种 是将金属粉和玻璃铀粉混合 采用丝网印刷法印在基板上制成的电阻器 特点 体积小 重量轻适应再流焊与波峰焊电性能稳定 可靠性高装配成本低 并与自动装贴设备匹配机械强度高 高频特性优越 12 贴片电阻封装尺寸 备注 我们俗称的封装是指英制 尺寸公差不同的厂家存在一定的差异 13 贴片电阻结构构成 14 国内贴片电阻的命名方法 例子 1 RS 05K102JT2 RS 05K1002FTR 表示电阻S 表示功率 0402是1 16W 0603是1 10W 0805是1 8W 1206是1 4W 1210是1 3W 1812是1 2W 2010是3 4W 2512是1W 05 表示尺寸 英寸 02表示0402 03表示0603 05表示0805 06表示1206 1210表示1210 1812表示1812 10表示2010 12表示2512K 表示温度系数为100PPM102前两位表示有效数字 第三位表示10的N次方 基本单位是 102 1000 1K 1002前三位表示有效数字 第四位表示10的N次方 基本单位是 1002 10000 10K J 表示误差精度F表示 l G表示 2 J表示 5 K表示 10 T 表示编带包装 15 实际应用当中只标写102 1002为了区分是精度为 5 1 的电阻 于是 5 1 的电阻分别用3位 4位数来表示 这样也就是说102 1K 精度为 5 1002 10K 精度为 1 0 22 0 22R R22 只要是R在最前面 即表示阻值小于1 2 2 2R222 22R22 1 22R1220 220R 只要是出现R或R在最后面 即表示阻值小于1K 贴片电阻的主要特性参数 阻值 精度 尺寸 16 贴片电阻生产流程 四 贴片电容基础知识介绍 贴片电容的基本定义贴片电容的结构构成贴片电容的封装尺寸贴片电容的分类贴片电容的常见命名方法 18 贴片电容的定义多层片式陶瓷电容器 MultilayerCeramicCapacitor MLCC 简称贴片电容 是由印好电极 内电极 的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合而成 经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片 再在芯片的两端封上金属层 外电极 从而形成我们常说的贴片电容 用符号C表示 在国际单位制里 电容的单位是法拉 简称法 符号是F 由于法拉这个单位太大 所以常用的电容单位有毫法 mF 微法 F 纳法 nF 和皮法 pF 等 换算关系是 1法拉 F 1000毫法 mF 1000000微法 F 1微法 F 1000纳法 nF 1000000皮法 pF 特点 隔直流同交流体积小 容量大寿命长 可靠性高适合表面贴装 SMT 无极性击穿时不燃烧爆炸 安全性高 19 贴片电容的结构构成 陶瓷介质 内电极 外电极 20 贴片电容封装尺寸 备注 我们俗称的封装是指英制 尺寸公差不同的厂家存在一定的差异 21 贴片电容的分类 22 NPO电容NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器 它的填充介质是由铷 钐和一些其它稀有氧化物组成的 NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一 在温度从 55 到125 时容量变化为0 30ppm 电容量随频率的变化小于 0 3 C NPO电容的漂移或滞后小于 0 05 相对大于 2 的薄膜电容来说是可以忽略不计的 其典型的容量相对使用寿命的变化小于 0 1 NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同 大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好 下表给出了NPO电容器可选取的容量范围 封装DC 50VDC 100V08050 5 1000pF0 5 820pF12060 5 1200pF0 5 1800pF1210560 5600pF560 2700pF22251000pF 0 033 F1000pF 0 018 FNPO电容器适合用于振荡器 谐振器的槽路电容 以及高频电路中的耦合电容 23 X7R电容X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器 当温度在 55 到125 时其容量变化为15 需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的 X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的 它也随时间的变化而变化 大约每10年变化1 C 表现为10年变化了约5 X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用 而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下 它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大 下表给出了X7R电容器可选取的容量范围 封装DC 50VDC 100V0805330pF 0 056 F330pF 0 012 F12061000pF 0 15 F1000pF 0 047 F12101000pF 0 22 F1000pF 0 1 F22250 01 F 1 F0 01 F 0 56 F 24 Z5U电容Z5U电容器称为 通用 陶瓷单片电容器 这里首先需要考虑的是使用温度范围 对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本 对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量 但它的电容量受环境和工作条件影响较大 它的老化率最大可达每10年下降5 尽管它的容量不稳定 由于它具有小体积 等效串联电感 ESL 和等效串联电阻 ESR 低 良好的频率响应 使其具有广泛的应用范围 尤其是在退耦电路的应用中 下表给出了Z5U电容器的取值范围 封装DC 25VDC 50V08050 01 F 0 12 F0 01 F 0 1 F12060 01 F 0 33 F0 01 F 0 27 F12100 01 F 0 68 F0 01 F 0 47 F22250 01 F 1 F0 01 F 1 FZ5U电容器的其他技术指标如下 工作温度范围10 85 温度特性22 56 25 Y5V电容Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器 在 30 到85 范围内其容量变化可达22 到 82 Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4 7 F电容器 Y5V电容器的取值范围如下表所示封装DC 25VDC 50V08050 01 F 0 39 F0 01 F 0 1 F12060 01 F 1 F0 01 F 0 33 F12100 1 F 1 5 F0 01 F 0 47 F22250 68 F 2 2 F0 68 F 1 5 FY5V电容器的其他技术指标如下 工作温度范围 30 85 温度特性22 82 26 主要MLCC主要生产厂家 日本京瓷 KYOCERA 村田 Murata TDK 韩国三星 SAMSUNG 国巨 YAGEO 华新科 WALSIN 大陆有名的则是宇阳 EYANG 风华高科 三环 容选形时需要考虑的因素很多 以下探讨了MLCC的电容选形要素 选型要素 参数 电容值 容差 耐压 使用温度 尺寸 材质介质的性能 C0G电容器具有高温度补偿特性 适合作旁路电容和耦合电容 X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器 适合要求不高的工业应用 Z5U电容器特点是小尺寸和低成本 尤其适合应用于去耦电路 Y5V电容器温度特性最差 但容量大 可取代低容铝电解电容 贴片电容的选型 27 贴片电容的常用命名方法 贴片电容的命名所包含的参数有贴片电容的尺寸 材质 精度 耐电压 容量 端头的要求以及包装的要求 一般订购贴片电容需提供的参数要有尺寸的大小 要求的精度 电压的要求 容量值 以及要求的品牌即可 例1 Murata贴片电容命名方法 例2 Samsung贴片电容命名方法 28 例3 WALSIN贴片电容命名方法 29 贴片电容生产流程 30 五 电感基础知识介绍 电感的定义及作用电感的主要特性参数贴片电感的分类 31 电感的定义及作用电感是导线内通过交流电流时 在导线的内部及其周围产生交变磁通 导线的磁通量与生产此磁通的电流之比 通俗的说就是利用电磁感应的原理工作 其主要作用是阻交流通直流 阻高频通低频 也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力 很难通过 而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小 即低频信号可以较容易的通过 电感线圈对直流电的电阻几乎为零 其在电路中主要起到滤波 振荡 延迟等作用 电感的符号与单位电感符号 L电感单位 亨 H 毫亨 mH 微亨 uH 1H 103mH 106uH 32 电感量L电感量L表示线圈本身固有特性 与电流大小无关 除专门的电感线圈 色码电感 外 电感量一般不专门标注在线圈上 而以特定的名称标注 感抗XL电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL 单位是欧姆 它与电感量L和交流电频率f的关系为XL 2 fL 品质因素Q品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量 Q为感抗XL与其等效的电阻的比值 即 Q XL R 线圈的Q值愈高 回路的损耗愈小 线圈的Q值与导线的直流电阻 骨架的介质损耗 屏蔽罩或铁芯引起的损耗 高频趋肤效应的影响等因素有关 线圈的Q值通常为几十到几百 采用磁芯线圈 多股粗线圈均可提高线圈的Q值 分布电容线圈的匝与匝间 线圈与屏蔽罩间 线圈与底版间存在的电容被称为分布电容 分布电容的存在使线圈的Q值减小 稳定性变差 因而线圈的分布电容越小越好 采用分段绕法可减少分布电容 允许误差 电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数 标称电流 指线圈允许通过的电流大小 通常用字母A B C D E分别表示 标称电流值为50mA 150mA 300mA 700mA 1600mA 电感的主要特性参数 33 A 小功率贴片电感器小功率贴片电感器有三种结构 绕线贴片电感器 多层贴片电感器 高频贴片电感器 1 绕线贴片电感器绕线贴片电感器是用漆包线绕在骨架上做成的 根据不同的骨架材料 不同的匝数而有不同的电感量等 2 多层贴片电感器多层贴片电感器是用磁性材料采用多层生产技术制成的无绕线电感器 采用铁氧体膏浆及导电膏浆交替层叠并采用烧结工艺形成整体单片结构 有密封的磁回路 有磁屏蔽作用 1 绕线贴片电感2 多层 叠层 贴片电感3 高频 微波 贴片电感器高频 微波 贴片电感器是在陶瓷基片上采用细密薄膜多层工艺技术制成 具有高精度 2 5 且寄生电容极小 B 大功率贴片电感器大功率贴片电感器都是绕线型的 主要用于电源 逆变器中 用作储能器件或大电流LC滤波器件 降低噪声电压输出 它由方形或圆形工字形铁氧体为骨架 采用不同直径的漆包线绕制成 贴片电感的分类 六 贴片LED基础知识介绍 贴片LED的定义贴片LED的分类贴片LED的正负极识别方法贴片LED的内部结构光谱贴片LED的关键参数 35 贴片LED的定义贴片LED也叫做SMDLED 贴片发光二极管 它的发光原理就是将电流通过化合物半导体 通过电子与空穴的结合 过剩的能量将以光的形式释出 达到发光的效果 特点 发光原理是属於冷性发光 而非藉由加热或放电发光 所以元件寿命比钨丝灯泡长约50 100倍 约十万小时 无需暖灯时间 点亮响应速度比一般电灯快 约3 400ns 电光转换效率高 耗电量小 比灯泡省约1 3 1 20的能源消耗 耐震性佳 可靠度高 系统运转成本低 易小型 薄型 轻量化 无形状限制 容易制成各式应用 反光二极管的元件符号及正负极使用过程中一定要注意区分LED的正负极 36 贴片LED的分类常规SMDLED封装一般有如下几种 金属支架片式LED 1 金属支架型 0402 0603 0805 1206 3mm 5mm 6mm等 2 金属支架 俗称小蝴蝶 型 2mm 3mm等 3 TOPLED 白壳 型 1208 30 20 1311 35 28 等 4 侧光LED 0905 22 12 1605 40 14 等 37 PCB片LEDPCB板型 0402 0603 0805 1206等PCB片LED式我司常用的LED类型 在使用过程中一定要特别注意LED的正负极 避免出错 导致功能失效或损坏LED 38 如何有效区分LED的正负极 1 从外观上直观区分当抛料手贴或漏件需补焊及不良品LED灯维修时 应特别注意灯的极性 1 可从灯的引脚端直接识别的绿色为灯的负极 39 2 可以从灯的外形上直接识别出缺口的方向为负极 40 2 用万用表检测 将黑表笔 负极 插入万用表二极管功能COM口 红表笔插入V 一端 将万用表指针打到二极管功能处 红黑表笔互相解碰三次 有较响的滴 滴声时 说明电量充足 将红黑表分别放到LED灯的两焊盘端 观查是否发光 能发光时 红表笔对应的焊端是灯的正极 黑表笔对应的焊端是灯的负极 第一次不发光时 保持LED灯的位置不变 交换红黑表笔位置 若发光则红表笔对应的焊端是灯的正极 黑表笔对应的焊端是灯的负极 注意事项 1 由于LED灯是静电敏感元件 在测试的过程中要戴好防静电手套 并在有静电皮的台面上操作 2 用表的红黑表笔一定不要插错位置 3 当灯在交换表笔仍不能发光时 请检查两个表笔要接触良好 换两到三个灯再测一次 更换15V直流电源 将电压从2 3V每隔0 5V向上加直到灯亮 41 贴片LED的内部结构 芯片 LED的核心组成部分 是一个PN结半导体结构 起发光作用 银胶 固定芯片 导电和散热的作用 环氧树脂 固定芯片 绝缘和散热的作用 金线 连接芯片和电极 导电作用 42 光谱光是一种电磁波 速度为 30 10000km s 可见光波长为780 380nm 纳米 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 波长比380nm再短的电磁波是看不见的因为它们是在紫光的 外边 因