电器与电气控制简化.ppt

1,被动元件 Passive Component,严格来说电路元件分为无源元件和有源元件，但习惯上称被动原件和主动元件无源器件：如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源。从电路性质上看，无源器件有两个基本特点：（1）自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。（2）只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。有源器件：如果电子元器件工作时，其内有电源存在。从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：（1）自身也消耗电能。（2）除了输入信号外，还需要外加电源才能正常工作。被动元件：相对于主动元件来说的，是指不影响信号基本特佂，而仅令讯号通过而未加以改动的电路元件。主动元件：电路元件中能够执行资料运算、处理的元件。,2,被动元件子族系Passive Component Sub-family,电阻器（resistor）电容器（capacitor）电感器（inductor）：包括线圈（coil）、电抗器（reactor）、扼流圈（choke）等变压器（transformer）：指原始、狭义的变压器，即传统的交流变压器。不包括电源转接器、电源供应器都统称变压器的通俗广义用法。忆阻器（memristor），又名记忆电阻石英晶体、压晶体管或压电片、及其作成的滤波器二极管（diode）一般不归入被动元件，但在某些定义下，二极管也可视为被动元件。,3,被动元件-电阻-种类与特点,按用途不同分为：通用电阻：功率0.1-10w，阻值10-10M,电压1KV精密电阻:精度0.1-2，箔式电阻0.005高频电阻：电感电容小，用于无线电电路功率电阻：功率小于300w，阻值较小敏感电阻：热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻根据材料构造可分为 Definition by material construction 薄膜电阻器 Thin film resistor 合金电阻器 alloy resistor 合成电阻器 Composition resistor薄膜电阻器：薄膜是在真空中采用蒸发和溅射等工艺将电阻性材料淀积在绝缘基体工艺（真空镀膜技术）制成。碳膜电阻器 Carbon film resistor金属膜电阻器 Metal film resistor金属氧化膜电阻器 Metal oxide film resistor,4,被动元件-电阻-种类与特点,特点：高频性能好，电流噪声低，非线性较小，温度系数小，性能稳定，缺点是功率较小。用在要求高稳定、长寿命、高精度的场合，适用于高频电路应用。合金型电阻器：用块状的电阻合金拉制成电阻合金线或碾压成电阻合金箔所制成的电阻器，包括用合金线制成的线绕电阻器和用合金箔制成的电阻器。它们均具有块状金属的优良性能。绕线电阻又分为被釉线绕电阻、被漆线绕电阻、瓷壳线绕电阻（水泥电阻）。线绕电阻因其额定功率较大，又称功率型电阻器。合成电阻器：电阻体是导电颗粒和有机（或无机）黏合剂的混合物，可以制成薄膜和实心两种形式，如合成碳膜、合成实心和金属玻璃釉电阻器等。特点：价格低廉，体积小，过载能量强，但阻值稳定性差，热噪声和电流噪声均比较大，电压系数和温度系数也大，主要用于初始容差不高于5，长期稳定性要求不高于15的电路中。,5,被动元件-电阻-种类与特点,外形封装：直插电阻和片式电阻片式固定电阻器：俗称贴片电阻(SMD Resistor)，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。耐潮湿，高温，温度系数小。,最常用的允差为J级(精度为5%)。超精密贴片电阻ar系列,温度系数只有5ppm-50ppm，超精密性0.01%，常应用于精密量测仪器,电子通讯等.高精密贴片电阻器抗蚀薄膜pr系列,具有特殊抗酸抗湿的镍铬皮膜，非常小的公差精度0.1%，最低温度系数为5ppm/c，常应用于自动化设备、医疗设备、通讯设备、自动控制设备及高科技多媒体电子设备等。,6,被动元件-电阻-种类与特点,碳膜电阻：用碳氢化合物在高温真空下热分解，使其在陶瓷骨架上沉积一层碳膜形成碳膜电阻。通过控制厚度和刻槽来控制阻值，表面一般涂有缘色保护漆,最后在外层涂上环氧树脂密封保护而成。,有良好的稳定性，有一不大的负温度系数，受电压和频率影响小，脉冲负载稳定、阻值误差大于金属膜电阻，但价钱便宜。阻值范围：1-10M 额定功率：0.125W、0.25W、05W、1W、2W、5W、10W,负温度系数，碳膜的为土黄色或是其他的颜色,7,被动元件-电阻-种类与特点,金属膜电阻：在真空中加热合金，合金蒸发，使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。这种电阻和碳膜电阻相比，耐热性能、噪声指标、温度系数和电压系数都比碳膜电阻好，体积小（同样额定功率下约,为碳膜电阻器的一半），精度可达0.5%-0.05%，可用于高额。但成本较高，正温度系数。多为淡蓝色。阻值范围：1-620M功率：0.125W、0.25W、0.5W、1W、2W，,8,被动元件-电阻-种类与特点,金属氧化膜电阻器：用高温真空镀膜技术将金属氧化物紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封保护而成的。,其性能与金属膜电阻器类似，但电阻值范围窄1-200k。它能够在高温下仍保持其稳定性，其典型的特点是金属氧化膜与陶瓷基体结合的更牢。耐酸碱能力强，抗盐雾，因而适用于在恶劣的环境下工作。它还兼备低噪声，过载能力强，高频特性好的优点。温度系数较金属膜大。,阻值范围：1200kW 额定功率：0.12510W，2550kW,9,被动元件-电阻-种类与特点,压敏电阻器Varistor：是由variable resistors 两字合并而来，所以也称其为可变电阻器。它是一种因外加电压的改 变而呈现非线性电阻变化的电阻器，具有双向对称的V/I 特性。金属氧化物压敏电阻器简称为MOV是一种以氧化锌为主体，添加多种金属氧 化物，经典型的电子陶瓷工艺制成的多 晶半导体陶瓷元件。多层片式压敏电阻器（MLV）是一种浪涌 电压抑制器。它是采用先进的叠层片式 化技术制造的半导体陶瓷元件。,10,被动元件-电阻-种类与特点,压敏电阻器特性电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标称额定电压值时，压敏电阻器迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流急剧增大；当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大限制电压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。,11,被动元件-电阻-种类与特点,压敏电阻器应用广泛应用在电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。,主要参数：压敏电压：规定温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值漏电流：25下，施加最大连续直流电压时，流过的电流值通流容量：施加规定的脉冲电流（820s）波形时的峰值电流 结电容：交流电路的保护中时，其结电容较大会增加漏电流 响应时间：为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢,820s脉冲,12,被动元件-电阻-种类与特点,热敏电阻器Thermistor对温度极为敏感的电阻器.分为正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）电阻器。选用时不仅要注意其额定功率、最大工作电压、标称阻值,更要注意最高工作温度和电阻温度系数等参数,并注意阻值变化方向。NTC：可制成测温、温度补偿和控温组件，又可制成功率型组件，抑制电路的浪涌电流。PTC：过热过流保护、恒温加热、温度补偿及延时等作用,13,被动元件-电阻-种类与特点,PTC热敏电阻器应用电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；当电路出现过电流时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度时，电阻瞬间会变得很大，把电路中的电流限制到很低的水平。此时电路中的电压几乎都加在热敏电阻两端，因而可以起到保护其它元件的作用。当电路排除故障后，热敏电阻的阻值迅速恢复到原来水平，热敏电阻无需更换而可以继续使用。同时起到过温保护和过流保护两种作用，和镍氢电池的过流及过温保护.,温度测量(NTC/PTC）,14,NTC热敏电阻器应用 为了避免电子电路中在开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型NTC热敏电阻器，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以后，由于通过其电流的持续作用，功率型NTC热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响，所以，在电源回路中使用功率型NTC热敏电阻器，是抑制开机时的浪涌，以保证电子设备免遭破坏的最为简便而有效的措施,被动元件-电阻-种类与特点,15,被动元件-电阻-种类与特点,线绕电阻：用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高，稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用，缺点是高频性能差，时间常数大。,方形线绕电阻（钢丝缠绕电阻）又俗称为水泥电组，采用镍，铬，铁等电阻较大的合金电阻线绕在无碱性耐热瓷件上，外面加上耐热，耐湿，无腐蚀之材料保护而成，再把绕线电阻体放入瓷器框内，用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成。而不燃性涂装线绕电阻的差别只是外层涂装改由矽利康树脂或不燃性涂料。它们的优点是阻值精确，低杂音，有良好散热及可以承受甚大的功率消耗，大多使用于放大器功率级部份。缺点是阻值不大，成本较高，亦因存在电感不适宜在高频的电路中使用。,方形线绕电阻,16,被动元件-电阻-种类与特点,零欧姆电阻：并非零欧，大约几十毫欧。,1.做为跳线使用。这样既美观，安装也方便。2.在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。这样的场合，有时也会用电感或者磁珠等来连接。3.做保险丝用。由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱（其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已），过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。,17,0欧姆作用,4.在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替.5.想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流.6.在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻 7.在高频信号下,充当电感或电容.(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题.如地与地,电源和IC 脚间 8.单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统.),被动元件-电阻-种类与特点,18,被动元件-电阻-种类与特点,分流器是一种量值很小的标准电阻。当被测电流流过分流器时，通过测量分流器两端电压端电压钮上的电压降就可得出被测电流的大小，分流器广泛用于扩大仪表测量电流范围，有固定式定值分流器和精密合金电阻器(康铜、锰铜),19,被动元件-电阻-主要特性参数,1.电阻值：不仅要了解生产厂家给出的电阻器的标准电阻值，还应了解工作温度，过电压及使用环境均能使阻值漂移。对于不同结构、不同工艺水平的电阻器，电阻值的精度及漂移值都会不同。2.额定功率：在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为5570的条件下，电阻器长期工作所允许耗散的最大功率。线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500非线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100电路设计所需电阻器的最小额定功率是另一个重要因素。直流下功率P=I2R，其中I为流经电阻上的电流值。选用电阻的额定功率应大于这个值。脉冲条件下和间歇负荷下能承受的实际功率应大于额定功率，但需注意：(1)跨接在电阻器上的最高电压不应超过允许值；(2)不允许连续过负荷；,20,被动元件-电阻-主要特性参数,(3)平均功率不得超额定值；(4)电位器的额定功率是考虑整个电位器在电路的加载的情况，对部分加载的情况下额定功率值应相应下降。3、允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电阻器的精度。允许误差与精度等级对应关系如下：0.5%-0.05、1%-0.1(或00)、2%-0.2(或0)、5%-级、10%-级、20%-级4、高频特性：在高频时，阻值会随频率而变化。线绕电阻器的高频性能最差，合成电阻器次之，薄膜电阻器具有最好的高频性能，大多数薄膜电阻器的有效直流电阻的阻值在频率高达100MHz时尚能保持基本不变，频率进一步升高时阻值越大，频率影响也越大。5、温度系数：温度每变化1所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的为正温度系数，反之为负温度系数。,21,被动元件-电阻-主要特性参数,6、老化系数：电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数。7、电压系数：在规定的电压范围内，电压每变化1伏，电阻器的相对变化量。8、额定电压：由阻值和额定功率换算出的电压。9、最高工作电压：由电阻器、电位器最大电流密度、电阻体击穿及其结构等因素所规定的工作电压限度。对阻值较大的电阻器，当工作电压过高时，虽功率不超过规定值。但内部会发生电弧火花放电，导致电阻变质损坏。一般1/8w碳膜电阻器或金属膜电阻器最高工作电压分别不能超过150V或200V。在低气压工作时，最高工作电压较低。10、噪声：产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声两部分，热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。,22,被动元件-电阻-阻值标示方法,四、电阻器阻值标示方法 1、直标法：用数字和单位符号在电阻器表面标出阻值，其允许误差直接用百分数表示，若电阻上未注偏差，则均为20%。2、文字符号法：用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值。最后文字符号表示允许的误差允许偏差 D 0.5%，F 1%，G 2%，J 5%，K 10%，M 20%例如：2R2K表示阻值是2.2允许偏差是10%。3、数码法：在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。数码从左到右，第一、二位为有效值，第三位为指数，即零的个数，单位为欧。偏差通常采用文字符号表示。101表示100的电阻；102表示1K的电阻；103表示10K的电阻；104表示100K的电阻；105表示1M的电阻,23,4、色标法：用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差。国外电阻大部分采用色标法。黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-5%、银-10%、无色-20%当电阻为四环时，最后一环必为金色或银色，前两位为有效数字，第三位为乘方数，第四位为偏差。当电阻为五环时，最後一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字，第四位为乘方数，第五位为偏差。,被动元件-电阻-阻值标示方法,24,等效电路，R为理想电阻,被动元件-电阻-等效电路,一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面，而且还表现有电抗特性的一面，即同一个电阻元件在通以直流和交流电时测得的电阻值是不相同的。在高频交流下，须考虑电阻元件的引线电感L0和分布电容C0的影响。,式中2f，Re和Xe分别为等效电阻分量和电抗分量，且,25,分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形状和大小有密切的关系。一般来说，金属膜电阻比线绕电阻的高频特性好；贴片（SMD）电阻比普通电阻的高频特性要好；小尺寸电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。频率越高，电阻器的高频特性就越明显。在实际使用时，要尽量减少电阻器高频特性的影响，使之表现为纯电阻。,被动元件-电阻-等效电路,式可知Re除与f有关外，还与L0、C0有关。这表明当L0、C0不可忽略时，在交流下测此电阻元件的电阻值，得到的将是Re而非R值。,26,中国国家标准GB/T 4706.1-2005规定的电线负载电流值（部分）1平方毫米铜芯线允许长期负载电流为:6A8A 1.5平方毫米铜芯线允许长期负载电流为:8A15A 2.5平方毫米铜芯线允许长期负载电流为:16A25A 4平方毫米铜芯线允许长期负载电流为:25A32A 6平方毫米铜芯线允许长期负载电流为:32A40A,导线：可以视为特殊的电阻，其等效电路为纯电阻和寄生电感的串联。,被动元件-电阻-导线,导线中通过的安全电流是根据线芯所允许的最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。一般铜导线的安全载流量为5-8mm2，铝导线的安全载流量为3-5mm2.,27,电容器是一种储能元件。是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。特性：“通交流阻直流”，“充放电”分类：从结构分：固定电容器、可变电容器和微调电容器。从电解质分：有机介质电容、无机介质电容、电解电容和空气介质电容等。从用途分：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合。从构造分：有极性电容：铝电解电容、钽电容等 无极性电容：云母电容、纸质电容、瓷片电容,被动元件-电容-概述,28,被动元件-电容-等效电路,交流条件下电容元件总有一定介质损耗，此外其引线也有一定电阻Rn和分布电感Ln，电容元件等效电路如下图，其中C是元件的固有电容，Rc是介质损耗的等效电阻（绝缘电阻）。其等效阻抗为,由于一般介质损耗甚小可忽略(即Rc)，Ce可表示为,电容等效电路,29,被动元件-电容-等效电路,30,电容器主要特性参数1、标称电容量和允许偏差标称电容量是标志在电容器上的电容量。电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在允许的偏差范围称精度。精度等级与允许误差对应关系：00（01）-1%、0（02）-2%、-5%、-10%、-20%、-（+20%-10%）、-（+50%-20%）、-（+50%-30%）一般电容器常用、级，电解电容器用、级，根据用途选取。2、额定电压在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击穿，造成不可修复的永久损坏。常用固定电容器的额定直流工作电压有：1.6，4，6.3，10，16，25，32*，40，50，63，100，125*，160，250，300*，400，450*，500，630，1000V等（*者只限于电解电容器使用）。,被动元件-电容-特性参数,31,3、绝缘电阻Rc电容器两极板之间的介质并非绝对的绝缘体，直流电压加在电容上，会产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻，其阻值不是无穷大，这个阻值就叫电容器的绝缘电阻或漏电阻，一般应在数百兆欧以上，电解电容的绝缘电阻也应在数百千欧以上。漏电电阻愈小，漏电愈严重，漏电电流大，漏电损耗大，质量就不好，寿命相应也短。当电容较小时，主要取决于电容的表面状态，容量0.1uf时，主要取决于介质的性能，绝缘电阻越大越好。电容的时间常数：为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数，它等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。4、损耗电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值，电容的损耗主要由介质损耗，电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小，在交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程有关。,被动元件-电容-特性参数,32,被动元件-电容-特性参数,ESR：等效串联电阻RnESL：等效串联电感Ln,电容阻抗频率特性,电容的阻抗随信号频率的增加逐渐变小，当达到最小阻抗点（谐振点）后，由于感抗的作用增强，总阻抗逐渐变大。电容变大谐振频率变小，电容串联电感Ln越小谐振频率越高，而等效串联电阻Rn越小其谐振点阻抗越小。好的电容应具备较小的ESR和ESL。,频率特性,33,在选用滤波电容时一般期望电容谐振频率高些，因此可选用一大容量和一小容量两个电容，分别滤去低频和高频噪声，以达到最佳效果。,被动元件-电容-特性参数,影响谐振点因素,串联电感变小 谐振频率点变大,串联电阻不影响谐振频率，变大,电容变大 谐振频率点变小,34,1、电解电容器 以附着在金属板上的氧化膜的薄层作介质，金属板片为铝、钽、铌、钛等。常用电解电容有铝电解电容和钽电解电容，其中钽电解电容分为固体型和液体型。固体型采用烧结工艺制作。主要特点：容量大，体积大，耐压较低，有正负极性之分，正极接电源正极，负极接电源负极，接反会造成电容损坏，容量误差大，且容量随频率而变，稳定性差，绝缘电阻低，寿命短。用途：直流电路或低频电路中的耦合电容、旁路电容、去耦电容，以及于电源滤波等，纯交流电路不能用。,被动元件-电容-种类特点,容量范围：直插式电解电容的容量范围一般从0.47F-10000F，超级电容可以达到法拉级。表贴式电解电容的容量范围一般从0.1F-330F。电容容差：电容的容差一般在20%以内，很多达到10%或更精确。电压等级：直插式电解电容的电压等级一般从6.3V-600V，超级电容一般是5V。表贴式电解电容的电压等级一般从4V-50V。,35,铝电解电容器（CD）,优点：容量范围大（110 000 F），额定工作电压范围为6.3 V450 V。成本是钽电解电容的1/3或更低；缺点：介质损耗、容量误差大，耐高温性较差，存放时间长容易失效。漏电流是钽电解电容的数倍以上；,结构：极性铝电解电容是将附有氧化膜的铝箔（正极）和浸有电解液的衬垫纸，与阴极（负极）箔叠片一起卷绕而成。铝电解电容的全温度范围的内阻变化达到3倍，低温时内阻远大于同规格的钽电解电容，高温时反而内阻小于同规格的钽电解电容。安装方式有直插式和表贴式。,用途：通常在直流电源电路或中、低频电路中起滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。注意:不能用 于交流电源电路。在直流电源中作滤波电容使用时极性不能接反。,外型实例,基本元件-电容-种类特点,36,钽电解电容器（CA）,结构：有两种形式：1.箔式钽电解电容器 内部采用卷绕芯子,负极为液体电解质，介质为氧化钽。型号有 CA30、CA31、CA35、CAk35等系列。2.钽粉烧结式 阳极（正极）用颗粒很细的钽粉压块后烧结而成。封装形式有多种。型号有CA40、CA41、CA42、CA42H、CA49、CA70（无极性）等系列。,优点：介质损耗小、频率特性好、漏电流小、体积小、容量大、性能稳定、寿命长、温度特性好,缺点：生产成本高、耐压低。,用途：应用于通信、航天、军工及家用电器上各种中、低频电路和时间常数设置电路中要求较高的设备中。,外型实例,37,安规电容：是指用于这样的场合，即电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全.它包括了X电容和Y电容。X电容是跨接在电力线两线（L-N）之间的电容，一般选用金属薄膜电容；Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间（L-E，N-E）的电容，一般是成对出现。基于漏电流的限制，Y电容值不能太大，一般X电容是uF级，Y电容是nF级。X电容抑制差模干扰，Y电容抑制共模干扰。,被动元件-电容-种类特点,Y电容,X电容,安规电容应用,38,X安规电容安全等级 应用中允许的峰值脉冲电压 过电压等级（IEC664）X1 2.5kV 4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV Y安规电容安全等级 绝缘类型 额定电压范围Y1 双重绝缘或加强绝缘 250VY2/Y3 基本绝缘或附加绝缘 150V 250VY4 基本绝缘或附加绝缘 150V,被动元件-电容-种类特点,由于火线与0线直接电容，受电压峰值的影响，避免短路，X电容注重耐压等级，采用塑封的方形高压CBB电容,电容值上没有定限制值。火线与地线直接电容要涉及到漏电安全的问题，因此Y电容注重绝缘等级,39,被动元件-电容-电容的作用,1.旁路 旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。,旁路 去藕 滤波 储能 隔直,40,被动元件-电容-电容的作用,2.去藕又称解藕。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。,电源和地之间的去耦电容作用：一、是作为本集成电路的蓄能电容；二、是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三、是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。,41,旁路和去藕区别：将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1F、0.01F 等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是10F 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别.,被动元件-电容-电容的作用,42,被动元件-电容-电容的作用,3.滤波 从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1F 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过。具体用在滤波中,大电容（1000F）滤低频，小电容（20pF）滤高频。曾有人形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程。,43,被动元件-电容-电容的作用,4.储能 储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40450VDC、电容值在220150 000F 之间的铝电解电容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，对于功率级超过10KW 的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。5.隔直,本质是截止频率比较低的高通滤波器。,44,1、直接标注法,例：CY-8、620pF、200V表示云母电容，标称容量620pF，额定电压200V,2、字母与数字混合标注法,24位数字和一个字母混合表示，数字表示有效数值，字母表示数值量级和小数点，m（毫法）（微法）n（纳法）p（皮法）数字前加R或P表示零点几微法或皮法,例：100m表示100毫法即100000微法 3p3表示3.3pF R22表示0.22微法 P50表示0.5pF,被动元件-电容-电容的命名,45,3、3位数字表示法,4、色环标注法 与电阻的色环法一致,一般为三位数码表示电容器的容量，单位pF。其中前两位数码为电容量的有效数字，第三位为倍乘数，但第三位倍乘数是9时表示10 1。如：101 表示：10 101=100 pF 102 表示：10 102=1 000 pF 103 表示：10 103=0.01F 104 表示：10 104=0.1F 223 表示：10 103=0.022F 474 表示：10 104=0.47F 159 表示：10 101=1.5 pF,被动元件-电容-电容的命名,46,其中，：自感磁通量，单位为Wb；I：流过导体的电流，单位为A；L：自感系数，单位为H。当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉弟电磁感应定律磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。,基本元件-电感-基础,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。即,47,基本元件-电感-基础,电感元件是储能元件，把电能转换成磁能并存储起来。对直流呈很小阻抗，对交流呈较大阻抗，具有阻止电流变化的特性。作用（1）作为线圈：主要作用是滤波、聚焦、偏转、延迟、补偿、与电容配合用于调谐、陷波、选频、震荡。（2）作为变压器：主要用于耦合信号、变压、阻抗匹配等。,电感的分类：电感形式分：固定电感、可变电感。导磁体性质分：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。工作性质分：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。绕线结构分：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。,48,基本元件-电感-等效电路,一般 精确 高频精确,电感元件除电感L外，也总是有损耗电阻RL和分布电容CL。一般情况下RL和CL的影响很小。电感元件接于直流并达到稳态时，可视为电阻；若接于低频交流电路则可视为理想电感L和损耗电阻RL的串联；在高频时其等效电路如图所示Re和Le分别为电感元件的等效电阻和等效电感。从上式知当CL甚小时或RL、CL和都不大时，Le才会等于L或接近等于L,49,ZL,理想电感,实际电感,f,绕在铁粉芯上的电感,1/2 LC,L,C,基本元件-电感-频率特性,寄生电容对频率特性的影响较大。理想电感的阻抗随着频率的升高成正比增加，这正是电感对高频干扰信号衰减较大的根本原因。实际的电感器等效电路是一个LC并联网络。当角频率为1/LC时，会发生并联谐振，这时电感的阻抗最大，超过谐振点后，电感器的阻抗特性呈现电容阻抗特性 随频率增加而降低。电感的电感量越大，往往寄生电容也越大，电感的谐振频率 越低。,50,基本元件-电感-基本参数,1.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。2.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=2fL 3、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=L/R（=2f）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。4、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5.额定电流：线圈中允许通过的最大电流。在如高频扼流圈，大功率谐振线圈，以及作滤波用的低频扼流圈等场合，工作时需通过较大的电流，选用时应注意。,51,基本元件-电感-标志方法,电感器电感量的标志方法1.直标法。单位H（亨利）、mH（毫亨）、H（微亨）、2.数码表示法。方法与电容器的表示方法相同。3.色码表示法。这种表示法也与电阻器的色标法相似，色码一般有四种颜色，前两种颜色为有效数字，第三种颜色为倍率，单位为H，第四种颜色是误差位。表面上电阻电容元件很相似，但是电感有一个特点就是它的底颜色是绿色的。,52,色环电感色环电感(色码电感)：是指在电感器表面涂上不同的色环来代表电感量(与电阻器类似)的电感。通常用四色环表示，紧靠电感体一端的色环为第一环，露着电感体本色较多的另一端为末环。其第一色环是十位数，第二色环为个位数，第三色环为应乘的倍数(单位为mH)，第四色环为误差率。特征：1.结构坚固，成本低廉，适合自动化生产。2.特殊铁芯材质，高Q值及自共振频率。3.外层用环氧树脂处理，可靠度高。4.电感范围大，可自动插件。,基本元件-电感-种类,53,扼流圈又称阻流线圈、差模电感器，是用来限制交流电通过的线圈，分高频阻流圈和低频阻流圈。采用开磁路构造设计，有结构性佳、体积小、高Q值、低成本等特点。作用：利用线圈电抗与频率成正比的关系，可扼制高频交流电流，让低频和直流通过。根据频率高低，采用空气芯、铁氧体芯、硅钢片芯等。用于整流时称“滤波扼流圈”；用于扼制声频电流时称“声频扼流圈”；用于扼制高频电流时称“高频扼流圈”。用于“通直流、阻交流”的电感线圈叫做低频扼流圈，用于“通低频、阻高频”的电感线圈叫做高频扼流圈。用途：笔记型电脑、喷墨印表机、影印机、显示监视器、手机、宽频数据机、游戏机、彩色电视、录放影机、摄影机、微波炉、照明设备、汽车电子产品等,基本元件-电感-种类,54,共模电感 也叫共模扼流圈，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反，产生的磁通量相互抵消，扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流（包括地环路引起的骚扰电流，也处称作纵向电流）流经两个绕组时方向相同，产生的磁通量同向相加，扼流圈呈现高阻抗，从而起到抑制共模噪声的作用。共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过。而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，发挥了一个阻抗器的作用，所以它可以用来抑制共模电流干扰。,基本元件-电感-共模电感,55,阻抗特性对差模信号有用信号的阻抗很小 对共模噪声阻抗很大,基本元件-电感-共模电感,差模信号,共模信号,减少干扰外部干扰进入内部干扰发射,56,基本元件-电感-共模电感,应用,电源滤波电路,共模信号 磁场加强 抑制共模信号变化,差模信号 磁场抵消 对差模信号变化影响小,57,磁珠磁珠是一种抗干扰元件，其主要原料为铁氧体，具有很高的导磁率，滤除高频噪声效果显著。当磁珠中有电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大的衰减。磁珠把交流信号转化为热能。,基本元件-磁珠,铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰。,58,磁珠对高频信号才有较大阻碍作用，一般规格有100欧/100mMHZ，它在低频时电阻比电感小得多。电感的等效电阻可有Z=2X3.14*f来求得。铁氧体磁珠(Ferrite Bead)是目前应用发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。铁氧体磁珠(FerriteBead)是目前应用发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。在电路中只要导线穿过它即当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量