常用电子元器件基础

常用电子元器件基础第一页，共37页。目录电阻、电容、电感、磁珠案例分析二极管工作原理三极管工作原理2023/4/16第二页，共37页。电阻物理特性尺寸，片式电阻的封装尺寸描述为“0402”、“0603”，同电容封装。一般地温度范围为：-55℃～125℃，在70℃以前，器件正常使用，70℃到125℃时功率降额使用。2023/4/16第三页，共37页。电阻作用电阻应用：分压、匹配、限流、最小负载，上下拉、与其它器件配合滤波等选用时注意封装尺寸、功率降额；当流经电阻的信号为直流信号时：

P＝U*U/R＝I*I*R＝U*I当流经电阻的信号为交流信号时：

P＝P直＋P交 其中：

P直＝U（静）*U（静）/R；

P交＝U（交流有效值）*U（交流有效值）/R2023/4/16第四页，共37页。电阻相关的checklist1保险管（保险电阻）必须标注额定工作电流，统一以A为单位标注。匹配电阻（或电容）等应按照实际PCB上靠近芯片的位置，在原理图中放置在所靠近芯片附近，如果放置不下应用文字说明。原理图中兼容设计电路及选焊电阻，需要加(虚线框)并配以文字(DNS或*)说明指示灯设计必须标注正确功能说明，指示灯电路的串联电阻要靠芯片侧放置单板信号通道上的网络都需要命名，包括匹配电阻前后（磁珠前后），对于关键属性如VCC/CLK/RST或差分信号增加属性标识2023/4/16第五页，共37页。电阻相关的checklist2二次电源模块需要按照器件资料推荐参数进行周边电路设计，不能远离电源模块限流电阻的功率降额一定要满足设计要求，检查功率降额。走线较长的TTL/CMOS/LVTTL/LVCMOS电平的信号是否加了匹配电阻，是否放在输出端，特殊情况需要仿真确定电平转换时候，转换器前增加正确的偏置电阻逻辑器件的输出阻抗匹配优选片内匹配电阻，对于功耗较大的器件可考虑使用片外匹配上拉电阻驱动能力是否足够，下拉电阻计算下拉是否足够0欧姆可用于跳线、桥接、单点接地等功能2023/4/16第六页，共37页。电阻应用举例244驱动芯片实现下拉功能。以上2个图，正确与否？上图的电阻R1、R2、R3分别作用？R3的阻值范围？（VCC=3.3V）LVTTL电平的Voh=2.4VVih=2.0V2023/4/16第七页，共37页。电容等效模型:主要应用场景：电源滤波、旁路、去耦、耦合、AC端接、X/Y电容应用等滤波电容主要用于电源系统，以提供较小的纹波电压；旁路电容目的是就近提供瞬态电流；去耦电容主要用于抑制数字逻辑电路中多个门同时开关所产生的尖峰电压，以保证电源电压的稳定，满足信号完整性（SignalIntegrity）要求。2023/4/16第八页，共37页。电容特性描述对于低频信号，纹波电压主要由C及ESR决定。增大C及减小ESR对降低纹波电压有效。ESR对于高频还是低频都应该保证较小值在高频情况下，纹波电压V主要由ESL决定，影响高频电路阻抗的不光是电容的寄生电感ESL，还要考虑电容与电源及地构成的回路面积、PCB的厚度、电容的高度、通孔的直径及长度、走线的长度等，这些寄生电感都能够达到数百pH。2023/4/16第九页，共37页。各种类型电容及特点(一)陶瓷电容:在高频率范围得到广泛应用,在电源入口处，采用1.0~10uFMLCC（多层陶瓷电容）加0.1uF或0.01uF效果好于4.7uF钽电解电容加0.01uF陶瓷电容2023/4/16第十页，共37页。各种类型电容及特点(二)铝电解电容电解电容容量可以做得比较大，因此铝电容广泛应用于低频滤波场合；在数十千赫到数百千赫下，则由ESR确定，由于铝电解电容的ESR较大，其阻抗频率幅度特性曲线一般为U形，而不像瓷片电容由于ESR小，在谐振频率点处会有一个明显的下尖而呈现的V形；通用铝电解电容的ESR范围在10mΩ～10Ω2023/4/16第十一页，共37页。各种类型电容及特点(三)钽电容通过将钽粉压制成型后，经高温真空烧结成一多孔的坚实芯块（圆柱形状），芯块经过阳极化处理在表面生成氧化膜，再被覆固体电解质，然后覆上一层石墨及铅锡涂层，最后用树脂包封成为固体钽电容容量和电压有一定范围，一般从0.1uF~1000uF（范围为1uF～220uF）；工作电压为6.3V～50V。钽电容容量温度特性较稳定，甚至低温至-200℃时，其容量才减小不过10%

2023/4/16第十二页，共37页。电容审查Checklist1对陶瓷电容的关注点单板布线时不要把陶瓷电容布放在应力区，例如单板的边缘、紧固件附近等等，最大限度地使多层陶瓷电容器，避开在工艺过程中可能产生较大机械应力的区域。除了NPO电容比较稳定外，X7R电容和Z5U电容（或Y5V）容量具有随温度和偏压变化的特性，尽量避免选用Z5U、Y5V介质的陶瓷电容器，在选用了Z5U、Y5V介质陶瓷电容器时，确定其电容量的大幅度漂移特性不会影响线路功能。对各种器件工作主频在20M以下的用0.1u电容去耦，20M以上的使用0.01u电容去耦。2023/4/16第十三页，共37页。电容审查Checklist2对铝电解电容的关注点电容工作的环境温度不能超过规格规定的工作温度，不超过额定电压必须保证铝电解电容的外壳和PCB上的走线、负接线端、正接线端有良好的电绝缘。电路设计时，不要在铝电解电容的附近放置发热元件，即使在PCB板反面的电容下面也不能放置。铝电解电容的电特性与温度和频率的变化有很大关系，电路设计中要考虑温度和频率变化的影响。2023/4/16第十四页，共37页。电容审查Checklist3对钽电容的关注点钽电容抗浪涌能力较弱，使用时要放在铝电解电容后面。使用时要，要注意钽电容的极性，正负不能接反。电压降额至少是50%，在高温（>50℃）情况下至少要降额70％。在上下电受到浪涌冲击电流过大时（单颗电容浪涌电流>3A、电压变化率>0.01V/us或每伏上升时间<100us），降额最好还能加大，同时应选择多个电容并联的方式来分摊冲击电流。15V以上直流电压的滤波不建议使用钽电容，特别是在上电较快的电源输入口处。2023/4/16第十五页，共37页。案例2023/4/16第十六页，共37页。案例2问题描述：某批次晶振滤波电容离PCB板边沿太近，切割PCB时机械应力使电容弱损伤，网上运行一段时间之后电容烧毁导致电源对地短路。占所有失效数的10％左右。原因分析：刚开始使用钽电容，两端焊极有一定弹性。由于后来钽电容供货紧张，将此电容换为陶瓷电容。由于陶瓷电容两端焊极无弹性；2023/4/16第十七页，共37页。10UF2023/4/16第十八页，共37页。什么是电感？电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电流越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数（固定不变的），也叫做电感。通常有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈。电感的单位是亨(H),也常用毫亨(mH)或微亨(uH)做单位。1H=1000mH,1H=1000000uH。2023/4/16第十九页，共37页。常见电感形式2023/4/16第二十页，共37页。电感特性描述电感是储能元件,电感多用于电源滤波回路，侧重于抑止传导性干扰。电感的主要参数是直流电阻（R）,额定电流，品质因素Q等电感的特性：普通电感的感抗X，是随频率的升高而增大的谐振电路中，电感必须具有高的Q=X/R，电感偏差小，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要求2023/4/16第二十一页，共37页。什么是磁珠？磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。通常，少于一匝（导线直通磁环）的线圈习惯称之为磁珠。如图所示。2023/4/16第二十二页，共37页。2023/4/16第二十三页，共37页。磁珠电源滤波的效果上应尽量使用磁珠磁珠的特性：磁珠选用时注意通流能力、ESR和高频时的电阻值2023/4/16第二十四页，共37页。磁珠的单位磁珠的单位是欧姆，而不是亨特，这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准，比如1000R@100MHz，意思就是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆。2023/4/16第二十五页，共37页。二者区别磁珠电感1铁氧体磁心和线圈2能量转换（消耗）器件，把交流信号转化为热能储能元件，交流存储起来，缓慢的释放出去3多用于信号回路，主要用于EMI方面，消除不需要的EMI噪声多用于电源滤波回路，侧重于抑止传导性干扰4吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR,SDRAM,RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠。用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHz。2023/4/16第二十六页，共37页。磁珠与电感相关Checklist数字电源与模拟电源之间用磁珠隔离；磁珠与电感不能用于不同地平面之间的短接，会使不同地平面存在电位差；任何时钟驱动器，电源采用LC滤波，L选择宽频带高阻抗磁珠，电容取0.1/0.01uF多个电感布局尽量远离，实在布不开彼此垂直．共模电感及网口变压器下禁布线和过孔插装电感应注意高度余量2023/4/16第二十七页，共37页。磁珠选型图2023/4/16第二十八页，共37页。二极管原理半导体二极管由PN结构成，当P型半导体与N型半导体接触在一起时，P区负粒子不可移动，N区正粒子不可移动，交接面的载流子浓度差异，空穴与电子中和后形成一个很薄的电荷区，这个电荷区就叫ＰＮ结,这部份中和后的电荷区叫耗尽层当扩散与漂移运动达到一种平衡状态时，内建电场就达到一种平衡状态P与Ｎ放在一起内建电场的建立2023/4/16第二十九页，共37页。二极管特性由上图可知，当内建电场平衡时，如果有电子从左边进入，由于电场作用，会迅速吸引到右边，但是如果电子从右边进入，受电场的作用，当电子越多，内建电场也会一定程度的增强，在一定电压下是无法移动到左边的,这也是二极管正向导通的原因．2023/4/16第三十页，共37页。二极管应用电路(1)限幅电路:利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成(2)钳位电路:将输出电压箝位在一定数值上黑色---输入信号，蓝色---输出信号(1)(2)2023/4/16第三十一页，共37页。常用二极管类型稳压二极管稳压管是一种特殊的二极管，它利用ＰＮ结反向击穿后特性陡直的特点，在电路中起稳压作用。稳压管工作在反向击穿状态。发光二极管

发光二极管是一种将电能转化为光能的特殊二极管。

发光二极管简写成了LED，其基本结构是一个ＰＮ结，它的特性曲线与普通二极管类似，但正向导通电压

一般为1～2Ｖ，正向工作电流一般为几～几十毫安。光电二极管

光电二极管又叫光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的特殊二极管。变容二极管

利用二极管结电容随反向电压的增加而减少的特性制成的电容效应显著的二极管。多于高频技术中。2023/4/16第三十二页，共37页。三极管原理由于发射结外加正向电压，发射结的内电场被削弱，有利于该结两边半导体中多子的扩散。流过发射极的电流由两部分组成：一是发射区中的多子自由电子通过发射结注入到基区，成为集区中的