電子元器件基礎知識培訓教材

電子元器件基礎知識,部門：品質部版本：V0.0,1,掌握電子元器件的基本性能參數(shù)概況了解電子元器件基本結構了解電子元器件的各參數(shù)對電路的影響了解電子元器件應用時的注意事項,通過本課程的學習，您將能夠：,課程學習目標,概述電子元器件的質量因素貼片電阻基礎知識介紹貼片電容基礎知識介紹貼片電感基礎知識介紹LED基礎知識介紹IC基礎知識介紹,目錄,一、概述電子元器件在國民經濟中的地位電子元器件的技術進步會促進科學技術的發(fā)展電子元器件在國民經濟中的重要地位,5,電子元器件在國民經濟中的地位,電子元器件的技術進步會促進科學技術的發(fā)展現(xiàn)代新技術的興起,是以新材料、新工藝和新型電子元器件為支柱的，其中新型電子元器件可以說是新技術的基礎。實踐證明，一種新型元器件的誕生，不僅可以促進科學技術的發(fā)展，還可能引發(fā)一場技術革命。當你打一個手機，你會發(fā)現(xiàn)它是由許多新型電子元器件組成的，這些元器件都是近幾年生產出來的技術精華，正是它們的技術進步，才會使去粗大、笨重、功能簡單的移動電話變成現(xiàn)在小巧靈便、功能強大的手機電子計算機的發(fā)展又是一個很好的例子，電子計算機從誕生到現(xiàn)在不過50多年，但它的發(fā)展迅速，使其成為20世紀人類科學技術的最卓越的成就之一，電子計算機發(fā)展如此神速的主要原因，是基礎電子元器件從電子管到超大集成電路的發(fā)展中，有過多次重大的技術進步。,電子元器件在國民經濟中的重要地位電子工業(yè)是國民經濟中的戰(zhàn)略性工業(yè)，而其基礎是電子元器件產業(yè)，電子元器件是一個品種眾多、數(shù)量龐大的電子基礎產品，任何一個電子裝置、設備或系統(tǒng)都離不開它，它已廣泛應用于國民經濟的各個領域，因而可以說，電子元器件在國民經濟中占有極為重要的地位。,二、電子元器件的質量因素,溫度系數(shù)噪聲電動勢和噪聲系數(shù)高頻特性機械強度可焊性可靠性,7,電子元器件的質量參數(shù),電子元器件除有特性參數(shù)及規(guī)格參數(shù)外，往往還有專門規(guī)定的質量參數(shù)，用它來描述元器件特性參數(shù)和規(guī)格參數(shù)隨環(huán)境因素變化的規(guī)律。電子元子器件的質量參數(shù)包括溫度系數(shù)、噪聲電動勢、高頻特性、機械強度、可焊性及可靠性等。溫度系數(shù)電子元器件的特性及規(guī)格參數(shù)會隨使用環(huán)境溫度的變化而變化，溫度每變化1，溫度系數(shù)描述了元器件的數(shù)值穩(wěn)定性,溫度系數(shù)越小,它的數(shù)值越穩(wěn)定,溫度系還有正負之分,正溫度系數(shù)表示,當環(huán)境溫度升高時元器件的數(shù)值增加,負溫度系數(shù)表示,當環(huán)境溫度升高時元器件的數(shù)值減少.電子元器件的溫度系數(shù)主要取決于元器件的制作材料,例如碳膜電阻器的溫度系數(shù)較大,為1500X10-6/,而精密繞線電阻器的溫度系數(shù)卻很小,僅為10X10-6/.除了制件材料外,元器件的結構及制件工藝等因素也會對溫度系數(shù)產生影響.,噪聲電動勢和噪聲系數(shù)在電子設備中,放大器的輸出端輸出有用的信號外,還同時輸出有害的干擾信號.這種干擾信號有的是從電子設備外部產生的,如雷電、工業(yè)設備的打火放電都會通過電磁波輻射，由電子設備接收、放大后形成干擾信號，有的干擾信號是由電子設備內部產生的，電子元器件和電路本身都會產生干擾信號，由電子設備內部產生的這種干擾信號通常中做內部噪聲。,8,內部噪聲主要由各種電子元器件產生的。我們知道，導體內部的自由電子在一定的溫度范圍總是處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)之中，從而在導體內部形成了方向及大小都隨時間不斷變化的“無規(guī)則”的電流，并在導體的等效電阻兩端生產噪聲電動勢。噪聲電動勢是隨機變化的，它在很寬的頻率范圍內都起作用，由于這種噪聲是自由電子的熱運動產生的，通常把它叫熱噪聲。除了熱噪聲之外，各種電子元器件由于制造材料、產品結構及生產工藝的不同，還會產生其他類型的噪聲，例如：碳膜電阻因碳粒之間的放電而產生的噪聲，半導體管內部載流子產生的散粒噪聲等。通常用信噪比來描述電阻、電容、電感等無源元件的噪聲程度，即：信噪比=S/N式中：S元件兩端所加信號電壓；N元件內部所產生的噪聲電動勢。對于半導體管或集成電路等有源器件的噪聲，則用系來衡量，即：噪聲系數(shù)（F）=（Si/Ni）/（S0/N0）式中：Si/Ni輸入端信噪比S0/N0輸入端信噪比,9,高頻特性在不同的工作頻率條件下,電子元器件會出現(xiàn)不同的頻率響應,這種現(xiàn)象主要是同制造元器件時所使用的材料及元器件結構所造成的.在通常條件下,在分析電路時往往把電子元器件做為理想元件來考濾,但當它處于高頻狀態(tài)時,原來不突出的特性就會表現(xiàn)出來,例如,線繞電阻在直流或低頻電路中工作時,可以被看成理想電阻,而當它工作在高頻時,線繞電阻繞組形成的電感及分布電容便被突出出來,當頻率足夠時,其電抗值就會遠遠大于電阻值,除此之外,元器件的排列布置結構也應慎重,否則也會產生不同的頻率響應.機械強度電子元器件的機械強度是重要的參數(shù)之一.電子元器件被裝入電子設備,便會同設備一起經受使用環(huán)境的考驗,若設備內電子元器件的機械強度不高,就會在設備使用過程中受振動或沖擊的作用時發(fā)生斷裂.使電子設備無法正常工作,在惡劣條件下使用的電子設備,應選用機械強度高的元器件.可焊性可焊性也是電子元器件的質量參數(shù)之一,電子元器件的“虛焊”是造成電子設備故障的常見原因之一。造成電子元器件“虛焊”的原因有兩個方面：一方面是元器件的可焊性差，另一方面就是焊接元器件的工藝水平低下?？煽啃钥煽啃允请娮釉骷囊豁椫匾闹笜?。電子元器件的高可靠性體現(xiàn)在一些性能指標上，如壽命、功率、高頻特性、抗機械應力特性、抗靜電性、抗輻射性能、耐壓性及適應環(huán)境的能力等。概括地說，就是在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的性能作用的能力，這種能力的大小就是可靠性。,三、電阻基礎知識介紹,電阻/貼片電阻的基本定義貼片電阻的封裝尺寸貼片電阻的結構構成貼片電阻的常見命名方法貼片電阻的主要特性參數(shù),11,電阻的定義電阻（Resistance，通常用“R”表示），是一個物理量，在物理學中表示導體對電流阻礙作用的大小。導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。那么具有一定阻值、幾何形狀和一定技術性能的能夠對通過電路的電流產生阻礙作用的電子元件就叫做電阻器。電阻器（Resistor）在日常生活中一般直接稱為電阻。是一個限流元件，將電阻接在電路中后，電阻器的阻值是固定的，一般是兩個引腳，它可限制通過它所連支路的電流大小。阻值不能改變的稱為固定電阻器。阻值可變的稱為電位器或可變電阻器。用符號R表示，單位為歐姆、千歐、兆歐，分別用、K、M表示。貼片電阻片式固定電阻器，從ChipFixedResistor直接翻譯過來的，俗稱貼片電阻(SMDResistor),是金屬玻璃鈾電阻器中的一種。是將金屬粉和玻璃鈾粉混合，采用絲網印刷法印在基板上制成的電阻器。特點：體積小，重量輕適應再流焊與波峰焊電性能穩(wěn)定，可靠性高裝配成本低，并與自動裝貼設備匹配機械強度高、高頻特性優(yōu)越,12,貼片電阻封裝尺寸,備注：我們俗稱的封裝是指英制，尺寸公差不同的廠家存在一定的差異。,13,貼片電阻結構構成,14,國內貼片電阻的命名方法,例子：1、RS-05K102JT2、RS-05K1002FTR表示電阻S表示功率：0402是1/16W、0603是1/10W、0805是1/8W、1206是1/4W、1210是1/3W、1812是1/2W、2010是3/4W、2512是1W。05表示尺寸(英寸)：02表示0402、03表示0603、05表示0805、06表示1206、1210表示1210、1812表示1812、10表示2010、12表示2512K表示溫度系數(shù)為100PPM102前兩位表示有效數(shù)字，第三位表示10的N次方，基本單位是，10210001K。1002前三位表示有效數(shù)字，第四位表示10的N次方，基本單位是，10021000010K。J表示誤差精度F表示l；G表示2；J表示5；K表示10T表示編帶包裝,15,實際應用當中只標寫102，1002為了區(qū)分是精度為5，1的電阻，于是5，1的電阻分別用3位，4位數(shù)來表示。這樣也就是說102=1K精度為51002=10K精度為10.22=0.22R=R22*(只要是R在最前面，即表示阻值小于1。)2.2=2R222=22R22.1=22R1220=220R*(只要是出現(xiàn)R或R在最后面，即表示阻值小于1K。),貼片電阻的主要特性參數(shù)-阻值-精度-尺寸,16,貼片電阻生產流程,四、貼片電容基礎知識介紹,貼片電容的基本定義貼片電容的結構構成貼片電容的封裝尺寸貼片電容的分類貼片電容的常見命名方法,18,貼片電容的定義多層片式陶瓷電容器（MultilayerCeramicCapacitor，MLCC）,簡稱貼片電容，是由印好電極（內電極）的陶瓷介質膜片以錯位的方式疊合而成，經過一次性高溫燒結形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成我們常說的貼片電容。用符號C表示，在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F，由于法拉這個單位太大，所以常用的電容單位有毫法（mF）、微法（F）、納法（nF）和皮法（pF）等。換算關系是：1法拉（F）=1000毫法（mF）=1000000微法（F）1微法（F）=1000納法（nF）=1000000皮法（pF）。特點：隔直流同交流體積小，容量大壽命長，可靠性高適合表面貼裝（SMT）無極性擊穿時不燃燒爆炸，安全性高,19,貼片電容的結構構成,陶瓷介質,內電極,外電極,20,貼片電容封裝尺寸,備注：我們俗稱的封裝是指英制，尺寸公差不同的廠家存在一定的差異。,21,貼片電容的分類,22,NPO電容NPO是一種最常用的具有溫度補償特性的單片陶瓷電容器。它的填充介質是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。NPO電容器是電容量和介質損耗最穩(wěn)定的電容器之一。在溫度從-55到125時容量變化為030ppm/，電容量隨頻率的變化小于0.3C。NPO電容的漂移或滯后小于0.05%，相對大于2%的薄膜電容來說是可以忽略不計的。其典型的容量相對使用壽命的變化小于0.1%。NPO電容器隨封裝形式不同其電容量和介質損耗隨頻率變化的特性也不同，大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。下表給出了NPO電容器可選取的容量范圍。封裝DC=50VDC=100V08050.5-1000pF0.5-820pF12060.5-1200pF0.5-1800pF1210560-5600pF560-2700pF22251000pF-0.033F1000pF-0.018FNPO電容器適合用于振蕩器、諧振器的槽路電容，以及高頻電路中的耦合電容。,23,X7R電容X7R電容器被稱為溫度穩(wěn)定型的陶瓷電容器。當溫度在-55到125時其容量變化為15%，需要注意的是此時電容器容量變化是非線性的。X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下是不同的，它也隨時間的變化而變化，大約每10年變化1%C，表現(xiàn)為10年變化了約5%。X7R電容器主要應用于要求不高的工業(yè)應用，而且當電壓變化時其容量變化是可以接受的條件下。它的主要特點是在相同的體積下電容量可以做的比較大。下表給出了X7R電容器可選取的容量范圍。封裝DC=50VDC=100V0805330pF-0.056F330pF-0.012F12061000pF-0.15F1000pF-0.047F12101000pF-0.22F1000pF-0.1F22250.01F-1F0.01F-0.56F,24,Z5U電容Z5U電容器稱為”通用”陶瓷單片電容器。這里首先需要考慮的是使用溫度范圍，對于Z5U電容器主要的是它的小尺寸和低成本。對于上述三種陶瓷單片電容起來說在相同的體積下Z5U電容器有最大的電容量。但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率最大可達每10年下降5%。盡管它的容量不穩(wěn)定，由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）低、良好的頻率響應，使其具有廣泛的應用范圍。尤其是在退耦電路的應用中。下表給出了Z5U電容器的取值范圍。封裝DC=25VDC=50V08050.01F-0.12F0.01F-0.1F12060.01F-0.33F0.01F-0.27F12100.01F-0.68F0.01F-0.47F22250.01F-1F0.01F-1FZ5U電容器的其他技術指標如下:工作溫度范圍10-85溫度特性22%-56%,25,Y5V電容Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器，在-30到85范圍內其容量變化可達22%到-82%。Y5V的高介電常數(shù)允許在較小的物理尺寸下制造出高達4.7F電容器。Y5V電容器的取值范圍如下表所示封裝DC=25VDC=50V08050.01F-0.39F0.01F-0.1F12060.01F-1F0.01F-0.33F12100.1F-1.5F0.01F-0.47F22250.68F-2.2F0.68F-1.5FY5V電容器的其他技術指標如下:工作溫度范圍-30-85溫度特性22%-82%,26,主要MLCC主要生產廠家：日本京瓷（KYOCERA）、村田（Murata）、TDK；韓國三星（SAMSUNG）；國巨（YAGEO）、華新科（WALSIN）；大陸有名的則是宇陽（EYANG）、風華高科、三環(huán)。容選形時需要考慮的因素很多，以下探討了MLCC的電容選形要素。選型要素-參數(shù)：電容值、容差、耐壓、使用溫度、尺寸-材質介質的性能-C0G電容器具有高溫度補償特性，適合作旁路電容和耦合電容-X7R電容器是溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器，適合要求不高的工業(yè)應用-Z5U電容器特點是小尺寸和低成本，尤其適合應用于去耦電路-Y5V電容器溫度特性最差，但容量大，可取代低容鋁電解電容,貼片電容的選型,27,貼片電容的常用命名方法,貼片電容的命名所包含的參數(shù)有貼片電容的尺寸、材質、精度、耐電壓、容量、端頭的要求以及包裝的要求。一般訂購貼片電容需提供的參數(shù)要有尺寸的大小、要求的精度、電壓的要求、容量值、以及要求的品牌即可。,例1：Murata貼片電容命名方法,例2：Samsung貼片電容命名方法,28,例3：WALSIN貼片電容命名方法,29,貼片電容生產流程,30,五、電感基礎知識介紹,電感的定義及作用電感的主要特性參數(shù)貼片電感的分類,31,電感的定義及作用電感是導線內通過交流電流時，在導線的內部及其周圍產生交變磁通，導線的磁通量與生產此磁通的電流之比。通俗的說就是利用電磁感應的原理工作。其主要作用是阻交流通直流，阻高頻通低頻，也就是說高頻信號通過電感線圈時會遇到很大的阻力，很難通過，而對低頻信號通過它時所呈現(xiàn)的阻力則比較小，即低頻信號可以較容易的通過，電感線圈對直流電的電阻幾乎為零，其在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲等作用；電感的符號與單位電感符號：L電感單位：亨(H)、毫亨(mH)、微亨(uH)，1H=103mH=106uH。,32,電感量L電感量L表示線圈本身固有特性，與電流大小無關。除專門的電感線圈（色碼電感）外，電感量一般不專門標注在線圈上，而以特定的名稱標注。感抗XL電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL，單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關系為XL=2fL。品質因素Q品質因素Q是表示線圈質量的一個物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即：Q=XL/R。線圈的Q值愈高，回路的損耗愈小。線圈的Q值與導線的直流電阻，骨架的介質損耗，屏蔽罩或鐵芯引起的損耗，高頻趨膚效應的影響等因素有關。線圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線圈，多股粗線圈均可提高線圈的Q值。分布電容線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩(wěn)定性變差，因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。允許誤差：電感量實際值與標稱之差除以標稱值所得的百分數(shù)。標稱電流：指線圈允許通過的電流大小，通常用字母A、B、C、D、E分別表示，標稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。,電感的主要特性參數(shù),33,A.小功率貼片電感器小功率貼片電感器有三種結構：繞線貼片電感器、多層貼片電感器、高頻貼片電感器。1）繞線貼片電感器繞線貼片電感器是用漆包線繞在骨架上做成的，根據不同的骨架材料、不同的匝數(shù)而有不同的電感量等。2）多層貼片電感器多層貼片電感器是用磁性材料采用多層生產技術制成的無繞線電感器，采用鐵氧體膏漿及導電膏漿交替層疊并采用燒結工藝形成整體單片結構，有密封的磁回路，有磁屏蔽作用。1.繞線貼片電感2.多層（疊層）貼片電感3）高頻(微波)貼片電感器高頻(微波)貼片電感器是在陶瓷基片上采用細密薄膜多層工藝技術制成，具有高精度(+/-2%+/-5%)，且寄生電容極小。B.大功率貼片電感器大功率貼片電感器都是繞線型的，主要用于電源、逆變器中，用作儲能器件或大電流LC濾波器件(降低噪聲電壓輸出)。它由方形或圓形工字形鐵氧體為骨架，采用不同直徑的漆包線繞制成。,貼片電感的分類,六、貼片LED基礎知識介紹,貼片LED的定義貼片LED的分類貼片LED的正負極識別方法貼片LED的內部結構光譜貼片LED的關鍵參數(shù),35,貼片LED的定義貼片LED也叫做SMDLED(貼片發(fā)光二極管），它的發(fā)光原理就是將電流通過化合物半導體，通過電子與空穴的結合，過剩的能量將以光的形式釋出，達到發(fā)光的效果。特點：發(fā)光原理是屬於冷性發(fā)光,而非藉由加熱或放電發(fā)光，所以元件壽命比鎢絲燈泡長約50100倍，約十萬小時。無需暖燈時間，點亮響應速度比一般電燈快(約3400ns)。電光轉換效率高，耗電量小，比燈泡省約1/31/20的能源消耗。耐震性佳、可靠度高、系統(tǒng)運轉成本低。易小型、薄型、輕量化，無形狀限制，容易制成各式應用。反光二極管的元件符號及正負極使用過程中一定要注意區(qū)分LED的正負極,36,貼片LED的分類常規(guī)SMDLED封裝一般有如下幾種：金屬支架片式LED(1)金屬支架型：0402、0603、0805、1206、3mm、5mm、6mm等；(2)金屬支架（俗稱小蝴蝶）型：2mm、3mm等；(3)TOPLED(白殼）型：1208（30*20）、1311（35*28）等(4)側光LED:0905(22*12)、1605（40*14）等,37,PCB片LEDPCB板型：0402、0603、0805、1206等PCB片LED式我司常用的LED類型，在使用過程中一定要特別注意LED的正負極，避免出錯，導致功能失效或損壞LED。,38,如何有效區(qū)分LED的正負極？1.從外觀上直觀區(qū)分當拋料手貼或漏件需補焊及不良品LED燈維修時，應特別注意燈的極性。（1）可從燈的引腳端直接識別的綠色為燈的負極,39,（2）可以從燈的外形上直接識別出缺口的方向為負極,40,2.用萬用表檢測將黑表筆（負極）插入萬用表二極管功能COM口，紅表筆插入V一端；將萬用表指針打到二極管功能處；紅黑表筆互相解碰三次，有較響的滴-滴聲時，說明電量充足；將紅黑表分別放到LED燈的兩焊盤端，觀查是否發(fā)光，能發(fā)光時，紅表筆對應的焊端是燈的正極，黑表筆對應的焊端是燈的負極；第一次不發(fā)光時，保持LED燈的位置不變，交換紅黑表筆位置，若發(fā)光則紅表筆對應的焊端是燈的正極，黑表筆對應的焊端是燈的負極。注意事項：1）由于LED燈是靜電敏感元件，在測試的過程中要戴好防靜電手套,并在有靜電皮的臺面上操作；2）用表的紅黑表筆一定不要插錯位置；3）當燈在交換表筆仍不能發(fā)光時，請檢查兩個表筆要接觸良好；換兩到三個燈再測一次；更換15V直流電源，將電壓從2.3V每隔0.5V向上加直到燈亮。,41,貼片LED的內部結構,芯片：LED的核心組成部分，是一個PN結半導體結構，起發(fā)光作用；銀膠：固定芯片，導電和散熱的作用；環(huán)氧樹脂：固定芯片，絕緣和散熱的作用；金線：連接芯片和電極，導電作用；,42,光譜光是一種電磁波,速度為：3010000km/s?？梢姽獠ㄩL為780380nm（納米），紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。波長比380n