硬件基础元器件知识与选型
- 1 三极管
- 1.1三极管概述
- 1.2三极管原理
- 1.3 三极管分辨方法
- 1.4 三极管分类及选型
- 1.41三极管类型
- 1.42三极管选型
- 2 电阻
- 2.1电阻概述
- 2.2电阻分类及选型种类:
- 2.21电阻读取方法
- 1.42电阻选型
- 1.43电阻应用
- 3 电容
- 3.1电容概述
- 3.2 电容原理
- 3.3电容使用原理
- 3.4电容分类
- 4 场效应管
- 4.1 绝缘栅场效应管(MOS管)概述
- 4.1 绝缘栅场效应管(MOS管)原理
- 4.3 MOS分辨方法
- 4.4 MOS分类及选型
- 5 电感
- 5.1电感概述
- 5.2电感原理
- 5.3电感分类
- 6 二极管
- 6.1 二极管概述
- 6.2 二极管原理
- 6.3 二极管分类
- 6.3.1 肖特基二极管
- 6.3.2 发光二极管
- 6.3.3 稳压管
- 6.3.4 ESD&TVS管简介
- 6.3.4.1 ESD工作电压
- 6.3.4.2 ESD分类
- 6.3.4.3 ESD IEC610000-4-2标准
- 6.3.4.4 ESD钳位电压 Vclamp
- 6.3.4.5 ESD寄生电容Cl
- 6.3.4.6 如何选择合适的ESD保护芯片
- 6.3.4.7 TVS简介
- 6.4 总结
- 9 线规
电子电路一共有 八大金刚:三极管、电阻、电容、电感、二极管、场效应管、可控硅、光电耦合器。
这些都是广泛应用于电子电路的基本元件
余量 75-80
1 三极管
1.1三极管概述
三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号, 也用作无触点开关。
1.2三极管原理
三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种,如图1。
基极 b(base),发射极 e(emitter),集电极 c(collector)。
NPN与PNP分辨:箭头朝内PNP,箭头朝外NPN,导通电压顺箭头过,电压导通,电流控制;
三种工作状态:截止,放大(暂时用不到),饱和;
工作状态 | 发射结 | 集电结 |
---|---|---|
饱和状态 | 正偏 | 正偏 |
截止状态 | 反偏 | 反偏 |
三种工作状态:截止,放大,饱和;
截止:EC反偏 三极管基极电压小于三极管导通电压VBE(SAT)
放大:E正偏,C反偏 三极管基极电压大于三极管的导通电压,放大系数×IB小于IC
饱和:EC正偏 三极管基极电压大于三极管的导通电压,放大系数×IB等于IC到达临界饱和,尽量远大于IC
作为开关仅考虑截止与饱和
1.3 三极管分辨方法
方法一:在使用数字万用表测量时,使用的是“二极管档”进行测量,红表笔是相当于是电池的正极,黑表笔相当于是电池的负极。给PN结正向电流可以导通。
先测基极:表笔两次导通,表笔两次截止为基极。再测集电极和发射极:基极和集电极的压降要比基极和发射极的压降要小。
1.4 三极管分类及选型
1.三极管能够把微弱信号放大成幅值较大的电信号
2.三极管能放大电流,是一种对能量的放大
3.可以利用三级管饱和和截止区设计开关控制电路。
1.41三极管类型
常用三极管的类型有NPN型与PNP型两种。由于这两类三极管工作时对电压的极性要求不同,所以它们是不能相互代换的。
三极管的材料有锗材料和硅材料。它们之间最大的差异就是起始电压不一样。锗管PN结的导通电压为0.2V左右,而硅管PN结的导通电压为0.6~0.7V。在放大电路中如果用同类型的锗管代换同类型的硅管,或用同类型的硅管代换同类型的锗管一般是可以的,但都要在基极偏置电压上进行必要的调整,因为它们的起始电压不一样。但在脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管是否能互换必须具体分析,不能盲目代换。
1.42三极管选型
关注点
PNPorNPN 数字or模拟 VCE的电压最大值 集电极最大电流
VCEO:集电极
选用三极管需要了解三极管的主要参数。若手中有一本晶体管特性手册最好。三极管的参数很多,根据实践经验,我认为主要了解三极管的四个极限参数:ICM、BVCEO、PCM及fT即可满足95%以上的使用需要。
1.小功率三极管在电子电路中的应用最多。主要用作小信号的放大、控制或振荡器。选用三极管时首先要搞清楚电子电路的工作频率大概是多少。
特征频率fT。随着工作频率的升高,三极管的放大能力将会下降,对应于β=1时的频率fT叫作三极管的特征频率。
工作频率一般要求:工程设计中一般要求三极管的fT大于3倍的实际工作频率。
-
BVCEO是三极管基极开路时,集电极-发射极反向击穿电压。如果在使用中加在集电极与发射极之间的电压超过这个数值时,将可能使三极管产生很大的集电极电流,这种现象叫击穿。三极管击穿后会造成永久性损坏或性能下降。BVCEO的选择可以根据电路的电源电压来决定,一般情况下只要三极管的BVCEO大于电路中电源的最高电压即可。
-
PCM是集电极最大允许耗散功率。三极管在工作时,集电极电流在集电结上会产生热量而使三极管发热。若耗散功率过大,三极管将烧坏。在使用中如果三极管在大于PCM下长时间工作,将会损坏三极管。需要注意的是大功率三极管给出的最大允许耗散功率都是在加有一定规格散热器情况下的参数。使用中一定要注意这一点。当我们估算了电路中三极管的工作电流(即集电极电流),又知道了三极管集电极到发射极之间的电压后,就可根据P=U×I来计算三极管的集电极最大允许耗散功率PCM。
4** ICM**是集电极最大允许电流。三极管工作时当它的集电极电流超过一定数值时,它的电流放大系数β将下降。为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。所以在使用中当集电极电流IC超过ICM时不至于损坏三极管,但会使β值减小,影响电路的工作性能。ICM在30~50mA之间,对于小信号电路一般可以不予考虑。
大功率三极管的选用
对于大功率三极管,只要不是高频发射电路,我们都不必考虑三极管的特征频率fT。对于三极管的集电极-发射极反向击穿电压BVCEO这个极限参数的考虑与小功率三极管是一样的。对于集电极最大允许电流ICM的选择主要也是根据三极管所带的负载情况而计算的。三极管的集电极最大允许耗散功率PCM是大功率三极管重点考虑的问题,需要注意的是大功率三极管必须有良好的散热器。
2 电阻
2.1电阻概述
电阻是物质中阻碍电子流动的能力,即电阻值,单位Ω。 电阻器是对电流流动有一定阻抗力的器件。为了表述更方便,通常将电阻器简称为电阻。
单位转换:
1KΩ=1000Ω,1MΩ=1000KΩ。
2.2电阻分类及选型种类:
**电阻特性:**伏安特性
温漂也重要
非线性电阻:
基本参数功率:P=I2R
标称阻值 额定功率 允许误差
2.21电阻读取方法
1.色环电阻器
读取方法:若电阻采用四色环表示。其第一色环是十位数,第二色环是个位数,第三色环为应乘位数,第四色环为误差率,数如图1.
2.贴片电阻器又名片状电阻器,表面安装电阻。贴片电阻器主要有矩形和圆形两种形状。常用的贴片电阻器为黑色扁平小方块,两边的引脚焊片呈银白色。
特点:贴片电阻器具有体积小,重量轻,电性能稳定,可靠性高,装配成本低,机械强度高和高频特性优越的特点。
读取方法:在电路图上用三位数字来表示元器件标称阻值的方法被称为数码标示法。该法常见于贴片电阻器上。
在三位数字中,从左往右的前两位为有效数字,第三位数字表示因在有效数字后所加0的个数。如“103”表示10103,“334”表示33104.
3. 水泥电阻器
水泥电阻器是一种绕线电阻,将电阻绕于无碱性耐热瓷件上,外面加上防腐蚀耐热耐湿材料固定而成。一般情况下,外部填充物为水泥,故称水泥电阻器。
特点:水泥电阻器具有耐高功率,散热性好,稳定性好,耐震的特点。常用于过流检测,保护电路,音频功率放大的电路中。
第三种读取方法直标法
直标法是将电阻值的标称值用数字和文字符号按一定组合规律标在电阻体上
为了防止小数点在印刷不清时引起误会,故将小于1的值放在字母后面。如0.22Ω=R22,2.2Ω=2R2,2200Ω=2K2,2210000Ω=2M21.
如图电阻器阻值的允许误差则由字母表示。
测量方法:万用表
1.42电阻选型
电阻的应用一般降压、限流、信号隔离、电阻器检测。
常用
1 电阻选型首先要考虑电阻值它影响着电流的计算**(I=U/R),同时也涉及到功率的计算(P=I²R)**,此外还有其它分压偏置等电路的计算。
2 封装 封装的类型和尺寸,而贴片电阻器常用的尺寸规格从小到大排列有:0201、0402、0603、0805、1206、1210、2010、2512。
重要的参数
3 额定功率 如果在电阻器身上加载超过其本身所能承受的功率,电阻器最终会因为过热而烧毁。例如0603封装对应的额定功率为1/10W;2512封装对应额定功率是1W。
4 降额 高温会使得电阻的额定功率成比例下降。至于降额的幅度,需要根据项目的实际情况以及设计的标准来综合考虑,通常是50%~80%。
1.43电阻应用
上拉电阻:把一个不确定的信号通过电阻连接到高电平,是电信号初始化为高电平。
下拉电阻:把一个不确定的信号通过电阻连接到地,使电信号初始为低电平。
分压:
R1:R2=U1:U2
限流:
采样电阻,电路保护
测温:
防浪涌
3 电容
3.1电容概述
电容器是储存电量和电能的元件,电容器由一个导体发出的电场线全部终止在另一个导体的导体系构成。电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比,基本单位是法拉(Farad)。电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。
单位转换:
1法拉(F)= 103毫法(mF)=106微法(μF)=109纳法(nF)=1012皮法(pF)。
根据电容的定义我们得知,电容(用C表示)是一定电势差(用U表示)下的电荷储藏量。电荷储藏量一般称为“带电量”,用Q来表示。那么,按以下公式计算电容量C=Q/U。
多电容并联的情况下,总的电容量为各个并联电容的电容量总和,即C总=C1+C2+C3+…+Cn。而电容串联的总电容量的倒数,是各个串联电容的电容量倒数之和,即1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn。
3.2 电容原理
1.旁路和去耦
Zc:电容阻抗 F:信号频率 C:电容容量
电容的去耦功能
2.储能 超级电容器是专门储存能量的电容,但是一般电容也有储能的作用,比如旁路电容和去耦电容除了过滤信号中的噪声,还能兼具储能的作用,就像一个电池,不断充放电。
3.耦合与隔离
4.软启动 利用电容两端电压不能突变的性质,防止在打开开关瞬间电压过大,损坏后级电路
5.电容和电阻组合还可以构成积分电路,微分电路,定时电路,自举电路等。
3.3电容使用原理
ESL等效串联电感,ESR等效串联电感,信号会衰减
理想状态下,电容是不消耗能量,实际上
由于ESR的存在,电容会做功,从而导致温度上升。
3.4电容分类
原理上分:1-无极性可变电容 2-无极性固定电容 3-有极性电容等
材料上分:1-CBB电容(聚乙烯) 2-涤纶电容 3-瓷片电容 4-云母电容 5-独石电容 6-电解电容 7-钽电容等
1-无极性可变电容:
应用:通过调节电容改变频率
2-无极性固定电容
3-无极性瓷片电容
4-无极性云母电容
5-有极性电解电容
6-钽电容
7-贴片电容
选型思路表:
4 场效应管
场效应管主要有两种类型,分别是结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)。
4.1 绝缘栅场效应管(MOS管)概述
MOS管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。
4.1 绝缘栅场效应管(MOS管)原理
源极S(source)、栅极G(Gate)和漏极(Drain)
PMOS管就是positive管,是积极的管,而NMOS管是negative管,是消极的管。积极的管就是顺应潮流,顺势而为;消极的管就是违背趋势,逆流而上。
很显然,电流从源极(输入端)到漏极(输出端),那就是顺势而为,因为源极就是源头嘛,因此这种管就是PMOS管;而电流要是从漏极(输入端)到源极(输出端),那就是逆流而上,是NMOS管。
记忆技巧:
1.交叉的线最多的是源极;
2.栅极也就是门(gate),既然是门,就具有控制的职能。
3.无论是PMOS管还是NMOS管,二极管的方向正好与输入输出的方向是相反的
4.无论是PMOS管还是NMOS管,栅源极箭头的方向正好与二极管的方向相同
5.无论是PMOS管还是NMOS管,我们只需要比较G极电压与S极电压大小关系就可以判断MOS管能不能导通
6.对于PMOS管来说,电流是从源极(输入端)到漏极(输出端),从上到下,各节点电平应该是依次变小的,因此栅极G的电压必须小于源极电压;换句话说,当UGS<0时,PMOS管才导通。
7.对于NMOS管来说,电流是从漏极(输入端)到源极(输出端),从下到上,各节点电平应该是依次变小的,因此栅极G的电压必须大于源极电压;换句话说,当UGS>0时,NMOS管才导通。
4.3 MOS分辨方法
4.4 MOS分类及选型
当 Vgs < Vth 时,截止区。
当 Vgs > Vth 且 Vds < Vgs - Vth 时,变阻区。
当 Vgs > Vth 且 Vds > Vgs - Vth 时,饱和区(恒流区)。
其中 Vth 是 MOS管 的一个重要参数——开启电压。
当MOS管 工作在变阻区内时,其沟道是“畅通”的,相当于一个导体。在 Vds Vds < Vgs - Vth时近似满足V-I的线性关系,即有一个近似固定的阻值。此阻值受 Vgs 控制,故称变阻区域。
MOS管 工作在饱和区(恒流区)与 BJT 的饱和区不同,称 MOS管此区为饱和区,主要表示 Vds 增加 Id 却几乎不再增加——也即电流饱和。其实在此饱和区内,MOS管 和 BJT 都处于受控恒流状态,故也称其为恒流区。
5 电感
5.1电感概述
电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器,但只有一个绕组。电感器具有一定的电感,它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。
5.2电感原理
电感的损耗主要有哦两种:
: 线圈损耗:DCR,ACR
: 磁芯损耗:磁滞损耗,涡流损耗,剩余损耗
DCR:
ACR:
磁芯损耗:磁滞损耗,涡流损耗,剩余损耗
5.3电感分类
###5.3.1 公模电感
计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路,它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰,这就是EMI。EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射,造成电磁辐射污染,影响其他的电子设备正常工作。
PC板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象,也是一个电磁干扰源。总的来说,我们可以把这些电磁干扰分成两类:串模干扰(差模干扰)与共模干扰(接地干扰)。以主板上的两条PCB走线(连接主板各元件的导线)为例,所谓串模干扰,指的是两条走线之间的干扰;而共模干扰则是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰。串模干扰电流作用于两条信号线间,其传导方向与波形和信号电流一致;共模干扰电流作用在信号线路和地线之间,干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向,并以地线为公共回路。
如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤(尤其是像USB和IEEE 1394接口这种高速接口走线上的共模电流),那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线产生电磁辐射——在线缆中因共模电流而产生的共模辐射。美国FCC、国际无线电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB9254等标准规范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求。为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰,我们必须合理安排滤波电路来过滤共模和串模的干扰,共模电感就是滤波电路中的一个组成部分。
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 [1] 。
6 二极管
6.1 二极管概述
二极管构成就是PN结:将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体上(一般为硅和锗)基片上,在他们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。
6.2 二极管原理
伏安特性:二极管的伏安特性是描述二极管两端电压和流过二极管的电流之间的关系,
正向特性:
1.外加的正向电压较小时,呈现的电阻较大,正向电流几乎为零,曲线OA段称为不导通或死区。一般硅管的死区电压约为0.5V,锗管一般为0.2V,该电压值叫做死区电压。
2。当外向电压超过死区电压时,PN结几乎被抵消,二极管呈现的电阻很小,正向电流增加,进入正向导通区,此时不成比例。然后进入线性区域,处于充分导通。
3.二极管导通后两端的正向电压称为正向压降(或者管压降),几乎恒定。硅管的管压降约为0.7V,锗管的管压降一般为0.3V.
反向特性:
1.反向截至
2.当反向电压增大到一定数值时,反向电流急剧加大,进入反向击穿区,D点对应的电压称为反向击穿电压,二极管被击穿后电流过大将使管子损坏,此时除稳压管外,二极管的反向电压不能超过击穿电压。
6.3 二极管分类
区分:一般二极管万用表测量,发光二极管:引脚长为正,引脚短为负
管体表面有白线的一端为负极。
二极管:用红、黑表笔接触引脚,当显示屏上显示出0.8-0.9的数值,红正黑负,若万用表没有显示0.8-0.9的数值,把两笔对调,如果一直显示"0L”,证明二极管内部断路是坏的,若测量时,液晶显示屏显示时0V,则二极管内部短路。
6.3.1 肖特基二极管
概念:肖特基二极管(SBD)不是利用P型半导体和N型半导体接触形成PN结原理制作的,是金属与半导体接触形成的金属-半导体结(肖特基势垒)做作的。因此SBD也成为金属-导体二极管或表面势垒二极管,他是一种热载流子二极管。
优点:开关频率高,正向压降低(低至0.2V,电流越大,压降越大)
开关频率高因为肖特基结构反向恢复损耗很低,关断时电子很容易被抽走,其他二极管关断后空穴需要经过相对长时间才能清楚,所以肖特基开关频率高。
缺点:反向击穿电压低(大多不高于60V,最高仅约100V),反向漏电流大(温度越高,漏电流越大)
适用于高频电路
物料描述:课程学习-二极管
选型参数
Tre 反向恢复时间:
当t1是V从VF到-VR,理想状态下,二极管将立刻转换为截至,电路中应只有很小的反向电流。但是实际情况是不立刻截至,而是先变成一个很大的反向电流,维持一段时间才开始下降,这时候才进入反向截至状态如图。Tre=Ts+Tt
6.3.2 发光二极管
概念:LED(Light-Emitting-diode发光二极管)是一种将电能装换为光能的二极管。发出的光和材质有关。
物料描述:课程学习-二极管
发光强度和电流有关
四角共阳二极管 三角直接接负极,由于红色压差最小,将会亮红色把另外两路拉低,解决方法是三段负极串上电阻,使红色无法拉低另外两路,由于三路电压相同,通过调节电阻阻值改变电流大小,来控制每个颜色的亮度,从而可以RGB。
6.3.3 稳压管
概念:稳压二极管(齐纳二极管)是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管,简称稳压管。此二极管是一种一直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时,在一定的电流范围内(或者一定功率损耗范围内),端电压几乎不变,表现出稳压特性,因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用。
选型参数
1稳定电压Vz:稳压管反向击穿后稳定工作时的电压值成为稳定电压。
2稳定电流Izt:稳压管反向击穿后稳定工作时的反向电流称为稳定电流
3反向漏电流Ir/反向电压Vr:稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流
4耗散功率Pd:反向电流通过稳压二极管的PN结时,要产生一定的功率损耗,PN结的温度也将升高,根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。通常小功率管约几百毫瓦至几瓦。超过该功率管子会损坏(热击穿)。
应用电路???
6.3.4 ESD&TVS管简介
ESD二极管和TVS二极管
1)ESD静电二极管,主要功能是防静电,然而防静电要求电容值低,一般在1–3.5PF之间最好;而TVS二极管的电容值却比较高。
2)ESD保护二极管,主要应用于板级保护;TVS二极管用于初级和次级保护
ESD:静电保护器件,ESD静电保护二极管响应速度快(小于0.5ns),低电容,低导通电压,高集成度,小体积,易安装,可以同时实现多条数据线保护,是业内最理想的高频数据保护器件。
什么是静电释放ESD?
物体摩擦接触发生大量电荷转移,此过程就成为静电释放ESD。
6.3.4.1 ESD工作电压
ESD工作电压
Vrwm工作电压,在设计中信号电压幅值不要超过Vrwm,假如信号电压工作在3V那么就要选择Vrwm工作电压大于3V以上的ESD,如果信号电压大于Vrwm,那么就会产生电流泄露
6.3.4.2 ESD分类
单向: 伏安曲线类似普通二极管,出现负压就会被击穿,单向ESD仅能支持0-正电压的工作信号,但是可以提供更好的负压保护。
双向:一般伏安曲线于原点对称,正因如此,双向ESD可以支持在正负工作电压内的工作信号,
6.3.4.3 ESD IEC610000-4-2标准
ESD风险点
sim卡 SD卡电路
按键电路
audio电路
USB等外部数字电路
电源接口
屏幕,TP等接口
闪光灯
IEC 61000-4-2 ESD标准
ESD标准:
人体模型HBM :是为了芯片生产,组装,运输过程而设计免受ESD受到损害。
带电装置模型CDM:是为了芯片生产,组装,运输过程而设计免受ESD受到损害。
以上两个都并非适用于日常使用环境,IEC6100-4-2才是为了日常使用设计
IEC 6100-4-2 等级 | 接触放电电压 | 空气放电电压 |
---|---|---|
1 | 2KV | 2KV |
2 | 4KV | 4KV |
3 | 6KV | 8KV |
4 | 8KV | 15KV |
ESD芯片可以帮助电路达到IEC 6100-4-2等级 |
6.3.4.4 ESD钳位电压 Vclamp
ESD钳位电压Vclamp用来量化ESD保护电路系统的能力,当大电压通过电路,ESD瞬间被击穿,给电流一个低阻抗的路径从而将电流导向地面,但ESD也有一定的压降,这个压降就会加在并联负载电路上,具体可以看TLP曲线上观察钳位电压
传输电流可以看出对应的钳位电压
IEC冲击 | TLP |
---|---|
2kV IEC 冲击 | 4A TLP |
4kV IEC 冲击 | 8A TLP |
6kV IEC 冲击 | 12A TLP |
8kV IEC 冲击 | 16A TLP |
参数Rdyn:动态电阻 选择更小的Rdyn可以减小钳位电压,有助于更好的电路保护
6.3.4.5 ESD寄生电容Cl
二极管会有结电容,正常工作时,如果结电容过大将会影响信号通过的上升和下降时间,对信号完整性产生影响,对于高速电路,寄生电容选择建议:
眼图测试:测试信号是否失真
6.3.4.6 如何选择合适的ESD保护芯片
(1)计算接口信号幅值的范围来确定ESD保护产品的工作电压Vrwm
(2)根据信号类型选择单向或双向的ESD保护产品
(3)根据信号速率决定该接口最大可接受ESD保护产品的寄生 电容
(4)根据电路系统最大可承受电压冲击,在TLP曲线中寻找对应的钳位电压
(5)确保ESD保护产品可达到或超过IEC 61000-4-2 level 4
6.3.4.7 TVS简介
TVS:对于电子产品而言,保护电路时为了防止电路中的关键敏感性器件受到过流,过压,过热等冲击的损害。保护电路的优劣对电子产品的质量和寿命至关重要。瞬态抑制二极管(TVS)是目前普遍使用的一种高效能电路保护器件,是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品,电路符号跟普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异。他的主要特点是在反向应用条件下,当承受一个高能量的大脉冲时,其工作阻抗立即降低到一个极地的导通值,从而允许大电流通过,同时把电压钳制在预定水平,响应时间非常端,因此可以保护精密元器件。
特点 TVS
1TVS具有相应时间快,瞬态功率达,电容低,漏电流低,击穿电压偏差小,钳位电压比较容易控制,无损坏极限,体积小,易于安装等优点。
2将TVS二极管加载信号以及电源线上,能防止处理器因瞬间的脉冲,如经典放电效应,交流电源值浪涌及开关电源的噪声所导致的失灵
3静电放电效应能释放超过10000V,60A以上的脉冲,并能持续10MS;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导致损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除总线之间开关所一起的干扰;
分类
极性分类:单极性和双极性两种;
按封装及内部结构可分为:轴向引线二极管,双列直插TVS阵列(适用于多线保护),贴片式,组件式,大功率模块式等。
按用途可分为:各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用器件。
选型
Pppm峰值脉冲功率,描述了TVS或其他被用于ESD保护的二极管瞬间所能通过的最大功率值。Pppm=最大钳位电压*所能承受电流。
最大反向脉冲电流Ipp:在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲封值电流。在确定了最大钳位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
1)选择TVS管最高工作电压:要大于被保护电路的最高工作电压,具体还要综合考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力;
2)选择TVS管箝位电压:要小于后级被保护电路中最大可承受的瞬态安全电压;
3)选择TVS管额定瞬态功率:要大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率,具体估算等式:Pppm=Vc*Ipp;
4)评估漏电流和结电容的影响:在高速IO端口防护、模拟信号采样、数据接口、通信线路防护、低功耗设备场合,需要考虑漏电和结电容的影响;
5)选择TVS管封装形式:封装体积大小决定TVS的功率大小,新老电子工程师可根据电路设计及测试要求来选择合适封装的TVS管;
任何理论都是建立在实践的基础上来
TVS与ESD区别
1.实际ESD管和TVS管工作原理是一样的,但是二者在功率、应用场合、封装形式等复方面截然不同。而且,ESD主要知是用来防静电,防静电就要求电容值低;TVS 电容值比较高。
TVS是一种二极管形式的高效能保护器件。当出现浪涌、ESD等电压从几伏到几十千伏甚至更高时,TVS管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低回阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受浪涌脉冲的损坏,起到了TVS瞬态电压抑制。
ESD二极管应用板级防静电,然而防静电要求电容值低,一般在1–3.5PF之间最好;
TVS管用于初/次级保护,TVS管的电容值却比较高。
ESD二极管看的是ESD二极管抗静电等级LEVEL,高速的USB和I/O非常重视ESD二极管的C(负载电容);
TVS管看的是功率和封装形式;
TVS管是瞬态抑制二极管,具有很快的响应能力和强大的浪涌吸收能力,主要用在电源输入端用来吸收浪涌的;
ESD是静电放电管,主要用在关键引脚上起到静电保护作用。
TVS管有两个引脚,是两脚器件;TVS主要用在电源输入端起到防浪涌的作用,瞬间吸收浪涌电流对后级电路起到保护作用。
ESD有三个引脚,是三脚器件。ESD管两个三极管串起来后,引出三根引脚。ESD二极管的正负接在电源引脚,公共端接在被保护引脚上起到释放静电的作用。
6.4 总结
普通硅二极管:耐压可以做的较高,但是回复速度低,只能用于低频的整流上,一般用于低频检波或者整流电路中;
肖特基二极管:具有正向压降低,反向恢复时间很短,而且反向漏电流较大,耐压低,用在高频或者超高频检波或者整流电路中,无PN结
稳压二极管:利用PN结反向击穿特点,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。稳压主要被作为稳压器或电压基准元件使用,稳压时工作在击穿区
ESD管:当ESD静电打上接口时,ESD保护二极管会将电流引向地,从而起保护作用,有单向,双向两种,工作在截止区;
TVS管:在电路系统中起到分流,钳位作用和强大的浪涌吸收能力,避免雷电,电压脉冲损坏其他器件。有单向,双向两种。
稳压二极管与TVS区别
稳压管和TVS一样都应用了二极管的反向击穿特性,前者的击穿原理主要是齐纳击穿,后者主要是雪崩击穿;
稳压管与TVS管在击穿后表现最大的不同点是:尽管电流在很大的范围内变化,而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近,从而实现了二极管的稳压功能。
而TVS管击穿后的电路模型是短路
齐纳击穿:齐纳击穿一般发生在掺杂浓度较高的PN结中。这是因为掺杂浓度较高的PN结,空间电荷区的电荷密度很大,宽度较窄,只要加不大的反向电压,就能建立起很强的电场,发生齐纳击穿。
雪崩击穿:雪崩击穿一般发生在掺杂浓度较低、外加电压又较高的PN结中。这是因为掺杂浓度较低的PN结,空间电荷区宽度较宽,发生碰撞电离的机会较多。
必须指出,上述两种电击穿过程是可逆的,当加在稳压管两端的反向电压降低后,管子仍可以恢复原来的状态。但它有一个前提条件,就是反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率,超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升,直到过热而烧毁,这种现象就是热击穿。
- PN结的反向击穿电压是多少?
采取适当的掺杂工艺,将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8~1000V。而齐纳击穿电压低于5V。在5~8v之间丽种击穿可能同时发生。
2) 二极管三极管和稳压管是否一样呢?
不一样,BC结的反向击穿电压低的几十伏,高的数百伏,但有一点是一样的,就是NPN管的BE结反向击穿电压都是6V左右,因此NPN管的BE结可当6V稳压管用。
补充:应该是所有硅材料管(PNP和NPN)的BE结都有反向击穿电压都是6V这特性,利用这特性可鉴别管子的C和E脚,用10K档分别测BC和BE的反向电阻,击穿的是BE结。
9 线规
常用:AWG
https://britripe.blog.csdn.net/article/details/105264681中美线规对照表