01 常用电子元器件基础

1、page 1 常用电子元器件基础 2021-6-3 page 2 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 2021-6-3 page 3 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：-55125，在70以前，器件 正常使用，70到125时功率降额使用。 2021-6-3 page 4 电阻作用 电阻应用：分压、匹配、限流、最小负载，上下拉、与其它器分压、匹配、限流、最小负载，上下拉、与其它器 件配合滤波件配合滤波等 选用时注意封装尺寸、功率降额封装尺寸、功率降额； 当流经电阻的信号为直流信号时： P

2、U*U/RI*I*RU*I 当流经电阻的信号为交流信号时： PP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）/R 2021-6-3 page 5 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（

3、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 2021-6-3 page 6 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

4、2021-6-3 page 7 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？ 2021-6-3 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=2.4V Vih=2.0V page 8 电容 等效模型: 主要应用场景：电源滤波、旁路、去耦、耦合、电源滤波、旁路、去耦、耦合、AC端接、端接、 X/Y电容应用电容应用等 滤波电容主要用于电源系统，以提供较小的纹波电压；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；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去耦

5、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（压，以保证电源电压的稳定，满足信号完整性（Signal Integrity）要求。）要求。 2021-6-3 page 9 电容特性描述 对于低频信号，纹波电压主要由纹波电压主要由C及及ESR决定。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，纹波电压纹波电压V主要由主要由ESL决定，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

6、度、走线的长度等， 这些寄生电感都能够达到数百pH。 2021-6-3 page 10 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1.010uF MLCC（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 2021-6-3 page 11 各种类型电容及特点(二) 铝电解电解电容 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

7、呈现 的V形； 通用铝电解电容的ESR范围在10m10 2021-6-3 page 12 各种类型电容及特点(三) 钽电容钽电容 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0.1uF1000uF（范围 为1uF220uF）；工作电压为6.3V50V。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% 2021-6-3 page 13 电容审查Checklist1 对陶瓷电容的关注点对陶瓷电容的关注点

8、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。 2021-6-3 page 14 电容审查Checklist2 对铝电解电容的关注点对铝电解电容的关注点 电容工作的环境温度不能超

9、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。 2021-6-3 page 15 电容审查Checklist3 对钽电容的关注点对钽电容的关注点 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

10、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。 2021-6-3 page 16 案例 2021-6-3 page 17 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； 2021-6-3 pa

11、ge 18 2021-6-3 10UF page 19 什么是电感？ 电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。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），也叫做电的，它们的比值叫做自感系数（固定不变的），也叫做电 感感。 n通常有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈 。 n电感的单位是亨(H),也常用毫亨(mH)或微亨(uH)做单位。 1H=1000mH,1H

12、=1000000uH。 2021-6-3 page 20 2021-6-3 常见电感形式 page 21 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 2021-6-3 page 22 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

13、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。 2021-6-3 page 23 2021-6-3 page 24 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 2021-6-3 page 25 磁珠的单位 磁珠的单位是欧姆磁珠的单位是欧姆，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1000R100MHz，意思就是在 100MHz频率的时候磁 珠的阻抗

14、相当于1000欧姆。 2021-6-3 page 26 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。 2021-6-3 page 27 磁珠与电感相关Checklist 数字电源

15、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 2021-6-3 page 28 磁珠选型图 2021-6-3 page 29 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，这个电荷区就叫结,这部份 中和后的电荷区叫耗尽层

16、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 2021-6-3 P与放在一起内建电场的建立 page 30 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 2021-6-3 page 31 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 2021-6-3 (1)(2)

17、 page 32 常用二极管类型 稳压二极管稳压二极管 稳压管是一种特殊的二极管，它利用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 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12，正向工作电流一般为几几十毫安。 光电二极管光电二极管 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。 2021-6-3 page 33 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