第2章 电子元器件的选用

第2章电子元器件的选用
主讲：庄奕琪
元器件可靠性应用与电路可靠性设计

本章概要
2.1 元器件质量等级
2.2 元器件选择通则
2.3 电阻器
2.4 电容器
2.5 硅分立器件
2.6 集成电路
2.7 电缆
2.8 电池
参考： 第1章应用可靠性基础 
 原文附件下载：元器件可靠性应用与电路可靠性设计1-9(庄奕琪)

2.1 元器件质量等级  – 国产元器件质量相关标准
 按级别分
 国家标准GB、国家军用标准GJB
 行业标准、行业军用标准
 企业标准、企业军用标准
 七专技术条件QZT（专批、专技、专人、专机、专料、专检、专卡，QZJ8406）
 按类型分
 规范：元器件的总规范和详细规范，统称产品规范
 标准：试验和测量标准、质量保证大纲和生产线认证标准、元器件材料和零件标准、型号命名标准、文字和图形符号标准等
 指导性技术文件：指导正确选择和使用元器件的指南、用于电子设备可靠性预计的手册、元器件系列型谱等

2.1 元器件质量等级  – 元器件规范举例
国军标编号 国军标名称   等效采用的美军标编号
GJB 65B-99 有可靠性指标的电磁继电器总规范 MIL-R-39016
GJB 63B-2001 有可靠性指标的固体电解质钽电容器总规范 MIL-C-39003
GJB 2438-95 混合集成电路总规范MIL-H-38534C
GJB 597A-96 半导体集成电路总规范MIL-M-38510G
GJB 33A-97 半导体分立器件总规范MIL-S-19500H

元器件的产品规范是元器件生产线认证和元器件鉴定的依据之一，也是使用方选择、采购元器件的主要依据

2.1 元器件质量等级   – 元器件标准举例
国军标编号  国军标名称    等效采用的美军标编号
7 GJB 4027-2000  军用电子元器件破坏性物理分析方法 MIL-STD-1580A
6 GJB 3233-98   半导体集成电路失效分析程序和方法  无相应的美军标准
5 GJB 3157-98  半导体分立器件失效分析方法和程序   无相应的美军标准
4 GJB 1217-91 电连接器试验方法MIL-STD-1344A
3 GJB 548A-96 微电子器件试验方法和程序MIL-STD-883D
2 GJB 360A-96 电子及电气元件试验方法MIL-STD-202F
1 GJB 128A-97 半导体分立器件试验方法MIL-STD-750H

元器件使用者充分了解上述元器件试验方法的标准，有助于深入地掌握元器件承受各种应力的能力，并为正确制订二次筛选或失效分析的规则提供了参考依据

2.1 元器件质量等级国产军用元器件的质量认证
认证名称 认证依据 认证单位   认证通过标志
列入行业合格产品目录行业制订的认证单位
行业军标或法规性文件
质量认定 列入合格产品目录 （QPL）或合格生产
厂目录（QML） 中国军用电子元器 件质量认证委员会
质量认证国军标 七专审查七专协议电子五所列入七专目录

2.1 元器件质量等级 – 电子元器件失效率等级

失效率等级名称 失效率等级代号 最大失效率（1/h）

         GB/T 1772-79 GJB 2649-96
十级 S  – 10-10
九级 J – 10-9
八级  B S 10-8
七级 Q R 10-7
六级 L P 10-6
五级 W M 10-5
亚五级 Y L 3×10-5

用失效率来表征可靠性的不足之处：一是贵重、高单价器件难以获得失效率数据，二是失效率不能反映抗恶劣环境等其它可靠性特性

2.1 元器件质量等级  质量与质量等级
 质量：元器件在设计、制造、筛选过程中形成的品质特征，可通过质量认证试验确定
 质量等级：元器件品质的量化状态或水平
 质量系数：表征元器件质量等级的定量参数指标
 质量保证等级：元器件总规范规定的质量等级，用于表征元器件的固有可靠性，亦简称质量等级

2.1 元器件质量等级   — 质量等级体系
 元器件总规范体系－质量保证等级
 国军标总规范规定的器件的质量保证等级和有可靠性指标元件的失效率等级
 不同元器件，等级分法及符号不同
 用于元器件生产控制、选择和采购，与失效率不一定有一一对应的关系
 元器件可靠性预计体系－质量等级
 GJB299B（MIL-HDBK-217F）规定的质量等级，用质量系数πQ表征，反映了同类元器件不同质量等级的相对质量差异
 分为A级、B级、C级（可细分为A1、B2之类的子级） 用于电子设备可靠性预计，与失效率有一一对应的关系

2.1 元器件质量等级  –国军标产品规范质量分级
元器件类别 依据标准 质量分级（从低到高）

失效率等级：L（亚五级）、M（五级）、P（六级）、R（七级）、S（八级）
相应的元件总规范
有可靠性指标的元件
混合集成电路GJB2438-95 质量保证等级：H1级、H级、K级
半导体集成电路GJB597A-96 质量保证等级：B1级、B级、S级
质量保证等级：JP（普军级）、JT（特军级）、JCT（超特军级）、JY（宇航级） 半导体分立器件GJB33A-97

2.1 元器件质量等级   — 美军标产品规范质量分级
元器件类别 依据标准  质量分级（从低到高）
失效率等级：L（亚五级）、M（五级）、P（六级）、R（七级）、S（八级）
相应的元件总规范
有可靠性指标的元件
半导体集成电路MIL-I-38535 质量保证等级：M级、Q级、V级
混合集成电路MIL-PRF-38534 质量保证等级：D级、E级、G级、H级、K级
微电路MIL-M-38510 质量保证等级：883级//及B级、S级
质量保证等级：JAN（普军级）、JANTX（特军级）、JANTXV（超特军级）、JANS（宇航级）
半导体分立器件MIL-S-19500

2.1 元器件质量等级   — GJB299B质量分级:单片IC
质量等级  质量要求说明  质量要求补充说明
B2 符合GB4589.1的I类产品符合SJ331的Ⅲ类产品
按“七九O五”七专质量控制技协议组织生产的产品；符合SJ331的Ⅱ类产品
按GJB597A的筛选要求进行筛选的B2
质量等级产品;符合GB4589.1的Ⅱ类产品
B1
B
按QZJ840614～840615“七专”技术条件组织生产的I、IA产品；
符合SJ331R I、IA类产品
A4- 符合GJB4589.1的Ⅲ 类产品;或经中国电子元器件质量认证合格的Ⅱ类产品
A3- 符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的B1级产品
A2- 符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的B级产品
A1- 符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的S级产品

 

2.1 元器件质量等级 GJB299B质量分级:混合IC
– 符合GB8976和GB11498质量评定水平为M 级产品B2
按“七九O五”七专质量控制技术协议组织生产的产品；符
合SJ820的产品
符合GB8976和GB1149质量评定水平为L级产品B1
B
按QZJ840616混合集成电路“七专”技术条件组织生产的产品
符合GB8976和GB1149质量评定水平为K级产品A4
– 符合GJB2438列入鉴定合格制造厂一览表的H1级产品A3
– 符合GJB2438列入鉴定合格制造厂一览表的H级产品A2
– 符合GJB2438列入鉴定合格制造厂一览表的K级产品A1

质量等级质量要求说明质量要求补充说明

2.1 元器件质量等级 GJB299B质量分级:晶体管及二极管
质量等级 质量要求说明 质量要求补充说明
C 低档产品
B2 符合GB4589.1I类产品符合SJ614的产品
按“七九O五”七专质量控制技术协议组织生产的产品
符合GB4589.1Ⅱ类产品;按军用标准筛选要求等进行筛选的B2质量等级
产品
B1
B
按QZJ840611“七专”技术条件组织生产的产品
符合GB4589.1且经中国电子器件质量认证委员会认证合格的Ⅱ类产品;
符合GB4589.1Ⅲ类的产品

按QZJ840611A“七专”技术条件组织生产的产品
符合GJB33A列入质量认证合格产品目录的JP级产品A3
– 符合GJB33A列入质量认证合格产品目录的JT级产品A2
– 符合GJB33A列入质量认证合格产品目录的JCT级产品A1

2.1 元器件质量等级GJB299B质量分级:电阻器
质量等级 质量要求说明 质量要求补充说明
C 低档产品
符合SJ75、SJ904、SJ1329、SJ2308的产品
符合GB/T5729、GB6663、GB7153、GB10193、GB/T13189、GB/T15654、
SJ1156、SJ1553、SJ1557、SJ1559、SJ2028、SJ2307、SJ2309、SJ2742的产品

按“七九O五”七专质量控制技术
协议组织生产的产品
B1 有附加质量要求的B2质量等级的产品

按QZJ840629、QZJ840630“七专”
技术条件组织生产的产品
符合GB/T5729、GB7153、GB6663、
GB/T10193、GB/T13189、GB/T15654且经中国电子元器件质量认证委员会认证合格的产品A2
– 符合GJB244、GJB601、GJB920列入质量认证合格产品目录的产品A1W
– 符合GJB244列入质量认证合格产品目录的L级产品AIL
– 符合GJB244列入质量认证合格产品目录的Q级产品A1Q
A 质量等级质量要求说明质量要求补充说明
C 低档产品
– 符合GB2693、GB5968、GB9322、GB9324的产品#p#分页标题#e#
B2 符合“七九O五”七专质量控制技术协议的产品: B1 有附加质量要求的B2质量等级的产品
B 符合QZJ840624“七专”技术条件的产品按质量认证标准，经中国电子元器件质量认证委员会认证合格的产品
A2-符合GJB924列入质量认证合格产品目录的W级产品
符合GJB1314列入质量认证合格产品目录的产品
A1W- 符合GJB924列入质量认证合格产品目录的L级产品
A1L- 符合GJB924列入质量认证合格产品目录的B级产品
A1Q- 符合GJB924列入质量认证合格产品目录的B级产品
A1B

 

2.1 元器件质量等级  –GJB299B质量分级:瓷介电容器

2.1 元器件质量等级GJB产品规范与299B的对比
详见最后附件，内有表格 kekaoxing.com

使用时应依据Ⅰ→II→III顺序选用：
I：建立了相应的军用规范，并列入军用电子元器件QPL、QML表的产品，属于高可靠产品，如美军S级和B级产品
II：已通过军标要求的部分或全部试验和检验要求（包括100%筛选、质量一致性检验等）的产品，属于准高可靠
产品，如美军883级产品
III：由各个厂家自行认定、没有经过高可靠性试验的一般产品，属于非高可靠产品

2.1 元器件质量等级军用微电路的优选等级
 S级（特军级）
 A2级：单片0.1
 A3级：单片0.25，混合0.5
 B级（普军级）
 B1级：单片0.5，混合1.0
 B2级：单片1.0，混合3.0
 C级（民用级）
 C1级：单片4.0，混合8.0
 C2级：单片14.0（塑料封装）

2.1 元器件质量等级国产微电路的质量系数

完全密封的具有正规可靠性筛选和制造厂质量保证措施的器件，非密封的用有机材料封装的器件必须承受160小时125℃老炼，以终点电气控制的10个温度循环（-55℃125℃）和100℃高温连续试验。
(217E，217F)
5.0 不完全符合MIL-STD-883的第1.2.1节的要求，并按照政府批准文
件，包括卖方等效的B级要求进行采购。
B-2(217E)2.0
完全符合MIL-STD-883的1.2.1条的所有要求并根据MIL图样、
DESC图样或其他政府批准的文件采购（不包括混合微电路）。对
于混合微电路使用下面的用户筛选程序。

1.完全按照MIL-M-38510的B级要求采购的。
2.完全按照MIL-I-38535（Q级）采购
3.混合微电路：按照MIL-H-38534的B级要求（质量等级H）采购0.25
1.完全按照MIL-M-38510的S级要求采购的。
2.完全按照MIL-I-38535及其附录B（U级）采购。
3.混合微电路：按照MIL-H-38534的S级要求（质量等级K）采购
S
级别说明质量系数
2.1 元器件质量等级美国微电路的质量系数

军品认证
 J级或： “军标认证”后所赋予产品的一个质量等级
 军级：口语化表示，可能通过了军标认证或者某些考核，但也可能是自封的

2.1 元器件质量等级容易混淆的概念举例
工作温度范围
  军用：-55~+125℃
  工业用：-40~+85℃
  商业用： 0~+70℃
质量等级
 B1：产品总规范质量保证等级，适用于国产微电路
 B1：可靠性预计质量等级，适用于几乎所有国产元器件
 B-1：可靠性预计质量等级，适应于美国产集成电路

2.1 元器件质量等级质量等级的选择依据

产品的用途和特点
产品在系统中的重要性
产品可靠性分配的指标高低
在电路中失效率较高的元器件

2.2 元器件选择通则易产生应用可靠性问题的器件
对外界应力敏感的器件
 CMOS电路：对静电、闩锁、浪涌敏感
 小信号放大器：对过电压、噪声、干扰敏感
 塑料封装器件：对湿气、热冲击、温度循环敏感
工作应力接近电路最大应力的器件
 功率器件：功率接近极限值
 高压器件：电压接近极限值
 电源电路：电压和电流接近极限值
 高频器件：频率接近极限值

2.2 元器件选择通则元器件选用要素(1)
 工作温度范围：元器件的额定工作温度范围应等于或宽于所要经受的工作温度范围
 电特性：元器件除了满足装备功能要求之外，要能经受最大施加的电应力
 稳定性：在温度、湿度、频率、老化等变化的情况下，参数变化在允许的范围内
 失效模式：应了解元器件的典型失效模式和失效机理
 可制造性：元器件的封装应能与设备组装工艺条件相容

2.2 元器件选择通则元器件选用要素(2)
 寿命：工作寿命或贮存寿命应等于或长于使用它们的设备的预计寿命
 可维修性：应考虑安装、拆卸、更换是否方便以及所需要的工具和熟练等级
 环境：应能良好地工作于各种使用环境，特别是如潮热、盐雾、沙尘、酸雨、霉菌、辐射、高海拔等特殊环境
 成本：应选择成本-效能好，能同时满足所要求的性能、寿命和环境制约条件的元器件
 可用性：供货商多于1个，供货周期满足设备制造计划进度，能保证元器件失效时的及时更换要求等

2.2 元器件选择通则高可靠产品的特征
 制造商认证：生产厂商通过了权威部门的合格认证
 生产线认证：产品只能在认证合格的专用生产线上生产
 可靠性检验：产品进行并通过了一系列的性能和可靠性试验，100%筛选和质量一致性检验
 工艺控制水平： 产品的生产过程得到了严格的控制，能随时提供全面的统计工艺控制（SPC）数据
 标准化程度：产品的生产和检验是按其详细规范及联合其它通用标准及规范进行的，具有专用的产品标志及型号命名法

2.2 元器件选择通则一般原则
 优先选用列入推荐目录（QPL、QML等）中的电子元器件
 优先选用实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途的元器件
 关键、重要的部件或分配可靠性指标高的产品，应选用质量等级高的元器件
 可靠性预计手册中基本失效率高的元器件，应选用质量等级高的产品
 最大限度地压缩电子元器件的品种规格和承制单位的数量
 选用经认定合格，质量有保证、供货及时、价格合理、技术服务好的定点供货单位

2.2 元器件选择通则元器件优选目录的制订
元器件优选目录是根据不同类型电子设备的可靠性指标要求和使用环境条件的要求，确定该设备所需的电子元器件的质量等级，拟制该设备的元器件优选清单。在应用时根据产品各研制阶段的实际需要，对元器件优选目录实施动态管理。
元器件 优选目录内容
元器件名称、型号、规格
元器件主要性能参数
元器件封装形式
元器件采用标准
元器件质量等级
元器件生产单位
元器件新旧型号与国内外型号对比
元器件使用环境
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 尽量选用标准的、通用的、系列化的元器件，慎重选用新品种和
非标准器件
 多选用集成电路，少选用分立器件
 不用无功能及质量检测手段的器件
 注重器件制造技术的成熟性（长期、连续、稳定、大批量，成品
率高）
 考查生产厂家的工艺水平、质量控制能力和产品信誉
 选用能提供完善的可靠性应用指南或规范的器件
2.2 元器件选择通则品种型号的选择原则
根据MIL-HDBK-217FN2，同等条件下，64位CPU的
失效率为57fit，32位CPU的失效率为28fit

 详细规范及符合的标准（国军标、国标、行标、企标）
 质量等级（GJB/Z299B )与可靠性水平（失效率、寿命等）
 认证情况（QPL、QML、PPL、IECQ）
 成品率、工艺控制水平和批量生产情况（SPC）
 采用的工艺和材料（最好能提供工艺控制数据和材料参数指标）
 可靠性试验数据（加速与现场，环境与寿命，近期及以往）
 使用手册与操作规范

2.2 元器件选择通则供货商应提供的可靠性信息

 对于设备关键部位和国家重点工程所用的国外集成电路要通过MIL-STD883试验，分立半导体器件的质量要符合MIL-S-19500的要求
 供货渠道可靠的品牌公司或国内代理商
 在产品长期使用中质量稳定可靠的老供货商
 能提供委托方的产品质量证明或试验检测报告的供货商
 无不合格的性能指标参数
 不是已停止生产或不再供货的产品
2.2 元器件选择通则国外元器件选用

2.2 元器件选择通则元器件可靠性的简易检验方法
 高温处理法：将元器件放入高温箱或烧杯中，在不同的温度下，观察元器件的性能参数变化程度及规律
 高压打击法：对元器件施加一瞬间高压，多次打击，电压值视元器件而定，观察其抗压强度
 电流冲击法：对元器件施加一定的过载电流，观察其变化情况、温升曲线、耐受程度等
 振动疲劳法：对元器件的机械强度、内部应力、接触点等作物理性验证，观察其耐受能力

2.2 元器件选择通则无源元件的寄生特性

2.3 电阻器电阻器引发失效一例发现半导体激光器寿命缩短观察到数MHz幅度很大的异常振荡
U1之前的回路未发现此类振荡振荡发生在Tr1及其外围电路将R3由5W水泥电阻改为2W氧化
金属膜电阻，振荡消失5W水泥电阻内部为线绕方式，
具有较大的寄生电感R3的寄生电感与Tr1的寄生电容
共同形成谐振产生电路#p#分页标题#e#

2.3 电阻器规格:阻值范围

2.3 电阻器规格:容差与阻值
 2位或3位有效数字表示
 等比数列取值，使相邻阻值的比相同
 高层次系列包含低层次系列的值（如E24系列包含E12系列）
 使用时通过串并联组合来得到系列中没有的阻值

2.3 电阻器规格:温度系数
 温度系数的定义
 每变化单位温度时阻值的变化比例
 单位为ppm/℃
 温度变化的来源
 使用环境温度的变化
 电阻耗散功率引起的自身散热过程

2.3 电阻器示例:电阻的选用

2.3 电阻器规格:额定功率
 额定功率：电阻可连续承受的功率
 额定电压：可对电阻施加的最大电压
 最高使用电压：直流及交流小信号应用
 最高过载电压：功率开关应用
 最高脉冲电压：浪涌抑制电路应用

2.3 电阻器功耗与可靠性的关系
 耗散功率越大，电阻的温升越大，电阻（及其周边元件）的寿命越短，阻值漂移也越大
 电阻的实际消耗功率最好控制在它的额定功率的一半，以提高其可靠性 耗散功率的计算要考虑电路中可能出现的最坏情况

2.3 电阻器规格:非本征特性
具有寄生电感和寄生电容具有热噪声和过剩噪声

2.3 电阻器常用电阻器类型

2.3 电阻器碳膜电阻
 特点：曾经是商业应用最普遍的电阻，但性能一般（容差大、温度系数高、固有噪声大），虽然价格便宜，但现在已与金属膜电阻相
差无几，不宜用于高精度及微小信号电路 主要指标：阻值范围1Ω～10MΩ，容差±5％，功率0.125～2.5W，温度系数范围-150～-1000ppm/℃
 材料与结构：槽型，采用纯碳来作为电阻膜
 衍生品种：合成碳膜或碳实芯电阻，在脉冲承受能力方面表现优秀槽型结构：通过在管状陶瓷基体上涂
敷碳膜或金属膜来实现阻值，通过切割一个可控尺寸的螺纹来微调阻值。
螺旋微调结构会固有地增加电阻自身的杂散电感，从而限制了它的脉冲处理能力，采用实心结构（碳块或者与陶瓷填充料相混合的碳导体）就要好的多

2.3 电阻器金属膜电阻
 特点：目前最通用的电阻，价格低，性能优越（尤其在温度系数、固有噪声和功率承受能力方面），可制作成引线、片状或排电阻等
多种形式，缺点是采用螺旋微调结构时脉冲负荷下稳定性会变差 主要指标：阻值范围1Ω～10MΩ，容差±1％，功率0.25～2W，温度
系数范围±50～200ppm/℃ 结构与材料：槽型或片状结构，对于不同的电阻范围，采用不同成分的镍铬合金作为电阻膜
 衍生品种：金属薄膜电阻，属精密电阻（容差可优于±0.5％），容差和漂移均小，但价格高，适用于高精度/小信号电路

2.3 电阻器线绕电阻
 特点：耐受功率大，散热性能好，但阻值低，体积大，分布电感及电容较大，高频特性差，适合中、大功率应用 典型指标：阻值范围0.1Ω～33kΩ，容差±5％，功率2～20W，温度系数范围±75～400ppm/℃ 结构与材料：绕线式结构，多采用镍铬合金金属丝绕制绕线型：在陶瓷制线圈骨架上绕有锰（镍）铜、镍铬等合金金属丝和带状线

2.3 电阻器表面安装片状电阻
 特点：超小型，轻量化，固有电感小，但额定功率及耐压相对较小，适用于表面安装
 典型指标：阻值范围0.1Ω～10MΩ，容差±1％，功率0.1～0.5W，温度系数范围±100～200ppm/℃
 结构与材料：在氧化铝陶瓷基片上淀积金属或碳厚膜或薄膜而形成，阻值微调通过切割薄膜部分的一个小的可控段来进行
片状电阻的典型结构 片状电阻的典型尺寸

2.3 电阻器脉冲电路中的电阻选用
 常见脉冲电路
 类型：晶闸管电路，功率晶体管缓冲器，开关电源 特点：瞬时高电压（浪涌），平均功率很小，峰值功率很大实例：用RC支路来限制晶闸管开关断开时出现的浪涌电压，但电阻本身会承受一个接近于电源电压的浪涌电压

2.3 电阻器脉冲电路中的电阻选用(续)
 电阻的选用
 不能选用：螺旋切割碳膜或金属膜电阻，小型片状电阻，线绕电阻（即使是高功率的）
 建议选用：合成碳实心电阻，金属釉电阻
 电阻功率的确定
 单脉冲电路：电阻的极限发热电压（LEV，允许的最大连续电压）应高于实际可能产生的脉冲电压最大值
 重复脉冲电路：电阻的额定功率应大于脉冲的平均功率Pavg

2.3 电阻器其它类型电阻
金属箔电阻：将金属箔贴在陶瓷板上，精度很高（±0.05％），阻值低（< 100Ω），温度系数超低
金属板电阻：阻值很低(<10 Ω） ，耐大冲击电流，寄生电感小，常作为检测电流电阻
水泥电阻：用水泥等无机材料填充陶瓷箱体，耐热性、绝缘性好，功率很大
高压电阻：将电阻浆料印刷在陶瓷基板上，形状自由度大，耐压高

2.3 电阻器电阻排:用途及特性
 特点（与分立器件比）
 优点：生产加工成本低，组装容易，一致性好，精度高，温度稳定性好
 缺点：耐压和功耗相对较低，PCB布局难度和布线长度增加
 厚膜电阻排
 用途：节省PCB面积，节省安装人力，降低制造成本
 特性：阻值范围数十～1MΩ，公差±2％～5％，温度系数±100％～250ppm/°C,每管脚功率1/4W,额定电压25～100V
 薄膜电阻排
 用途：提高精度，提高匹配性
 特性：阻值范围100 Ω～100kΩ，单体公差±0.1％～1％，温度系数±25～50ppm/°C,元件间相对公差±0.05％～0.1％，相对温度系数±5ppm/°C以下

2.3 电阻器电阻排:厚膜型
公共型
排内各个电阻均有一端相连，主要用于成组相邻线（如总线）的上拉及下拉分立型
多个电阻成排封装为一体，内部互不相连，可用于LED阵列的限流电阻、总线的阻尼电阻等终端型
相当于两排公共型电阻相连，抽头引出，主要用于高速数字总线信号反射的专用终端电阻

2.3 电阻器电阻排:薄膜型
排内各元件具有相同的阻值，通过串并联组合得到各种阻值

2.3 电阻器电阻排:使用实例
精确的电阻比决定了精确的放大器增益使用等值电阻排的分压器

 电磁兼容性及高频特性
 线绕电阻（存在线圈电感）→轴向引线型电阻（存在螺旋切割沟槽电感）→片状电阻（无引线，外形小）
 高阻值电阻（圈数或槽数多）→低阻值电阻（圈数或槽数少） 长引线电阻→短引线电阻→无引线电阻
 外形尺寸大、功率大的电阻→外形尺寸小、功率小的电阻 自身噪声
 碳膜（不连续性大）→金属膜→线绕

2.3 电阻器综合比较

不同极性温度系数电阻的组合
～ 薄膜金属膜电阻，线绕电阻
～ 氧化金属膜电阻，功率线绕电阻，厚膜金属膜电阻普通碳膜及金属膜电阻金属板电阻
需要更小温度系数
金属箔电阻，超高精度线绕电阻
薄膜金属膜电阻，高精度线绕电阻
～ ％ 厚膜及薄膜金属膜电阻，片状电阻
％ 氧化金属膜电阻
％ 普通碳膜及金属膜电阻
需要更高精度
：高压金属膜电阻
绝缘涂层电阻
碳膜电阻，金属膜电阻碳膜电阻（
～ 片状电阻（
需要更高耐压
珐琅电阻，金属铠装电阻
～ 水泥电阻
～ 金属板电阻（低阻），金属氧化膜电阻（高阻）
需要更大额定功率
超高电阻型金属膜电阻（高压），玻璃电阻（微小电荷检测）
～ 高电阻型金属膜电阻
需要更高阻值
金属板电阻（低精度），功率用金属箔电阻（高精度）
低电阻型金属膜电阻，线绕电阻
需要更低阻值

电阻器选用指南

2.3 电阻器电位器:作用
电位器
（供用户调整用）
半固定（半可变）电阻器（机器内部调整用）

2.3 电阻器电位器:与固定电阻器的差异
 性能指标
 阻值范围较小，约为1Ω～1MΩ
 精度难以提升，容差±10％～20％
 只能用于低频电路，即信号频率·电流电阻小于106Hz·Ω的场合，因其寄生参数大（特别是线绕电位器的寄生电感）
 滑动片为零时，有残留电阻
 经济性
 占用体积很大，不利于设备小型化
 电阻值不可预测且不稳定，在产品的测试和校准阶段，对电位器的调整增加了额外的时间和经费
 可靠性
 存在特殊的可靠性问题（详见下页）
 发展方向
 在数字电路领域，越来越多地用微处理器及AD/DA转换器来代替电位器，实现数值的调整与校准
 在模拟电路领域，电位器仍然是最后一个幸存下来的电子机械元件

2.3 电阻器电位器:可靠性问题
 滑动电极因摩擦、氧化、污染、机械振动或者电化学腐蚀等原因，可能导致接触不良或者开路，这是电位器独有的失效模式
 旋转寿命有限，电位器一般为数百次至数十万次，半固定电阻器为数次至数百次，因为所用电阻材料的耐磨性有限
 具有显著的滑动片动噪声
 额定电压除了要考虑端子之间的耐压外，还要考虑端子和金属转轴之间的耐压电位器滑动片的动噪声#p#分页标题#e#
电位器的金属转轴可能成为静电放电的通道电位器滑动片易接触不良或开路

2.3 电阻器电位器:主要类型

阻值随旋转角的变化规律
 碳膜电位器：成本很低，但性能差，易受机械和环境的破坏
 陶瓷金属电位器：应用最为广泛，尺寸小，固有电容小，可靠性较高，可用于较高频率
 线绕电位器：温度系数小，额定功率高，噪声低，滑动点的接触电阻小且过流能力强，但阻值做不大，不适用于高频
 多圈电位器：陶瓷金属和线绕的都有，比单圈的阻值分辨率高得多，但价格高，体积大

2.3 电阻器电位器:使用实例1

2.4 电容器与电阻器的不同
 电容器的种类远比电阻器多
 电容器容量的容差比电阻器阻值的容差大，通用电容一般为±5％～±20％，高介电常数陶瓷电容器可达-20%～+80%
 电容器的温度系数通常高于电阻器的温度系数
 电容器的容量有可能随工作频率、工作电压而变化
 有的电容器（如电解电容器）具有极性
 在直流和交流工作状态下的额定电压不同，通常后者低于前者

2.4 电容器规格:容量范围

2.4 电容器规格:额定电压与极性
电容器的交流额定电压<直流额定电压
电解电容器具有极性

2.4 电容器容量随工作电压的变化

2.4 电容器规格:电容器的寄生参数

2.4 电容器规格:损耗因数tanδ
损耗因素（也称电介质损耗角正切）：
tanδ=电容器阻抗的电阻分量/电抗分量，用来表征电容器的损耗

2.4 电容器规格:工作频率范围

2.4 电容器规格:温度系数
 温度系数的定义
 每变化单位温度时，阻值的变化比例
 单位为ppm/℃，或者在操作温度范围内电容的百分比变化

2.4 电容器主要类型

2.4 电容器膜电容结构
（聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯等）
金属导电箔与介质膜交错层叠卷绕在电介质上直接形成金属导电膜
此种结构需要较厚的介质膜来降低击穿的风险，故制作出的电容尺寸较大、容值较小。相对而言，金属箔结构比金属膜结构的介质膜更薄，因而尺寸较小、容值较大。不同膜电容的差别主要在于介质材料的不同。

2.4 电容器聚酯膜和聚碳酸酯电容
 聚酯膜电容
 单位容值及容值效率最高（因聚酯膜具有最高的介电常数），但温度系数较高，介质损耗较大（0.008）且明显地随温度和工作频率变化，可用于去耦、耦合和旁路等，但很少用于对稳定性和损耗因数要求高的场合
 聚碳酸酯电容
 温度-电容特性平坦，介质损耗较小（0.002），属于高性能电容，常用于对频率敏感的滤波器和定时等电路中。耐热性优于聚丙烯等电容，在高功率环境下的使用效果也不错膜电容都是采用此种卷绕式结构制成，可以利用介电常数不太大的介质材料制作出容量较大的电容，但寄生电感大，导致高频特性差

2.4 电容器聚丙烯、聚苯乙烯和金属化纸介电容
 聚丙烯和聚苯乙烯电容
 介质损耗很低（0.0003）且几乎不随温度变化，故可用于开关电源、电视行偏转电路等大功率脉冲应用的场合，但它的介电常数较低且难以被金属化，温度系数为负且不低（聚丙烯为-200ppm/℃，聚苯乙烯为-125ppm/℃)，不宜用于频率敏感电路（但可用于温度补偿）。另外，软化温度较低（75～100 ℃），焊接时需小心。聚苯乙烯产品相对稀少。
 金属化纸介电容
 因自加热而导致的温升较低，而且不易自燃，因此可用于电力网中某些容易因元件起火而导致事故的场合，但是纸要比塑料更容易吸潮，因此目前在绝大多数的应用中，纸介电容已被塑料介质电容所取代。

2.4 电容器陶瓷电容结构
（COG、X5R/X7R、Y5V/Z5U等）
此种结构无需卷绕，介质层和电极单独形成，然后烧成一个每端带有引出端子的固体块（故也称“独石”电容）。
圆盘状陶瓷电容器

2.4 电容器多层陶瓷电容
 COG(NPO)电容
 品质最高，温度系数接近零，电容值和损耗因数（0.001）几乎不随电压或频率而变化，使得它在高稳定性要求的应用中占有绝对优势，但因介电常数较低，电容值范围受到限制。
 X5R和X7R电容
 介电常数较高，可以在合理的封装尺寸内达到1uF，但稳定性不如COG，损耗也较大（0.025），电容值和损耗因素随电压和频率的变化可高达10％，只能用于诸如耦合和去耦等有限的电路应用中。二者的区别在于X5R的最高工作温度为85℃，而X7R为125℃。
 Y5V和Z5U电容
 品质最差，温度系数高，额定温度范围窄，损耗也大，但介电常数最高，可以做2.2uF电容，故广泛用于IC去耦电路中。

2.4 电容器容量随温度、电压的变化
容量随工作电压的变化（最大值） ～0 30％ 70％
介电常数（相对值） 10～100 2000～4000 5000～25000
温度系数（额定工作范围） ～0 <12% >70%
类型COG、NPO X7R Y5V、Z5U

2.4 电容器铝电解电容
 电容量大：通常为1～4700uF。铝箔电极长条绕在一个圆柱体上并包装起来构成，需将电极腐蚀→有效表面积↑→单位面积内的电容量↑。
 有极性：因电介质是离子导体，施加电压的极性不能相反 耐压有限：使用电压必须明显低于电化学过程所需的电压，以防出现破坏性过压
 损耗因数高：在20、100Hz下为0.1～0.3
 主要用途：耦合、去耦和电源滤波

 漏电
 估算公式：漏电流=(0.01~0.03)CVuA，C、V是额定电容、工作电压
 与电压有关：工作电压=40％额定电压→漏电流=10%额定漏电流
 与温度有关：最高温度下的漏电流=10?25℃下的漏电流
2.4 电容器非固体电解电容的可靠性问题
 功耗
 作为滤波器电容时的交变电流IR，通过电容器阻抗的电阻部分ESR会形成功耗→电容器内部的温升↑
 等效串联电阻ESR会随着工作温度降到0℃以下而急剧增加→功耗↑

铝电解电容器的温度与寿命的关系
 温度
 电容随温度↓而↓，工作温度范围约为-40℃～85℃（电容变化量±20％）
 损耗随温度降低和频率增高而变得更差
 寿命
 工作寿命和储存寿命都有限，因为电介质终会干枯
 长期存放而不极化，Al2O3介质膜有可能退化，导致漏电增加
 寿命与工作温度及整体密封性的好坏有关，温度每降10 ℃寿命将增加1倍

 大小和质量
 通常是电路中体积最大和质量最大的元件，抗振动能力较薄弱，因此需小心选择固定安装方式，保证其连接端的机械强度
湿式钽电解电容器湿式铝电解电容器

 基本结构：锰二氧化物作为电介质，烧结的钽粉作为阳极
 与铝电解电容器相比的特点
 温度范围宽：可达-55℃～125℃
 漏电流小：约为0.01CVuA，可与品质最好的铝电解电容相比
 损耗因数低：0.04~0.1，约比铝电解电容好两倍
 温度系数低：电容值在工作温度范围内的变化±3～ ± 15％
 有可能反极性使用：在某些工作电压范围内
 体积小：可以做成片状电容
 可靠性高：常常作为军事用途
 价格高：因为钽属于稀有金属
2.4 电容器固体钽电解电容
烧结型固体钽电容器结构

电气双层? X X X 超大容量（22000uF~10F），特性不好
氧化钽保护膜7.0 △ △ △ 频率特性好，漏电小，可靠性高，尺寸大，价格高
氧化铝保护膜8.5 X X X 大容量电容器的代表，有极性，漏电大，特性差
聚脂3.3左右△ △ △ 耐高电压，应用普遍，损耗较大
硫化聚苯PPS 23.0 ○ △ ○ 耐热性好（280°C） ，可以SMT化
聚碳酸脂3.0左右○ ○ ○ 耐热性好
聚苯乙烯2.4～2.6 ◎ ◎ X 容易制作，耐热温度低（85°C），机械强度低
塑氟树脂2.0～3.8 ◎ ◎ ○ 用于高频等特殊用途

介质损耗小，额定电压高，适用高频大功率，耐热温度低（85°C） 聚丙烯2.2～2.3 ◎ ◎ X
聚乙烯2.2～2.3 ◎ ◎ X 用于制作可变电容器
纸系列3.0左右○ ○ ○ 含浸矿物油、石蜡
半导体系列数千X ○ ◎ 同上
高介电常数系列数千X ○ ◎ 无极性大容量，价格便宜，公差及稳定性差
低介电常数系列8.5～80 ◎ ◎ ◎ 以氧化钛、氧化铝为原料，特性好，公差一般，容量低

玻璃3.8～7.5 ◎～○ ◎ ◎ 高电压、低漏电等特殊用途
云母7.0 ◎ ◎ ◎ 特性好，公差小，外形大，价格高

2.4 电容器可变电容器
空气（介质）可变电容器（历史悠久，体积大，机械强度低）
聚乙烯可变电容器（高频损耗小，软化温度低（约70°C），焊接小心）
空气（介质）微调电容器（体积偏大，用于高频大功率电路的阻抗匹配等）
聚丙烯微调电容器（耐热性差，比空气型小）陶瓷微调电容器（耐热性
高，体积小，容量较大）
活塞微调电容器（用于高频、高阻抗电路对微小容量的调整）

2.4 电容器可靠性比较
失效率：云母<涤纶<聚苯乙烯<玻璃釉<瓷片<密封纸介<金属化纸介<固体钽电解<液体钽电解<铝电解
容量稳定性与低漏电：固体钽电解>液体钽电解>铝电解
带负荷能力：无机介质>高分子有机介质>电解

2.4 电容器使用要点1:容值稳定性问题#p#分页标题#e#

2.4 电容器使用要点2:自谐振问题(续)
 自谐振频率若接近或者低于电路的工作频率，就会严重影响电容的使用效果（如去耦）
不同电容器的零区位置及其变化尖锐程度不一样。如47uF钽电容的零区可能在500Hz而且十分平坦，而100pF COG电容的零区可能会在100MHz而且十分尖锐 电容尺寸越小，引线越短，则自感越小，自谐振频率越高，因此小的、无引线的片状电容器的自谐振频率远高于大的、有引线的电容器。
寄生串联电阻越大，则零区底部越平坦，因此电解电容频率特性的底部较平滑零区

2.4 电容器使用要点3:不同性质的电容并联
 作用
 扩大应用频率范围
 避开自谐振频率所在区域
 实例
 10uF钽电解电容自谐振频率为1MHz，故不适用于10～20MHz时钟频率电路的去耦，但可将其与10nF且自谐
振频率为10～100MHz的陶瓷或膜电容并联使用

2.4 电容器使用要点4:电容的串联
 好处：降低单个电容耐受的实际供电电压，从而增加其性能和寿命 问题：即使各个电容的标称容量相同，但其直流漏电阻也可能有明显差别，导致各个电容实际承受电压有较大不同，有可能使个别电容因过压而损坏
 对策：给每个电容并接一个泄漏电阻，其阻值小于电容中最小的漏电阻，可使电容的工作电压<额定最大电压，同时可缩短电源关断时的放电时间，对安全有利。副作用是会增加整个电路的漏电流，但对于大部分应用（特别是高压滤波器）是可以接受的

2.4 电容器使用要点5:电压记忆效应

2.5 硅分立器件二极管:反向漏电流
 反向漏电流随温度上升而呈指数型上升
 对于同种型号不同厂商生产的二极管，漏电流可能也会有明显的差异 整流二极管（IN4004）的漏电流甚至可能比小信号二极管IN4148还低 漏电流是可靠性敏感参数之一

2.5 硅分立器件二极管:变容效应
 反向偏置下，二极管的电容随电压的变化而变化，电压↓→耗尽区宽度↓电容↑（几pF~几百pF)，变容二极管即利用此性质制作
 正向偏置下，二极管的电容比反向偏置大，但基本不随电压而变化
2.5 硅分立器件二极管:反向恢复效应
 产生功耗：在反向恢复期间，VR·IR形成了一个相当大的功耗，为此专门研制了“快速恢复”二极管，将反向恢复时间从1～20us减少到0.15～0.2us
 形成浪涌：在反向恢复期间，极高的di/dt会如果通过电感负载，会在电路中形成很大的浪涌电压，为此专门研制了di/dt较小的“软恢复”二极管当二极管所加电压从正偏VF 转为反偏VR时， 需要一段时间（反向恢复时间）的反向电流IR来清除结内所有导电的载流子

2.5 硅分立器件肖特基二极管
 特点（与pn结二极管相比）
 正向压降低：0.4～0.5V，而pn结二极管为0.6~1V，故功耗低，常用在高效率开关电源或整流器中
 速度快：无少数载流子的电荷存储效应，无反向恢复效应，故常在RF混频器或高速转换器中
 反向漏电流大：比pn结二极管高一个数量级左右 击穿电压做不大：额定值为30～100V，而pn结二极管可以达到1kV以上 价格略贵

2.5 硅分立器件稳压二极管:斜率电阻
飞利浦BZX79系列稳压二极管
 稳压效果与斜率电阻Rs有关，Rs越小则稳压效果越好
 通常在中间电压区间（如5V～20V），稳压效果最好，故稳定高电压最好使用多个低电压器件串联而非单个高电压器件
斜率电阻Rs(Ω)

2.5 硅分立器件稳压二极管:温度系数
飞利浦BZX79系列稳压二极管
负温度系数区：
以齐纳击穿为主
正温度系数区：
以雪崩击穿为主
 通常在4.7～5.6V附近具有最低的温度系数，故对温度要求很高的场合可选用该稳压值的器件
 通常在5.6~5.9V附近具有最接近普通二极管正偏电压的温度系数（+2mV/℃),故常用作精密基准二极管

2.5 硅分立器件晶闸管:触发电流特性
 触发晶闸管导通的条件取决于栅极注入能量，高栅极电流短脉冲和低栅极电流宽脉冲的作用相当
 触发栅极电流随温度的降低而上升，故不宜用于低温环境
 导通时的正向压降高于普通二极管，达到0.8~2V，故不宜用于低压电路

2.5 硅分立器件晶闸管:误触发
 阳极和阴极之间出现的不期望的dV/dt脉冲，通过阳极与栅极之间不期望的寄生电容C及其栅到阴极的输入阻抗，在栅极引入意外的电流脉冲i=C·dV/dt，有可能导致晶闸管误触发。因此，最大允许的dV/dt是晶闸管的参数指标之一

2.5 硅分立器件晶闸管:缓冲技术
晶闸管的负载电阻
 晶闸管的负载（如电炉或灯泡的常温电阻、电机或变压器的绕组电阻）多为感性，因此希望晶闸管的正向电流变化速率di/dt不能太大，否则可能会烧毁器件
 在阳极-阴极之间并联一个C-R-D支路，用于抑制dV/dt的影响。晶闸管正向电压不够高时，D截止，C抑制dV/dt，R限制di/dt；正向电压较高时，D导通，消除过大的R的不利影响（R～RL时，可去除D）。
2.5 硅分立器件双极晶体管:可靠性影响因素

2.5 硅分立器件双极晶体管:漏电流的影响
输入低电平时，TR1截止，但有集电极漏电流ICEO→TR2的基极电流，使TR2导通，并放大后形成负载电流IL（可达uA~mA量级)
输入低电平时，TR1截止，ICEO形成的压降被R2/R1分压，TR2无法导通，无法形成负载电流IL电平位移电路

2.5 硅分立器件双极晶体管:饱和压降的影响
输入高电平时，TR1饱和，正常情况下应使TR2截止，但若TR1的集电极-发射极饱和压降VCEsat过大，有可能使TR2导通。解决方法是增加分压电阻RBE，使TR2的发射结偏压小到无法导通

2.5 硅分立器件双极晶体管:复合管
 特点（与单个晶体管相比）
 增益高：可达1000倍以上
 饱和压降高：VCEsat1+VBE1，通常约为1V
 输入导通压降高：VBE1+VBE2
 开关时间长：TRB容易出现过饱和
 为避免漏电流的影响，可在基极与发射极之间加适当阻值的电阻，但会使增益有所下降

2.5 硅分立器件双极晶体管:安全工作区

2.5 硅分立器件双极晶体管:电流增益
 直流或小信号电流增益随集电极电流和温度而变化，设计时不能作为一个稳定参数
 进入高电流区或者进入低电流区，电流增益均要下降，中间的平坦区的范围对于不同类型的管子会有所不同
 电流增益会随温度的上升而增加，温度的下降而减少，最大变化幅度可达2～3倍（归一化值）

2.5 硅分立器件双极晶体管:开关时间
 晶体管由截止到导通的时间为开启时间(延迟时间+上升时间），通常可小于50ns；由导通到截止的时间为关断时间（存储时间＋下降时间），通常在100～200ns
 开关时间的值与测试条件有关，器件制造商的测试条件有可能与你将要使用电路的工作条件不同
 缩短开关时间的有效方法是使晶体管处于临界饱和状态，ECL（发射极耦合逻辑）或S/LSTTL（肖特基/低功率TTL逻辑）电路提供了实现这一点的电路途径

2.5 硅分立器件JFET:优点及适用范围
 模拟开关：导电通道为纯电阻性，输入-输出端之间无需偏置电压，控制端漏电流几乎可以忽略，但对控制电压的幅度有要求 RF放大器、混频器和振荡器：RF噪声低，输入、输出阻抗固定，动态范围大，设计比双极器件容易，价格相对较低 恒流源：栅-源短接成为恒流源，电流可通过可变电阻调整 高输入阻抗放大器：输入阻抗高，漏电流小JFET用作恒流源恒定电流为IDSS恒定电流小于IDSS，
且可通过R调整

2.5 硅分立器件JFET:缺点
 漏电流随温度变化大，70 ℃ 比室温大20倍，125 ℃则要大1000倍，故较少用于军用电路 对输入电压的极性及大小有限制，驱动电路的电源电压必须比输入信号电压大几伏特 栅-源开启电压随器件可能会有1～6倍的变化，给偏置电路设计（尤其是低电压电路设计）带来困难

2.5 硅分立器件功率晶体管的比较

2.5 硅分立器件IGBT:结构
绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor） n沟道MOSFET实现（电压）控制，PNP晶体管实现（电流）输出，
兼具MOS器件的高速度和双极器件大电流、高电压的优点 IGBT适用于高电压（>1kV）、中低频应用，VDMOS适用于中等电压
（<250V）、高频应用，功率双极晶体管仅用于低成本场合沟道

2.5 硅分立器件IGBT:缺点
 IGBT从导通转为截止时，由于清除PNP管基区载流子需要时间，形成一段“电流尾”导致功耗增大，并增加了关闭所需的时间。此效应随温度的上升而加强。

2.6 集成电路可靠性影响因素
微电路P T V E Q L L λ (cπ c π )π π π 1 2 = +
成品率与可靠性
 成品率（有时称为质量）：出厂或老化筛选中在批量器件发现的合格器件数
可靠性：经历一年以上的上机时间后的失效器件数
 一般而言，器件的质量与成品率越高，可靠性越好。但质量与成品率相同的器件，可靠性并非完全相同

 封装材料
 塑料封装：成本低，气密性差，吸潮，承受功率小，易老化，不易散热
 陶瓷封装：气密性好，耐高温，承受功率大，成本高
 金属封装：气密性好，耐高温，承受功率较大，屏蔽效果好，成本高
2.6 集成电路封装的选择:封装材料

 有引脚元件：寄生电感1nH/mm/引脚（越短越好），寄生电容4pF/引脚
 无引脚元件：寄生电感0.5nH/端口，寄生电容0.3pF/端口#p#分页标题#e#
 表面贴装>放射状引脚>轴面平行引脚
2.6 集成电路封装的选择:管脚形式

 引线涂覆形式的选择
 镀金：环境适应性好，易焊性佳，成本高
 镀锡：易焊性好，环境适应性一般，成本中等
 热焊料浸渍涂覆：质量最差
 内部钝化材料的选择
 芯片表面涂覆有机涂层或有机薄膜：慎用
 芯片表面淀积有无机材料薄膜：可用
 内部气氛
 真空封装：抗辐照，对管壳密封性要求高
 惰性气体封装：易形成污染及电离气体，有利于抵抗外界气氛侵入

2.6 集成电路集成运放:主要类型
 可靠性选用要点
 失调电压、失调电流、输入偏置电流随温度、时间变化敏感，开环增益随频率、温度变化敏感
 高转换速率的运放，通常功耗也大
 在一个封装内的多个运放相互之间的一致性好，平均成本低，但相互之间的EM干扰也大
 金属圆壳封装可靠性最好，但管脚数有限，其次是陶瓷封装，塑料封装可靠性相对最差，但目前已能满足绝大多数商用要求

2.6 集成电路集成运放:失调电压
 失调电压定义为输出为0时，差分输入端的直流电压差
 失调电压数值范围通常在mV~uV级，高精度型<200uV
 失调电压会随温度、时间而改变，温漂范围5～40uV/°C ，高精度型<2uV/°C
 对于高增益运放，输入失调电压过大容易使输出电压超过规定范围（饱和）
 早期CMOS运放的失调电压及其漂移远比双极运放的大，目前二者的水平相当

2.6 集成电路集成运放:如何减少失调电压
 用交流耦合取代直流耦合，使运放的直流增益为1，但会影响速度
 用多个低增益运放取代单个高增益运放，还可增加带宽，但会增加器件数
 用低失调的精密运放，但会增加成本或牺牲其它指标（如增益带宽积、功耗等）
 用数字技术对失调进行修正
交流耦合同相放大器交流耦合反相放大器

2.6 集成电路集成运放:如何减少失调电压(续)
 实时地采集运放输出的失调电压，并反馈到输入端进行修正，称之为“数字调零”技术，既可纠正失调，也可修正漂移

2.6 集成电路集成运放:输入偏置电流与失调电流
 输入偏置电流IB定义为输入的平均直流电流，决定了放大器的稳态输入阻抗
 失调电流IOS定义为差分输入端偏置电流的差|IB- -IB+|，会形成一个附加的失调电压ΔVOS=IOS·RS，RS是输入信号源电阻
 输入偏置电流和失调电流的范围在uA~nA，高精度型可<20nA

2.6 集成电路集成运放:共模抑制比和电源抑制比
 共模抑制比CMRR：两个输入端同时变化时引入的等效输入误差电压。80dB的CMRR表示输入端每变化1V，将引入0.1mV的等效输入误差电压。CMRR会随共模输入电压幅度、温度和频率而变
 电源抑制比PSRR：电源电压变化时引入的等效输入误差电压。80dB的PSRR表示电源电压每变化1V，将引入0.1mV的等效输入误差电压。正电源和负电源的PSRR可以有明显差别，PSRR随频率的上升而急剧变差

2.6 集成电路集成运放:交流参数

2.6 集成电路集成运放:负载电容→振荡
 负载电容CL（有可能是20m长的同轴电缆引起的20pF寄生电容）与运放的开环输出电阻Rout相结合，在输出电压上引起相位滞后，较少了反馈网络的相位差，有可能引发振荡，可加接RS、CF补偿之。
有振荡无振荡

2.6 集成电路集成运放:输入电容→振荡
 反相输入端的小的寄生电容（3～5pF）与大的反馈电阻相结合，也可引起相位滞后，在R1上接一小的反馈电容CF即可解决此问题。

2.6 集成电路数字IC:类型的选择
在-55℃到+125℃的范围内，TTL的中点电压值变化了40％，而CMOS几乎没变

2.6 集成电路数字IC:时钟频率对可靠性的影响
 时钟频率越高，其谐波频率及幅度也就越高，电磁发射能力越强，同时动态功耗也就越大，因此在满足技术指标要求的前提下，应选用最低的时钟频率
 数字IC能用低速的就不用高速的，高速器件只用在关键的地方。如CMOS通用逻辑电路的选用次序为4000系列>HC系列>AC系列

2.6 集成电路数字IC:时钟边沿宽度的选择
 时钟上升和下降沿越平缓，其谐波频率及幅度越低，电磁发射能力也越弱，但会增加CMOS电路的开关功耗。从电磁兼容的角度考虑，在满足速度指标的前提下，尽可能选用上升和下降沿较平缓的器件谐波
2.6 集成电路数字IC:静态抗干扰能力
 高电平噪声容限NMH= VoHmin- VIHmin，其中最大输出高电平VoHmin，最大输入高电平VIHmin
 低电平噪声容限NML= VILmax- VOLmax，其中最大输入低电平VoHmin，最大输出低电压VIHmin

2.6 集成电路数字IC:动态抗干扰能力
74HC CMOS逻辑器件
 干扰脉冲幅度越大，或者脉冲宽度越大，则对电路的影响越大 高电平与低电平的动态噪声容限是不同的

 未使用的输入端（尤其是锁存器/触发器的输入端）不宜悬空，更不能接开路长线
 空置管脚应接适当节点，原则如下
 不影响电路逻辑功能（如与非门输入端接高电平）
 尽量使闲置不用的门电路应处于截止状态，以节省整机功耗
 尽量降低门电路的输入阻抗，以降低输入噪声的影响
 实际接法
 通过上拉电阻接电源，或者通过下拉电阻接地，如果电源与地线噪声很低，则可直接接
 通过适当的逻辑门接低电平或者高电平
 接到别的输入端上
2.6 集成电路数字IC:空置管脚的处理

2.6 集成电路电磁兼容性好的IC
 封装的电源与地的引脚较近，或者具有多个电源及地线引脚，有利于加强电源与地之间的互感，同时减少因电源线和地线长度引起的自感
 输出电压波动性小，转换速率低，有助于降低输出大信号时的dv/dt，抑制电磁发射
 电源瞬态电流低，有助于降低电源线上的di/dt，抑制开关浪涌
 对于高速信号（如时钟频率>100MHz），最好采用差分方式传输，以免地线作为信号回流通路时产生的信号不完整性问题
 输入电容尽量低，有助于减少充放电过程中的浪涌电流，从而降低了发射和功耗
 输出驱动能力不要大于应用所需要的值，虽然驱动能力强意味着驱动电路能够承受更大的瞬态电流，但会导致其负载（包括导线）承受的瞬态电流更大更快，引起过冲和振铃，还是会破坏信号完整性，并出现较高电平的EM发射

 能用集成度高的就不用集成度低的
 不同类型的同类电路（如CMOS和TTL逻辑电路）不宜混用，以防延迟时间不同造成干扰 输入抗干扰能力要强（带施密特触发器或线接收器） 输出驱动能力要强（带缓冲器或线驱动器）
 Mask ROM>EPROM>EEPROM>Flash ROM
2.6 集成电路数字集成电路的选择

 集成运算放大器
 差模与输入极限电压尽量高
 带输入、输出、电源端保护电路
 转换速率够用即可
 数据采集电路
 优先选择CMOS开关
 数据采集系统中应选“先断后通”型，以防各信号源相互短路
 放大器增益控制则应选择“先通后断”型，以防运放瞬时短路
 带输入过载保护
 采样/保存电路
 信号变化速率较高：选孔径时间较少的品种
 保存时间较长：选保持状态漏电小的品种
 采样频率较高：选捕获时间足够小的品种
 精度要求较高：选电荷转移足够小的品种
2.6 集成电路模拟集成电路的选择
 集成稳压器
 线性稳压器>开关电源
 线性稳压器带输出过流保护和芯片热保护
 开关稳压器不带串联调整管
2.6 集成电路晶体管与稳压器的选择

 定义
 极限参数
 器件使用时的工作条件及环境条件的最大允许值
 功能约束＋可靠性约束
 分类
 电流最大额定值：极限电流
 电压最大额定值：击穿电压
 温度最大额定值：最高允许结温(塑料封装125~150℃，金属封装150～200℃，化合物器件150～175 ℃），最低允许结温（0～-55 ℃）
 功率最大额定值：取决于最高允许结温和热阻 注意
 工作额定值与最大额定值之间应留有充分的余量
 用户不要直接测试最大额定值
 多个参数不要同时接近最大额定值
2.6 集成电路微电子器件的最大额定值

单稳态多谐振荡器
2.6 集成电路实例：最大额定值选用不当

2.7 电缆电缆对EMC的影响
 电缆既可将外界的电磁干扰导入设备，也可将设备中的电磁干扰导出
 电缆总具有一定的长度，其辐射/接收的能力往往比设备内部各种引线和PCB走线更强
 同一电缆内的不同导线之间也存在电磁耦合现象，即串扰

2.7 电缆主要技术指标:电源线
 关键指标
 电流承载量
 单位长度电压降
 承受温度范围

2.7 电缆主要技术指标:数据线
 关键指标
 导线间电容
 特性阻抗
2.7 电缆选型:平行线
平行双线：串扰大，仅用于短距离强信号传输
带屏蔽的平行双线：优于平行双线

2.7 电缆选型:双绞线－类型
2.7 电缆选型:双绞线－抑制干扰原理#p#分页标题#e#
双绞线发射干扰：在被干扰线中所感应出的噪声电流，在各节之间是反向的，故相互抵消
信号回馈线信号线
信号回馈线信号线
双绞线接收干扰：噪声电流产生的磁力线在相邻的各节间反向，故也相互抵消

2.7 电缆选型:双绞线－特点
 减少100kHz以下的低频磁场干扰最为有效
 特性阻抗相当稳定

2.7 电缆选型:同轴电缆－特点
 特点
 信号被限定在电缆内部传播，故对外部电场和磁场干扰的抑制能力很强
 高频损耗小，特性阻抗容易设定和管理
 用于几乎所有的传输射频信号的场合

2.7 电缆选型:同轴电缆－规格
 特性阻抗：最常用的是50Ω，视频和数据系统中也有用75 Ω和93Ω的
 介质材料：常用聚乙烯（最高使用温度85℃），PTFE具有更高的使用温度（200 ℃ ）和更低的损耗

双层屏蔽的同轴电缆：优于单层屏蔽的同轴电缆，成本高

2.7 电缆选型:单层与双层屏蔽
单层屏蔽的同轴电缆：一般场合

2.7 电缆选型:数据线的适用频率范围
实线：正常使用频率范围
虚线：扩展使用频率范围

2.7 电缆电缆的包装
 电缆的屏蔽层
 铜编织网：屏蔽效果好，但屏蔽覆盖效果不到100％（80％～95％），会增加电缆的尺寸和重量
 金属箔：最常见的是铝聚酯薄膜，屏蔽效果一般，对电缆的尺寸、重量、柔软性基本无影响
 金属箔和编织网复合：屏蔽效果最好，价格高（约为金属箔的2倍），用于要求苛刻的电磁屏蔽环境
 电缆的绝缘层
 PVC：用途广泛
 橡胶：韧性好（适用于便携式设备），高温性能佳，但价格高（约为PVC的两倍）

2.7 电缆电缆接头的处理
屏蔽电缆芯线的
外露部分越短越
好；双绞线的打
开部分越短越好
电缆屏蔽体均匀包裹芯线，并与接插件形成360°电接触
不要将编织网大部分剪除，仅留下几根金属丝老连接

2.7 电缆电缆接头的处理(续)
 金属机箱：电缆屏蔽层与机箱低阻抗连接
 塑料机箱：电缆入口处插入铁氧体磁环等滤波元件

2.7 电缆实例:通信电缆

2.7 电缆实例:EIA232F数据接口
 点对点串行数据接口， 20kbps传输速率时的最大传输距离15m隔离保护二极管，防
止电源反接及过压
限流电阻，≥300Ω电源线去耦电容 输出电压箝位保护输入电压箝位保护
调整带宽，以减少噪声 232专用驱

2.7 电缆实例:EIA422F数据接口
 允许一个驱动器、十个接收器，线路阻抗100Ω，100kbps时最大电缆长度400英尺
隔离保护二极管，防止电源反接及过压电源线去耦电容422专用驱动芯片
422专用接收芯片地线去耦电容

2.8 电池原电池(不可充电)
 碱二氧化锰电池（俗称碱性电池）
 圆柱状，型号多，价格便宜，标准电压1.5V，电压范围0.8~1.3V
 工作温度-30℃~+80 ℃，20℃下可保存3年
 高湿度环境下，可能引起外部腐蚀
 锌氧化银电池（俗称钮扣电池）
 容量体积比高，工作电压1.5V，可提供间歇性的高脉冲放电电流
 低温工作情况良好，室温下可保存2年
 锂二氧化锰电池（简称锂电池）
 电压高（2.5～3.5V），脉冲放电速度高（可达30A），重量轻
（锂是最轻的金属），容量高（可达1.5Ah），工作温度范围宽
 成本高，常作为军事应用和计算机后备电池

2.8 电池蓄电池(可充电)
 铅酸电池
 容量大(1Ah～100Ah),标称电压6V、12V（单元电压2V，范围1.75～2.15V），可用作市电的备用电源
 工作环境温度-30℃~+50 ℃,低温下容量和放电速度会下降
 自放电速率高，20℃时每月约3％，而且随温度升高而增加
 镍镉电池
 容量低（0.15～7Ah），标称电压1.2V，范围1.0～1.4V，工作温度-40℃~+50 ℃
 最好完全放电后再充电,废电池因有重金属造成环境污染
 镍氢电池
 放电特性与镍镉电池相似，工作温度-20℃~+50 ℃,比同规格的镍镉电池的容量大40％，重量大20％，废弃不会造成环境污染
 锂离子电池
 极高的单位重量能量密度，单元电压高（3.6～3.7V）
 价格高，对充放电过程中的误操作敏感，所以电池组中带有较完备的过充电、过放电和过电流保护电路

2.8 电池可充电电池比较
 重量能量密度：锂离子电池最高，其次时镍氢电池，最后是镍镉电池
 充电方式：铅酸电池恒压充电，镍镉、镍氢电池恒流充电，锂离子电池恒压恒流充电

2.8 电池可靠性使用要点
 慎重看待额定电压和额定容量
 电池电压是时间、温度、放电历程和充电状态的复杂函数
 开路电压可能会超过加负载时的电压的15％，负载重的时候工作电压可能会明显低于额定电压
 电池容量取决于放电时间与放电电流的乘积，单位为Ah或者mAh
电池的串并联
 电池串联可提高输出电压，但降低了整个电池组的可靠性，因为一块电池损坏即意味着电池组的故障。注意最弱的电池单元长期使用后可能会产生泄漏和破裂
 电池并联可提高输出容量，且可提高整个电池组的可靠性。为避免失效电池单元对电池组的影响，可在每个并联支路上串联一个二极管
 为避免电池极性反接，可在设备的输入端接保险丝或串联二极管提供保护 环境因素
 处于充电状态的充电电池和过载状态下的所有电池都会产生气体，故应保证电池所在空间能够排除气体
 电池排出的某些气体是可燃的，因此电池的位置不要靠近任何可能产生火花或高温的元器件
 有机溶剂或者黏合剂可能对电池的外壳材料有影响，所以要远离这些物质

原文附件下载：元器件可靠性应用与电路可靠性设计1-9(庄奕琪)
参考： 第1章应用可靠性基础