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今天水一篇hhh。介绍点基础但是实用的东西。
tips#xff1a;学习资料和数据来自《硬件工程师炼成之路》、百度百科、网上资料。
1.贴片电阻 2.电容 3.电感 4.磁珠
1.贴片电…硬件工程师入门基础知识
一基础元器件认识一
今天水一篇hhh。介绍点基础但是实用的东西。
tips学习资料和数据来自《硬件工程师炼成之路》、百度百科、网上资料。
1.贴片电阻 2.电容 3.电感 4.磁珠
1.贴片电阻
1.1常用电阻阻值 并不是所有的阻值的电阻都有生产要根据需求选择合适的电阻。常用电阻阻值表如下
电阻标准由 IEC国际电工委员会制定标准文件为 IEC60063 和 EN60115-2。 电子元器件厂商为了便于元件规格的管理和选用同时也为了使电阻的规格不至太多采用了统一的标准组成的元件的数值。
电阻的标称阻值分为 E6、E12、E24、E48、E96、E192 六大系列分别使用于允许偏差为±20、±10%、±5%、±2%、±1%、±0.5%的电阻器。其中以 E24 和 E96 两个系列为最常用。 “E”表示“指数间距”Exponential Spacing它表明了电阻阻值是由公式计算出来的。
字母 n 指的是 E24E96 等标准中的数值 24 和 96m 的取值范围为 0~n-1这样E24 有 24 个基准值E96 有 96 个基准值这些基准值再乘以 10 的 x 次方就可以得到各种各样的电阻值了。 1.2电阻丝印
封装 0603 以上的电阻包含 0603在表面都印有丝印。 丝印展示出了 2 层意义阻值大小和精度。 常用电阻丝印一般有这几种情况 1 带有三位或者四位数字的丝印 2 带有字母“R”的丝印 3) 带有数字和 R 之外字母的丝印
带有三位或者四位数字的丝印 三位数字表示 5%精度的四位数字表示 1%精度的前面几位表示数值最后一位表示 10 的 x 次方。 例 1丝印为“103”则 10 ∗ 103 105%精度 例 2丝印为“1003”则 100 ∗ 103 1001%精度
带有字母“R”的丝印 带字母”R”的电阻一般阻值较小精度多为 1%不过也不绝对可以把 R 看作是小数点前边的数字为有效值。
例丝印为“22R0”将 R 看作小数点前面的 22 表示有效值读数为 22.0Ω即精度为 22Ω的 1%精度电阻。
还有些需要查表的丝印 E-96 规定用两位数字加一个字母作为丝印实际阻值可以通过查表来获取两位数字表明了电阻数值字母表明了 10 的 x 次方也需要查表。 1.3贴片电阻封装
封装的命名是根据电阻的实际尺寸来的—英寸单位 例 0402 实际尺寸1mm0.5mm 0.04 英寸0.02 英寸 0402
常用的电阻封装有 01005、0201、0402、0603、0805、1206、1210、1218、2010、2512 目前一般电子产品主要用 04020603 封装的要求功率高点的用 1206 的手机或者穿戴设备会用到更小封装比如 010050201 等。
1.4贴片电阻功率 电阻的额定功率主要由封装决定但也不是绝对的还跟电阻的工艺薄膜还是厚膜品牌阻值大小等有一定关系。
下面列一些厂家的电阻与额定功率的关系表格。 注意 同一封装不同品牌的电阻功率可能不同。 同一封装不同精度的电阻功率可能不同。 同一封装不同阻值的电阻功率可能不同。
1.5电阻的额定电压 电阻是有额定耐压值的不能超过额定耐压值使用。 1、材质相同厚膜的额定电压各品牌相差不大。 2、材质不同额定电压有差别薄膜要比厚膜要低。 3、封装越大额定电压升高。 1.6 0R电阻的特性
0Ω电阻过流能力 需要注意的是不同厂家的 0Ω电阻过流能力并不相同可从下表看出 2.电容
2.1 MLCC陶瓷电容 MLCCMulti-layer Ceramic Capacitors是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极内电极的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来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一个类似独石的结构体故也叫独石电容器。 2.2基本参数
电容的基本单位是F法此外还有 μF微法、nF、pF皮法由于电容 F 的容量非常大所以我们看到的一般都是 μF、nF、pF 的单位而不是 F 的单位。 它们之间的具体换算如下 1F1000000μF 1μF1000nF1000 000pF
和电阻一样电容实际生产的容量值也是离散的常用电容容量如下表 陶瓷电容容量从 0.5pF 起步可以做到 100uF并且根据电容封装尺寸的不同容量也会不同。 选购电容器不能一味的选择大容量选择合适的才是正确的例如 0402 电容可以做到 10uF/10V0805 的电容可以做到 47uF/10V但是为了好采购、成本低一般都不会顶格选电容。 一般推荐 0402 选 4.7uF-6.3V0603 选 22uF/6.30805 选 47uF/6.3V其它更高耐压需要对应降低容量。 满足要求的情况下选择主要就看是否常用价格是否低廉。
额定电压
陶瓷电容常见的额定电压有2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、450V、500V、630V、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV 等等。 额定电压值与电容的两极板间的距离有关系额定电压越大一般距离就要更大否则介质会被击穿。因此这就导致了同等容量的电容耐压值高的一般尺寸会更大。 电容器的外加电压不得超过规范中规定的额定电压实际在电路设计中一般选用电容时都会让额定电压留有大概 70%的裕量。
电容类型
同介质种类由于它的主要极化类型不一样其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。 在相同的体积下的容量就不同随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。介质材料划按容量的温度稳定性可以分为两类即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器 NPO 属于Ⅰ类陶瓷而其他的 X7R、X5R、Y5V、Z5U 等都属于Ⅱ类陶瓷。 电容的实际物理模型 电容精度大小
温度特性
PCB设计注意
电容放置方向平行于 PCB 弯曲方向放置位置远离 PCB 大形变位置。避免电容在长边受力如下图右边的电容摆放就就左边要好。 3.电感 电感特性
1-不能让电感电流突变 电流突变会造成 di/dt 的值无限大也就是说在电感两端产生无限大的电压这通常会对电路造成破坏需要尽量避免。 2-电感在直流电路中相当于短路 直流电路中di/dt 为 0产生的感应电动势为 0也就是说电感在直流电路中相当于短路。 3-电感两端加恒定电压时、电流线性增大或者减小 在电感两端加上恒定电压 U 时感应电动势与所加电压相等方向相反等于-U负号表示感应电动势要阻止电流变化。根据上述公式di/dtU/L常数这说明电感的电流是线性的增加的。
电感等效物理模型 电感种类
电感依铁芯形状不同有环型、E 型及工字型 依铁芯材质而言主要有陶瓷芯及两大软磁类 分别是铁氧体及粉末铁芯等。 依结构或封装方式不同有绕线式、多层式及冲压式而绕线式又有非遮蔽式、加磁胶之半遮蔽式及遮蔽式等。 电感参数
电感的符号一般是“L”电感单位亨(H)、毫亨(mH)、微亨(uH)、纳亨nH。与电容单位类似亨是一个很大的单位常用的电感单位一般是微亨 uH 和纳亨 nH。 电感换算1H103mH106uH109nH。 一般 DCDC 常用的功率电感的范围是 1uH~100uH。 电感器的电感值在电路设计时为最重要的基本参数电感的标称值通常是在没有外加直流偏置的条件下以 100kHz 或 1MHz 所量得。这个测试条件说明了电感的电感量是和直流偏置以及频率有关系的。
电感电流
实际电感所能承受的电流都会有一个上限而一般厂家给出电感的规格书手册中也会标注电流范围。 然而经常让人疑惑的是有的厂家会只标注一个饱和电流有的厂家会只标注一个额定电流还有的厂家会标注饱和电流和温升电流。下面来分别介绍下饱和电流温升电流以及额定电流。
饱和电流 Isat 一般是标注在电感值衰减 30%一些厂家是 10%40%的偏置电流。 饱和电流为什么会存在呢 电感一般都含有磁芯特别是功率电感磁芯是存在磁饱和的。什么是磁饱和呢由于磁芯材料自身的特性其通过的磁通量是不可以无限增大的。通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加不管你再增加电流或匝数就达到磁饱和了。尤其在有直流电流的回路中如果其直流电流已经使磁芯饱和电流中的交流分量将不能再引起磁通量的变化电感器就失去了作用这时磁芯完全饱和。
当然我们并不会等到电感完全饱和。事实上在电流比较小时单位电流产生的磁通量与电流成正比这个意思就说磁芯磁导率为常数。而随着电流慢慢增大单位电流的增加产生的磁通量的增量是下降的也就是说随着电流的增加磁导率是慢慢下降的。 根据前面电感的公式电感量是与磁导率成正比的所以电感量随电流增大而减小。并且不同的磁芯电感量随电流变化的曲线不同但是趋势是一样的都是随电流增加而减小的。
温升电流 Irms 理想的电感是储能元件不耗能。而实际中的电感是有损耗的所以会发热。而温升电流一般指电感自我温升温度不超过 40 度时的电流。
为什么电感对温度有要求呢先来看一看居里温度。 居里点又作居里温度或磁性转变点。当温度高于居里点时该物质成为顺磁体磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。
居里点由物质的化学成分和晶体结构决定不同材质的磁芯的居里温度各不相同。 磁芯温度一旦超过其居里温度它的磁导率会急剧下降也就说在到达居里温度后磁芯的电磁效应已无法起到作用相对磁导率为 1和空气差不都了。事实上按照磁性材料生产厂家的广泛定义在到达所定义的居里温度之前磁导率已经开始急剧下降了。磁性材料的相对磁导率通常随温度上升而达到一个最大值然后在达到居里温度时剧烈降低为 1。线圈电感量 L 与温度磁性材料的相对磁导率成正比故温度变化线圈电感量 L 也会跟着变化。
额定电流 Irat 电感最终的额定电流是饱和电流和温升电流中的小者。 我们在电路设计中关于额定电流一般至少会留 20%的裕量。即电感通过的最大电流要小于手册中的额定电流的 80%。
直流导通电阻 DCR
电感一般是由导线绕制而成的而导线是有直流电阻的这个电阻就叫作 DCR。 电感的 DCR 一般与电感的电感量和额定电流有关系。电感感量越大导线的匝数越多线长越长因此 DCR 越大。同等电感量额定电流越大导线会越粗DCR 越小。
电感特性
直流偏置特性 电感的直流偏压特性一般指的是电感量会随电流的增大而减小。 一旦超过饱和电流铁氧体铁芯的磁导率会陡降而铁粉芯则可缓慢降低。这也解释了铁氧体铁芯电感因磁导率在铁芯饱和时骤降。而有分布式气隙的粉末铁芯磁导率在铁芯饱和时是缓慢下降因此电感量也降低得比较缓和即有较好的直流偏置特性如下图所示。 在电源转换器的应用中此特性很重要。若电感的缓饱和特性不佳时电感电流上升到达饱和电流电感量突降会造成开关晶体的电流应力突升容易造成损坏。
电感的频率特性 电感的电感值随频率变化影响较小在频率远小于谐振频率时电感量可视为常数。 下图为利用的 LCR 表量测 Taiyo 电感 NR4018T220M 之电感频率特性图如图所示在 5 MHz 之前电感值的曲线较为平坦电感值几乎可视为常数。在高频段因寄生电容与电感所产生的谐振电感值会上升此谐振频率称为自我谐振频率selfresonant frequencySRF通常需远高于工作频率。 4.磁珠
磁珠在电路中也是用得非常多的下面是一些经常会看到的知识点或者说是经验吧。 ①电感的单位是亨 H磁珠的单位是欧姆 Ω ②电感是储存能量的磁珠是通过发热来消耗能量的 ③磁珠是用来吸收超高频信号多用于信号回路及 EMC 对策。
先来看我们使用两者器件的目的我们一般使用电感总希望他是理想电感损耗越小越好。而我们使用磁珠就是要利用其损耗来消掉我们不需要的高频分量。 我们先前有讲过电感的损耗分为铜损和铁损铜损指直流导通电阻一般不会大。而铁损就是指磁芯损耗了主要包括磁滞损耗和涡流损耗。而这两者主要与磁芯的材质种类有关。
磁珠的阻抗曲线 他们应该满足公式ZRjX。 随着频率的增大X 会逐渐减小到 0此时对应频率为自谐振频率后续随频率增大X为负数也就是呈容性上面曲线是厂家没有画出自谐振频率之后的 X 而已其并不等于 0。
等效电路模型 磁珠选型 磁珠选型主要关注 1、直流电阻 DCR 2、阻抗100Mhz 3、额定电流
阻抗 磁珠的标称阻抗都是 100Mhz 情况下的实际上并不能反映其全貌但也能反映其一些特点。同一系列磁珠一般标称阻抗更大的额定电流会更小直流导通电阻要更大因为磁珠内部的线圈更长。
