硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)

硬

件

工

程

師

手

冊(cè)

目的

標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)范圍、設(shè)計(jì)輸出、設(shè)計(jì)要求，籍此標(biāo)準(zhǔn)來(lái)把關(guān)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。。

2適用范圍

適用于DVDP,DVDRW,PDVD及其相關(guān)產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)。

3定義

元器件的定義：在不同的標(biāo)準(zhǔn)中有不同的定義，這里采用GJB4027-2。00《軍用電子元器件破壞性物理分

析方法》中的定義，即元器件［Pari或Component）是指“在電子線路或電子設(shè)備中執(zhí)行電氣、電子、

電磁、機(jī)電和光電功能的根本單元。應(yīng)根本單元可由一個(gè)或多個(gè)零件組成，通常不被破壞是不能將其分

解的。

一般環(huán)境的定義：溫度15?35℃用對(duì)濕度：20%?80舟大氣壓：85?106KPa

3.3仲裁環(huán)境的定義：溫度25±TC相對(duì)濕度：48%?52%大氣壓：86?106KPa

4職責(zé)

硬件工程師：負(fù)責(zé)原理圖輸出；

PCB工程師:負(fù)責(zé)PCBLAYOUTo

5設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)

硬件設(shè)計(jì)的輸入包括客戶(hù)明示的要求和潛在的要求，如CRS、ID、CA、法律法規(guī)要求（如UL、

CE、CB、FCC、CCC）、知識(shí)產(chǎn)權(quán)〔MACROVISION、DOLBY）的要求等。硬件的設(shè)計(jì)必須以滿足客戶(hù)要求

為前提，并按照先做系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，再做好概要設(shè)計(jì)，最后做詳細(xì)設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)的輸出包

括但不限于電原理圖、PCB、樣機(jī)、BOM單、EMC及安規(guī)工藝要求表等。

本標(biāo)準(zhǔn)包括

令電原理圖制作與PCBLAYOUT

?元器件選擇

令通用功能與性能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

?安規(guī)設(shè)計(jì)

?5.5EMC（不包括ESD）設(shè)計(jì)

?5.6ESD設(shè)計(jì)

?熱設(shè)計(jì)

?能效設(shè)計(jì)

。噪聲設(shè)計(jì)

令環(huán)保要求設(shè)計(jì)

?制造可行性相關(guān)設(shè)計(jì)

?售后可行性相關(guān)設(shè)計(jì)

?5.13接口電路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

5.1電原理圖繪制與PCBLAYOUT

本司電原理圖制作工具采用ORCAD15.7CIS,原理圖八繪制的相關(guān)要求請(qǐng)參見(jiàn)《電原理圖制圖標(biāo)準(zhǔn)》。

原理圖的輸出目的是為適應(yīng)PCBLAYOUT的要求，PCBLAYOUT工具軟件采用PADS2007ZPADSLAYOUT局

部，其所需要遵行的標(biāo)準(zhǔn)要求請(qǐng)參見(jiàn)《PCB設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。特別需要注意的是：在繪制原理圖時(shí)，對(duì)大電流的電

源回路要標(biāo)示出來(lái)，以便PCBLAYOUT時(shí)根據(jù)下表確定適宜的線寬。

溫升（K）10K20K30K

銅厚（0。）120.51212

線寬(inch)最大通流容量（A）

PCB板上線寬與電流的關(guān)系(TraceCarryingCapacityperni1std275美軍標(biāo))

舉例說(shuō)，線寬，銅厚采用2oz.盎斯，而允許溫升30度，那查表可知，最大平安電

流是（安培）。1oz.等于35微米厚，2oz.等于70微米，以此類(lèi)推。

5.2元器件選擇標(biāo)準(zhǔn)

元器件的選擇應(yīng)遵循公司元器件標(biāo)準(zhǔn)化的要求，從標(biāo)準(zhǔn)化元器件庫(kù)中選取，盡量選用“優(yōu)選”類(lèi)元器但，

不選用“淘汰”類(lèi)元器件，必要時(shí)才選目“非優(yōu)選”類(lèi)元器件。卜.而的選擇標(biāo)準(zhǔn)僅僅提供一般的原那么供硬

件設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)選取適宜的元器件用。

兀器件包括分立兀件和集成器件兩大類(lèi)，分立兀件包括電阻、電容、電感、二極管、三極管等，集成器

件主要指集成電路（IntegratedCircuit,簡(jiǎn)稱(chēng)IC）,同時(shí)本標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)一些會(huì)用到的其它元器件如天線、喇叭

等作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

在選擇元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)參數(shù)的選取留有足夠的余量，實(shí)際使用應(yīng)力（電、熱、機(jī)械等應(yīng)力）應(yīng)低于元淵件峋

額定值,這就叫元器件的降額使用。元器件降額的程度以元器件實(shí)際承受的應(yīng)力（工作應(yīng)力）與額定應(yīng)力之比來(lái)

定量表示,此應(yīng)力之比通常稱(chēng)為降額因子。元蹈件降額使用時(shí),降額因子小于10元器件降額使用后,能在一定程

度上提離元器件的可靠性（降低元器件的工作失效率）。在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí),可以參考國(guó)軍標(biāo)GJB/Z35-93《元器件

降額準(zhǔn)那么》決定降額因子。

5電阻器件的選擇標(biāo)準(zhǔn)

電阻的要主要有標(biāo)稱(chēng)阻值、誤差、功率、耐壓等參數(shù)，在進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同的產(chǎn)

品，所關(guān)注的參數(shù)有所不同，為兼顧到各種設(shè)計(jì)的需要，這里分別把上述四薦參數(shù)的選取原那么，考

慮到工藝的要求和可靠性的要求，對(duì)條件極限電壓、電阻溫度系數(shù)及工藝條件的選取原那么也一并進(jìn)行了說(shuō)

明。

.1阻值的選擇

當(dāng)前，科技的開(kāi)展日新月異，電子元㈱件的封裝為適應(yīng)各種產(chǎn)品的需要也多種多樣，電阻也不

例外，但就當(dāng)前的工藝而言，主要有兩類(lèi)封裝，一類(lèi)是插件，另一類(lèi)是貼片（即SMD）。下面兩個(gè)

表分別是插件電阻與SMD電阻的阻值選擇指引。涂綠色的表示優(yōu)選值，無(wú)色表示非優(yōu)選（又稱(chēng)備選）

值，橙色表示淘汰值，根本上不能選用。

表-1插件電阻優(yōu)先選用表

表一2SMD電阻優(yōu)先選用表

5.2.1.2誤差的選擇

本司常用的電阻有兩種精度，一種十一5%,另一種是十一1%。其中前者是優(yōu)選值，后者是特殊情況下才使

用。

5.2.1.3功率的選擇

這里的功率是指電阻所標(biāo)的額定功過(guò)，一般是指在70c環(huán)境溫度下進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，而且阻值變

化不超過(guò)該試驗(yàn)的允許值時(shí)所允許的最大功耗值。電阻所能承受的功耗與溫度的關(guān)系稱(chēng)之為降功耗曲線。該

曲線一般在產(chǎn)品目錄或規(guī)格書(shū)中給出?？勺柙趯?shí)際使用過(guò)程中總會(huì)發(fā)熱而產(chǎn)生溫升，因此電阻實(shí)際承受的功

率應(yīng)在額定功率的30%?40%為宜，以保證電阻長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定地工作。

5.2.1.4額定電壓的選擇

這里的電壓是電阻的額定電壓，一般是指施加在電阻兩端的電壓不應(yīng)超過(guò)額定電壓或元件極限

電壓，兩者中取小者.

5.2.1.5條件極限電壓

可以連續(xù)施加在電阻兩端的最大直流電壓或交流有效值電壓：元件極限電壓取決于電阻器的尺寸和制造

工藝。比電壓一般在產(chǎn)品目錄或標(biāo)準(zhǔn)中給出，選用電阻或進(jìn)行電阻試驗(yàn)時(shí)一定要注意該電壓值。

舉例如下：

GB8551-87規(guī)定的RT13型碳膜固定電阻器的典型數(shù)據(jù):

70c額定功耗溫度系數(shù)a元件極限電壓絕緣電壓最大尺寸引線直徑d

LD

+350/-100015025()±

GB7275-87規(guī)定的RJI5型金屬膜固定電阻器的典型數(shù)據(jù):

70c額定功耗溫度系數(shù)a元件極限電壓絕緣電壓最大尺寸引線直徑d

LD

±100350500+

SJ/T10618-95規(guī)定的RYG1功率型金屬氧化膜電阻器的典型數(shù)據(jù):

70t額定功阻值范圍溫度系數(shù)c元件極限電壓絕緣電壓最大尺寸引線直徑d

耗

LD

1Q~75KQ±25025035010±

1IQ-100KQ350500134.5

21Q~120KQ±25035050016±

31Q-150KQ500700

SJ/T10619-95規(guī)定的RYG2功率型金屬氧化膜電阻卷的典型數(shù)據(jù):

70℃額定功耗阻值范圍溫度系數(shù)a元件極限電壓絕緣電壓最大尺寸引線直徑d

LD

1Q-22KQ250350±

11Q~68KQ35050010

21。~68K?！?5035050013

3IQ-I00KQ35050016土

51Q-100KQ500700

注：電壓值是指直流或交流有效值，單位V。功耗單位W。直徑單位mm。溫度系教單位104/'C

5.2.1.6電阻溫度系數(shù)a的選擇

電阻的阻值隨著工作溫度的變化而變化，這種變化用溫度系數(shù)來(lái)表達(dá)，在廠家的技術(shù)資料或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)明

確給出，其定義為a=(R1-R2)/(R1.AT)；這種變化對(duì)電路的工作穩(wěn)定性將產(chǎn)生不良影響，電路要求越高，

選用的電阻溫度系數(shù)越小，特別是作為基準(zhǔn)電壓和提供，作點(diǎn)的電阻，更應(yīng)該注意這一點(diǎn)。

5.2.1.7工藝條件的選擇

這里的工藝條件對(duì)本司而言就是指向阻的引線直徑及間距。下面分別進(jìn)行說(shuō)明。

電阻的引線直徑(d)通常在0.45~inm土mm±inin±m(xù)m的引線；水泥電阻引線一般較粗，采用0.8~mm的

引線，也會(huì)采用扁平狀引線。

5.17.2引線成型間距

?為了提高插件時(shí)的效率，需要對(duì)電阻引線進(jìn)行成型，使其間保證規(guī)矩、一致的間距；而對(duì)于功率1/2W

以上的電阻，將引線予以成型安裝，使其離開(kāi)線路板一定的距離便于散熱。

?士lmm、10±lmm±Imm^15±1mm,20±】mm、30±Imm為臥式裝配的標(biāo)準(zhǔn)間距，設(shè)計(jì)時(shí)盡量

選取標(biāo)準(zhǔn)間距；

?另外，要求電阻引線成型時(shí)一定要注明成型引線的形狀，可以是打彎(單彎、雙彎、內(nèi)彎、外彎)

也可以是打扁成型，根據(jù)裝配情況選擇；

?引線成型高度在7~9mm之間，根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)選擇，不必強(qiáng)求統(tǒng)一；電阻引線也可以成型為立

式安裝結(jié)構(gòu)，但盡量不要采用立式安裝。立式成型尺寸，目前使用較少；在成型方面，請(qǐng)遵循以下

尺寸：

5.2.1.8一般選取原那么

①選用阻值時(shí)盡量在上述標(biāo)準(zhǔn)系列中選取標(biāo)稱(chēng)阻值；如果要求非標(biāo)阻值，廠家生產(chǎn)不方便，替換也不方便,

還容易造成呆滯料：比方720KQ即是非標(biāo)阻值，盡量防止選用。

②滿足技術(shù)要求的情況下，盡量選取允許偏差大（即精度低）的電阻最為經(jīng)濟(jì)：

③氧化膜電阻不宜做高阻，一般不超過(guò)200KQ,超過(guò)200K陽(yáng)值穩(wěn)定性較差；

④C以下）盡量選金屬膜電阻，高阻以上）盡量選碳膜電阻：

⑤高壓、高阻、高溫、有浪涌的電路中盡量氧化膜電阻：如果價(jià)格允許，當(dāng)然玻璃釉電阻更好：

⑥在高增益電路中，特別是前置放大器，應(yīng)選用噪聲電動(dòng)式小的電阻，金屬膜電阻噪聲電動(dòng)式最小，其次

為金屬氧化膜電阻、線繞電阻、碳膜電阻。

5電容器件的選擇標(biāo)準(zhǔn)

電容器（簡(jiǎn)稱(chēng)電容）也是電子設(shè)備口常用的元器件之一，電路中用“C”表示，它主要用于電路

的隔直流、耦合、旁路、延時(shí)、濾波、能量轉(zhuǎn)換、

諧振回珞的調(diào)諧及控制電路中時(shí)間常數(shù)的設(shè)置等

方面。電容器的工作原理想必所有的硬件設(shè)計(jì)人

員都清楚，這里不再?gòu)?fù)述。但需要注意其參數(shù)的

決定因素。因?yàn)殡娙萜魇菍⑼娦阅芰己玫膬蓧K

金屬板相對(duì)平行放置，再在其間放?塊木通電的

絕緣介質(zhì)構(gòu)成。其容量為：

C=eXS/d

圖-1電容器的原理示意圖

如右圖522-1所示，電容器的容量，跟金屬板的面積、金屬板的距離、介質(zhì)有關(guān)。金屬板的面積越大，容量就越大，

金屬板的距離小，容量就越大，介質(zhì)的絕緣性能越好，容量就越大。

電容器的種類(lèi)可分為可變電容和固定電容兩大類(lèi)，各自有電板間的介質(zhì)種類(lèi)區(qū)分，但其原理都相同。

為了充分發(fā)揮電容器的主要功能和作用，錨器必圓的早試起林融容根本特性主要表現(xiàn)為

靜電容量、損耗、漏電流、額定超露1摟n電阻等方面。

5.1電容量的選擇]—但濕式電解電容

儲(chǔ)藏的電荷量。使用燃瞰昆容髭胸㈱電解電徐電池陽(yáng)極相連的金屬板帶+Q，

與陰?kù)o板電麗容用鼬星電電端捷藍(lán)拓之割同

是成雙成對(duì)的，目電量相等，那么給屬板間儲(chǔ)藏的電量Q與電壓和靜電容量2間

的關(guān)，3為I-固體式引絆刑（fi,ffiJl

一華緣介質(zhì)常數(shù)，S一金忡諭帆搬世:明屬板間距演V：梆雄創(chuàng)容版回蕾喜：

量的選擇與電路所要實(shí)現(xiàn)的功能有關(guān)上次蝮空賓里遛二里先取瓷片。腓也恭戲，如果是低

容

流詢(xún)就亦察.旨艇前南南戛艱增圾聲的情況下，電解電容的容量與

^濾波那么必須根據(jù)紋波山g

電容由您篇舅黃大，所能承受的絞礪繇般？踵數(shù)情況下，我們的硬件設(shè)計(jì)人

嘎所f自承受的紋波電流成F

員用彳手最多的是退耦電容利另外再介紹一下耦合電容的選取，這里分別介紹它們的選取原那

么。一薄膜電容器

?退耦電容的選擇

退耦蟲(chóng)容，有時(shí)有叫ByPasU不思盡畬蜃旁路電容

o主要作用是去提負(fù)載回路與電源回路之間的耦合，防止

負(fù)載【“常反射干擾信號(hào)到電源班略容凝成其它等擾。一般在供電回路設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)考慮把高頻去耦電容（霞

片電諄）與低頻濾波電容（最好是瓷片，但考慮本錢(qián)一般用電解電容）配合使其構(gòu)成一個(gè)高、低頻去耦回珞。

這里汽二片最好藏1株普腳的SM嚼%1電解電容最好選取留電解,但因鉗電解太貴。

?低分4準(zhǔn)以,電繇電容的選*?-

濾濾電容，特別是用作整流后的濾波電容，一般采用價(jià)格低有本錢(qián)優(yōu)勢(shì)的鋁電解電容。其選取的計(jì)

算公式如下所述。

?耦合電容的選擇

3.2損耗角正切（tg6）值的選擇

損耗是指電極或端子等電容器本身帶有的損耗。在實(shí)際應(yīng)用中，電容器并不是一個(gè)純電容，

其內(nèi)部還有等效電阻，因此對(duì)電容器施加電壓，當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生無(wú)用的熱，即電阻損耗?；蛘?，絕緣

體內(nèi)部短電壓方向變化的分子運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生熱。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗角正切（tg6）等

于電容器的損耗功率除以電容器的無(wú)功功率。

c—電容器的實(shí)際容量，f一規(guī)定蜥=RRsTfe%淵，邪聯(lián)箸敢電阻。

因此，在應(yīng)用中要注意選擇這個(gè)參數(shù)，防止自身發(fā)熱過(guò)大，以減少設(shè)備的失效。

5.3漏電流的選擇

當(dāng)對(duì)電容器施加一定的直流電流時(shí)，由于電極間的絕緣物不可能完全阻止電流通過(guò)，在到達(dá)

預(yù)定電壓前有一小局部充電電流流過(guò)，隨后逐漸變小，但絕對(duì)不會(huì)到達(dá)“0”，一直有微弱電流存在。即為漏

電流。

圖2-2

從圖2-2可知，電容器的漏心映密節(jié)第器的性能有較大的影響，它是區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量好壞的要點(diǎn)，一股

要求電容器的漏電越小越好」汁壅里眶n芯供電鬻限電解電容要選用低漏電產(chǎn)品（LC規(guī)格W1uA）…

Muwmi兒

5..4額定電壓的義就，

額定電壓（標(biāo)%班壓）

是指在T:和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器上的

最大直流電壓或最大交流匕壓的有交值豉脈沖電點(diǎn)建一般右皆浦%的楮況下，均指直流額定電壓。電

容器在工作的時(shí)，其上承骨的直流U,田應(yīng)小于額定電壓。

a、低壓時(shí)，實(shí)際工作電壓與額任叱東的比率可以高，吟;

b、高壓時(shí)，實(shí)際工作電壓與額定電壓的比率要低一些；

c、工作于交流狀態(tài)或直流上的脈R座流|成份比擬大對(duì)\比率便蟋低一些,頻率越高，比率越低：d、要

求可靠性高時(shí)，比率要選低一些。

e、工作電壓不應(yīng)超過(guò)電容器的額定工作電壓的0.8倍，最壞情況下不超過(guò)0.9倍。

.5絕緣電阻的選擇

理想的電容器，在其上加有直流電壓時(shí)，應(yīng)沒(méi)有電流流過(guò)電容器，而實(shí)際上存在著微小的漏

電流。直流電壓除以漏電流的值，即為可容器的絕緣電阻。電容器的絕緣電阻是一個(gè)不穩(wěn)定的參數(shù)，它會(huì)隨

著溫度、濕度、時(shí)間的變化而變化。

R=U/I（MQ）

式中：U—伏特，I-微安

電容器的漏電電流由兩局部組成，其中一是通過(guò)電容器芯子的電流【v：二是通過(guò)電容器兩個(gè)引出端的

外表路徑的電流ISO

當(dāng)容量較大時(shí)（OO.CF）絕緣電阻主要取決于介質(zhì)的性能,即R^Rvo當(dāng)容量較小時(shí)（CVO.luF）

或容量雖大但外表受潮或沾污時(shí)，電容器的絕緣電阻主要取決于電容器外表狀態(tài)，這時(shí)R&Rs。電容器的絕

緣電阻除了決定于所用的介質(zhì)材料的性能外，還受測(cè)量時(shí)間、溫度、濕度、電壓等因素的影響。

.6溫度對(duì)靜電容量、損耗、絕緣電阻的影響

溫度對(duì)電容器的靜電容量、損耗、絕緣電阻都有較大的影響，一般都要求在規(guī)定的溫度范圉內(nèi)恰當(dāng)?shù)剡x擇電

容器，以便充分電容器的各個(gè)恃性。相應(yīng)的特性曲線如下：

7%*器的優(yōu)選表依據(jù)tg§

5.

可個(gè)別參考附件的電解電容、片鑰士解電容、片容NPO材質(zhì)電容、i電容、片容X5R材質(zhì)電容、片容

Y#%通容等優(yōu)j10

5”￡件的選擇標(biāo)準(zhǔn)

重覲｛朋/為方便不單獨(dú)撰寫(xiě)磁珠通用需件的標(biāo)

括了通用類(lèi)磁選用標(biāo)準(zhǔn)。

4°電咨恭故僧躥邢J不同日分為線'繞離電由器的非線陽(yáng)

分為固定

-400+40+8GC-400+40+80℃-400+40+80'C

靜電量一溫度曲線損耗一溫度曲線絕緣電阻一溫度曲線

式電感器和可調(diào)式電感器。電感按工作頻率可分為高頻電感器、中頻電感器和低頻電感器。電感器按用途可

分為振蕩電感器、阻流電感器、濾波電感器、隔離電感器、被償電感器等。

阻流電感器（也稱(chēng)阻流圈）分為高頻阻流圈、低頻阻流圈、電子鎮(zhèn)流器用阻流圈、電視機(jī)行頻阻流圈和

電視機(jī)場(chǎng)頻阻流圈等。灌波電感器分為月源（工頻）波波電感器和高頻灌波電感器等。

電感器件主要參數(shù)有電感量、誤差、電流、品質(zhì)因數(shù)和頻率特性等。因?yàn)殡姼衅骷姆N類(lèi)太多，不同的

種類(lèi)有不同的參數(shù)要求，這里分別指電源濾波器、磁珠、EMC用電感等進(jìn)行介紹。

線圈電感量的大小,主要決定于線圈的直徑、匝數(shù)及有無(wú)鐵芯等。電感線圈的用途不同,所需的電感量

也不同。例如，在高頻電路中,線圈的電感量一般為0.luH—100Ho

電感量的精度,即實(shí)際電感量與要求電感量間的誤差,對(duì)它的要求視用途而定。對(duì)振蕩線圈要求較高,為

o.2-o,5%。對(duì)耦合線圈和高頻扼流圈要求較低,允許10-15%.對(duì)于某些要求電感量精度很高的場(chǎng)合,

一般只能在繞制后用儀器測(cè)試,通過(guò)調(diào)節(jié)靠近邊沿的線匝間於離或線圈中的磁芯位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

品質(zhì)因數(shù)Q用來(lái)表示線圈損耗的大小,高頻線圈通常為50—300。對(duì)調(diào)諧回路線圈的Q值要求較高,用

高Q值的線圈與電容組成的諧振電路有更好的諧振特性:用低Q值線圈與電容組成的諧振電路,其諧振特性

不明顯，對(duì)耦合線圈,要求可低一些,對(duì)高頻扼流圈和低頻扼流圈,那么無(wú)要求。Q值的大小,影響回路的

選擇性、效率、濾波特性以及頻率的穩(wěn)定性。一般均希望Q值大,但提高線圈的Q值并不是一件容易的事,

因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合、對(duì)線圈Q值提出適當(dāng)?shù)囊蟆?/p>

線圈的品質(zhì)因數(shù)為:Q=3L/R

式中:

3---工作角頻;

L一一線圈的電感量;

R--線圈的總損耗電阻線圈的總損耗電阻,它是由直流電陽(yáng)、高頻電限（由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起）介

質(zhì)損耗等所組成。"

為了提高線圈的品質(zhì)因數(shù)Q，可以采用鍍銀銅線,以減小高頻電阻:用多股的絕緣線代替具有同樣總裁

面的單股線,以減少集膚效應(yīng);采用介施損耗小的高頻瓷為骨架,以減小介質(zhì)損耗。采用磁芯雖增加了磁芯

損耗,但可以大大減小線圈匝數(shù),從而減小導(dǎo)線直流電阻,對(duì)提高線圈Q值有利。

另外,線圈繞組型電感還有固有電容,因?yàn)榫€圈繞組的匝與匝之間存在著分布電容,多層繞組層與層之間,

也都存在著分布電容。這些分布電容可以等效成一個(gè)與線圈并聯(lián)的電容。電容的存在,使線圈的工作頻率受

到限制,Q值也下降。電感的等效電路,實(shí)際為一由L、R、和C。組成的并聯(lián)諧振電路,其諧振頻率稱(chēng)為線

圈的固有頻率。為了保證線圈有效電感量的穩(wěn)定,使用電感線圈時(shí),都使其工作頻率遠(yuǎn)低于線圈的固有頻率。

為了減小線圈的固有電容,可以減少線圈骨架的直徑,用細(xì)導(dǎo)線繞制線圈,或采用間繞法、蜂房式繞法。

.1電感器的容量選擇

磁珠

磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。比普通的電

感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現(xiàn)陽(yáng)性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)

頻濾波效果。磁珠的主要原料為鐵氧體。鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。鐵氧體材料為鐵鎂合

金或鐵鍥合金，它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類(lèi)磁

芯就是帙氧體材料，許多廠商都提供專(zhuān)門(mén)用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常

大，具有很高的導(dǎo)磁率，他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。對(duì)于抑制電磁

干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率|4和飽和磁通密度Bs。磁導(dǎo)率N可以表示為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)局部構(gòu)

成電感，虛數(shù)局部代表?yè)p耗，隨著頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的事我

電路，L和R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過(guò)這種鐵氧體磁芯時(shí)，所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升

高而增加，但是在不同頻率時(shí)其機(jī)理是完全不同的。

在其他條件都滿足的情況，選用感量較大的電感器：

.1.2電源濾波器

.2電感器的電流選擇

電感器是導(dǎo)體線圈繞制而成，是有額定可流限制的。在使用中，電感器的電流要了解相關(guān)的線圈的直徑與電

流的大小之前的關(guān)系，如下表：

AWGAWG

Gage編號(hào)Gage編虢|英時(shí)|

［英忖］公厘公厘

023

124

225

326

427

528

629

730

831

932

1033

1134

1235

1336

1437

1538

1639

1740

1841

■

1942

2043

2144

2245

說(shuō)明：AWG,意為AmericanWireGage（美制幺泉祝）;

根據(jù)上表，電感器選用規(guī)那么：

A、每個(gè)單位mm的線圈，大約可以承受10A的最大電流：

B、使用中，設(shè)計(jì)最大峰值電流不應(yīng)大干線圈所能承受的最大電流的4/5；

5.3電感器的阻抗選擇

在設(shè)計(jì)盡可能選用DCR小的電感器：使巨源在經(jīng)過(guò)電感器時(shí)壓降小于或等于0.5V：

5.4電感器的溫度特性

要求在使用中，電感器的溫升要小于65度，或工作的最大相關(guān)溫度要小丁所選用電感器的工作溫度的上限。

5.5電感器的特性阻抗選擇

根據(jù)EMC的電路需求，針對(duì)干擾頻點(diǎn)選擇適宜的電感器：在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電阻,

感抗和總阻抗。通過(guò)這一類(lèi)曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)具有最大阻抗而在低頻和直流下信號(hào)衰

減盡量小的磁珠型號(hào)。

要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點(diǎn)：

I、不需要的信號(hào)的頻率范圍為多少；

2、噪聲源是誰(shuí)；

3、需要多大的噪聲衰減；

4、環(huán)境條件是什么（溫度，直流電壓，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）；

5、電路和負(fù)載阻抗是多少；

6、是否有空間在PCB板卜.放置磁珠：

在選擇時(shí)，首先了解不需的信號(hào)帶寬是多少，噪聲源是哪里，需要多大的噪聲衰減：而選擇適宜的電感

器。

?在能量轉(zhuǎn)換的電路中，選用時(shí)，要帶有磁屏蔽的電感器；

?在高頻抑制電路中，其他條件都滿足的情況卜，采用繞線較長(zhǎng)的電感器：

?在大電流，高溫度等環(huán)境下，磁珠的阻抗會(huì)受到很大的影響，設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留較大的設(shè)計(jì)余量：

?在時(shí)鐘的輸出口，預(yù)留電感器的位置，供后續(xù)EMC調(diào)試：以便對(duì)不需要的高頻信號(hào)進(jìn)行衰減。

5.6電感器的一般選用規(guī)那么

?一般DC-DC和DC-AC電路的電源入口，放置一濾波電路，以減小后端電路正常工作時(shí)，對(duì)輸入電源

的反射干擾。

?片式電感器和插件式電感器都滿足的情況下，選用較廉價(jià)的插件式器：

?電感多用于電源流波電路，側(cè)亙于傳導(dǎo)性干擾；磁珠多于信號(hào)叵路，主要是EMI方面；

?RF電路，PLL,振蕩電路，高速器件的電路入口，放置磁珠，抑制高頻信號(hào)干擾；

?一般在PCB板級(jí)的入口或輸出口放置電感器進(jìn)行抑制EMI干擾：

?目前一般的磁珠選擇:060301<1000nv\;08050{I>1000mA&I2000mA};電流大于2A,不建議使用

磁珠。

5.7電感器的優(yōu)選表

5半導(dǎo)體二極管的選擇

二極管是電子設(shè)備中常用的元器件之一，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多

的電路中起著重要的作用，它是誕生最旦的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。主要用于電路的整流、檢

波、穩(wěn)樂(lè)、發(fā)光品示、接收、數(shù)字電路等等方面。

按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為錯(cuò)二極管（Gc管）和硅二極管（Si管）；按照其不同用途，可分為椅波

二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管等：按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二

極管及平面型二極管。

點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片外表，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片

牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的電流（不超過(guò)幾卜亳安），適用于

高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。

面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過(guò)較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成

直流電為“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過(guò)較大的電流，而且性能穩(wěn)定可

靠，多用于開(kāi)關(guān)、脈沖及高頻電路中。

二極管的主要參數(shù)有

■正向電壓降VF：二極管通過(guò)額定正向電流時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。

■最大整流電流（平均值）U：在半波整流連續(xù)工作的情況下，允許的最大半波電流的平均值。

■正向反向峰值電壓￥研二極管正常工作時(shí)所允許的反向電壓峰值，通常VRM為VP的三分之二或略

小一些。

■結(jié)電容C：電容包括電容和擴(kuò)散電容，在高頻場(chǎng)合下使用時(shí)，要求結(jié)電容小于某?規(guī)定數(shù)值。

■最高工作頻率F”：二極管具有苴向?qū)щ娦缘淖罡呓涣餍盘?hào)的頻率。

■額定正向工作電流IF：是指一極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)管于時(shí)會(huì)使管芯

發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)容許限度(硅管為140左右，錯(cuò)管為90左右)時(shí)，就會(huì)使管芯過(guò)熱而損壞。所以,

二極管使用中不要超過(guò)二極管額定正向工作電流值。例如，常用的IN4001—4007型錯(cuò)二極管的額定正向工作

電流為IA。

■最高反向工作電壓片：加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了?/p>

證使用平安，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V,IN4007反向耐壓為1000Vo

■反向電流k：反向電流是指二極管

在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用

下，流過(guò)二極管的反向電流。反向

電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅?/p>

越好。值得注意的是反向電流與溫

度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升

高10度，反向電流增大一倍。例如

2Api型鋅二極管，在25度時(shí)反向

電流假設(shè)為250uA,溫度升高到35

度，反向電流將上升到50()uA依此

類(lèi)推，在75度時(shí)，它的反向電流已

達(dá)8mA,不僅失去了單方向?qū)Ч?/p>

性，還會(huì)使管子過(guò)熱而損壞。又如，

2CPI0型硅二極管，25度時(shí)反向電圖1.1二極管靜態(tài)特性

流僅為5uA,溫度升高到75時(shí),反

向電流也不過(guò)160uA。故硅二極管比錯(cuò)二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

■二極管的導(dǎo)電特性

1.翰態(tài)伏安特性

二極管的靜態(tài)伏安特性曲線如圖L1所示,可以分成以卜.三局部:

力,正向特性

二極管兩端加上正向電壓時(shí)，就產(chǎn)生正向電流。但是當(dāng)這個(gè)電壓比擬小時(shí),由于外部電場(chǎng)缺乏以克服內(nèi)部電

場(chǎng)對(duì)截流了?擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所造成的阻力,因此,這時(shí)的正向電流仍然很小,二極管呈現(xiàn)的電阻較大。隨著兩端電

壓的升高,內(nèi)部電場(chǎng)被大大削弱,二極管的電阻變得很小，電流很快增長(zhǎng)。

這里,有兩個(gè)二極管的也要靜態(tài)參數(shù),止向生降懺,止向直流電流1限二極管規(guī)格書(shū)中的相關(guān)指標(biāo)為最大

正向電壓YFM,正向平均整流電流IAY。

B.反向特性

外加反向電壓時(shí),由于在P型半導(dǎo)體還存在著少數(shù)自由電子,在N型半導(dǎo)體中也還存在著少數(shù)空穴,這些

少數(shù)載流子在反向電壓作用下很容易通過(guò)PN結(jié),形成反向電流。在外加反向電壓一定范圍內(nèi),反向電流根本

不隨反向電壓變化,圖中1R表示的就是反向電流,YR衣示所加的反向電壓,二極管規(guī)格竹中的1RM表示的

就是最大反向漏電流。IRM也是二極管的市要靜態(tài)參數(shù),需要注意的是,它對(duì)溫度較敏感,尤其是肖特基二

極管，所以,規(guī)格書(shū)中列出了兩種溫度下.的IRM。

C.反向擊穿

當(dāng)反向電壓增加到一定的值以后,反向電流急劇增大，出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。這是由于外加的電壓強(qiáng)制地把

外層電子拉出,使截流于數(shù)目急劇上升。此時(shí)的電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓。規(guī)格數(shù)中列出的相關(guān)指標(biāo)為VRRV稱(chēng)

為反向點(diǎn).復(fù)峰值電壓,稍小于擊穿電壓。

2.一極管的開(kāi)關(guān)特性

在開(kāi)關(guān)電源等功率變換電路中,除

了工頻整流器外,功率二極管大都

工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài),因此,二極

管的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性就十分重要。其

中主要是正向開(kāi)通特性和反向恢復(fù)

特性。二極管開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓電

流波形如圖L2所示。

A.開(kāi)通特性

二極管開(kāi)通時(shí)間特性如圖1.2a

所示,開(kāi)通初期出現(xiàn)較高正向峰值

電壓UFP,隨后電壓下降,電壓到達(dá)

穩(wěn)態(tài)正向壓降的1.1倍（也有人將

此值定為2V）的時(shí)間,稱(chēng)為二極管圖L2二極管開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓電流波形

正向開(kāi)通時(shí)間TFR。選用工作在開(kāi)

關(guān)狀態(tài)的二極管時(shí)，必須注意UFP和TFR這二個(gè)參數(shù),因它們決定二極管開(kāi)通損耗大小,對(duì)二極管工作時(shí)的

溫升影響很大。在某些電路中，如果二板管UFP太大,電路甚至不能正常工作。

B.關(guān)斷特性

二極管正在通過(guò)大的正向電流而突出反向電壓時(shí),反向阻斷能力的恢復(fù)過(guò)程如圖L2b所示。

在70瞬時(shí),一極管上施加反向電壓,正向電流IF以dif/dt速率減小,dif/dt的大小由反向電壓UR和分

布電感所決定。

在T1瞬時(shí),二極管電流過(guò)零,由于PN結(jié)的存儲(chǔ)效應(yīng),存儲(chǔ)電荷消失前,二極管未恢復(fù)阻斷能力,電流

繼續(xù)以相同速率反向增大,此時(shí),正向壓降稍有下降。

在T2時(shí)刻，電流達(dá)最大反向電流IRV,二極管開(kāi)始恢復(fù)阻斷能力,承受反向電壓。

T2以后,二極管承受反向電壓的能力迅速提高,反向電流迅速卜降,卜降速率為dir/dt,它通過(guò)中線電

感會(huì)感生較高電壓,再加上反向電壓UR后形成最大反向電壓URM。

在T3時(shí)刻,反向電流減小到0.1IRV（有人將此值定為0.25IRM）.

T1到T3的時(shí)間TRR稱(chēng)為二極管反向恢復(fù)時(shí)間。

在高頻電路中,工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的二極管,它的反向恢復(fù)特性對(duì)電郵性能的影響是很大的。首先,在頻

率較高的電路中,二極管的TRR必需足夠小,否那么,即使電路能工作,二極管的損耗也將十分巨大,電路

效率會(huì)很低。

3.二極管的損耗

二極管在電路中的損耗P由四局部組成。

P=Pfr+Pf+Prr+Pr

其中Pfr是二極管開(kāi)通過(guò)程中的損耗，Pf是二極

管導(dǎo)通時(shí)的損耗,Prr是二極管反向恢復(fù)過(guò)程中的損

耗,Pr是二極管承受反向電壓時(shí)的損耗.

Pf和Pr為靜態(tài)損耗,工作電流確定后,Pf[hVF

決定,反向電壓確定后,Pr由IR決定,與電路的工

作方式關(guān)系不大。因而,很容易估算。

Pfr和Prr為開(kāi)關(guān)損耗,在一定的工作頻率下,圖1.3二極管的損耗

Pfr由Mp和TFR決定,PIT由1RM和TRR決定,由于

是開(kāi)關(guān)損耗,它們與電路的工作頻率有直接關(guān)系。在高頻電路中,二極管的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)遠(yuǎn)大于靜態(tài)損耗。

常用二極管有整流二極管、開(kāi)關(guān)二極管、穩(wěn)壓、變?nèi)?、發(fā)光二極管等,

.1發(fā)光二極管的選擇

（A）LED發(fā)光原理：發(fā)光一極管是由HI-IV族化合物，如GaAs（神化稼）、GaP（磷化錢(qián)）、GaAsP（磷伸化銖）

等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性?/p>

此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)

入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一局部與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，

那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光

復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋

放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)

合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)um以?xún)?nèi)產(chǎn)生。

理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)X與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg有關(guān)，即X^1240/Eg（mm）

式中Eg的單位為電子伏特（eV）。假設(shè)能產(chǎn)生可見(jiàn)光〔波長(zhǎng)在380nm紫光?780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg

應(yīng)在3.26?L63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其

中藍(lán)光二極管本錢(qián)、價(jià)格很高，使用不普遍。

（B）LED的特性

1.極限參數(shù)的意義

（1）允許功耗Pm：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、

損壞。

（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。

（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。

（4）工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范困，發(fā)光二極管將不能

正常工作，效率大大降低V

2.電參數(shù)的意義

（1）光譜分布和峰值波長(zhǎng)：某一個(gè)發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長(zhǎng)，其波長(zhǎng)大體按圖2所示。

由圖可見(jiàn)，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長(zhǎng)入0的光強(qiáng)最大，該波長(zhǎng)為峰值波長(zhǎng)。

（2）發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)

度。假設(shè)在該方向上輻射強(qiáng)度為（1/683）W7sr時(shí)，那么發(fā)光1坎德拉（符號(hào)為cd）。由于一般LED的發(fā)光

二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉（med）作單位。

（4）半值角01/2和視角：01/2是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。

半值角料2倍為視角（或稱(chēng)半功率角）。圖3給出的二只不同型號(hào)發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度角分布的情況。中垂

線（法線）A0的坐標(biāo)為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。顯然，法線方向上的相對(duì)發(fā)光

強(qiáng)度為I，離井法線方向的角度越大，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。

（5）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在

0.6,IEm以下。

（6）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)

得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.4?3V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。

（7）VT特性：發(fā)光二極管的電壓與電