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第二章 常用元件可靠性能与选择

谈英姿tanyz@seu.edu.cn

东南大学自控系工业自动化教研室

2005-2006 学年 第 2 学期

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本章主要内容

元件的失效特性 元件的失效机理 元件的选择与降额使用 电阻器性能比较及应用 电容器特性及应用 数字集成电路特性与型号 高速 CMOS54/74HC 系列接口设计 半导体器件的选择 元器件的装配工艺对可靠性影响

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元件的失效特性

元件的失效规律– 早期失效期，稳定工作期和衰老期

元件的失效形式– 突然失效、退化失效、局部失效和全局失效

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元件的失效机理

温度影响 湿度影响 电压影响 振动、冲击影响

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元件的选择与降额使用

元件的选择准则– 满足性能要求– 满足可靠性要求– 选用经实践检验证明性能优良的定型元件– 尽量减少元器件的品种、型号– 尽量选用符合国标和部标的元器件– 考虑整机的工作环境– 考虑产品的成本

元件的降额设计– 使元器件在低于其额定应力情况下工作– 合理的降额是提高元器件和零部件可靠性的有

效方法

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电阻器性能比较及应用

电阻器的噪声与频率特性 电阻器的选择 电阻器使用的注意事项 电阻器的型号命名及标称阻值

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电阻器的噪声与频率特性

交流电通过电阻器时，电阻器在一定的频率下呈现出电感性或电容性，从而使工作状态发生变化。

一般情况下，分布电容 为0.2 － 0.5 ，包括引线电感在内，剩余电感 为

10 － 30nH

一般情况下，分布电容 为0.2 － 0.5 ，包括引线电感在内，剩余电感 为

10 － 30nH

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电阻器的噪声与频率特性

交流信号通过高阻值电阻时，电阻器主要呈现出容性，阻抗因分布电容而减小。

当频率为 100kHz 时，对地电容为 5pF, 分布电容为 0.5pF 时，实际电阻值的变化幅值在 10% 以上。

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电阻器的选择

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碳膜固定电阻器

1 、较低价格的电阻器 2 、小体积，可节省安装空间 3 、宽电阻值范围： 1Ω~68MΩ 4 、有散装、纸带和卷轴包装形式 5 、额定功率： 1/6W~2W 6 、可提供各种引线整形产品

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金属膜固定电阻器

1 、温度系数从 25 到 150ppm/ ℃2 、小体积，可节省安装空间 3 、宽电阻值范围： 2.2Ω~5.6MΩ 4 、极低的噪声、电抗和电压系数 5 、有散装、纸带和卷轴包装形式 6 、可提供各种引线整形产品

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金属氧化膜固定电阻器

1 、具有大负荷下的优良耐久性 2 、阻值允许偏差 ±5% （ ±2% 、 ±10% ）3 、阻燃性结构，安全性好 4 、有散装、纸带和卷轴包装形式5 、耐高温性能优越

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瓷壳固定电阻器

1 、小型化大功率，在大负荷下耐久性优良 2 、由瓷壳填封导热材料结构，安全性高 3 、有线绕和金属氧化膜两种芯体 4 、电阻值范围宽（可达 0.1Ω~75kΩ ）

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其他电阻器

排阻 电位器

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电阻器的选择

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电阻器使用的注意事项

降低功率额定值使用脉冲负载时电阻的功率降额使用

降低额定电压值的使用

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电阻器的型号命名及标称阻值

电阻器的型号一般由四部分组成：• 主称；材料；分类；序号

颜色颜色 棕棕 红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 紫紫 灰灰 白白 黑黑 金金 银银 无色无色

数字数字 11 22 33 44 55 66 77 88 99 00 -- -- --

允许偏差

允许偏差 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 5%5%

10%10% 20%20%

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色码电阻识别口诀

棕 1红 2橙是 345黄绿 6 是蓝7紫 8灰 9 是白黑色圆圈大鸭蛋金银本是负 1,2色码电阻记周全

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电阻器的型号命名及标称阻值

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电容器特性及应用

电容器是电子线路中不可缺少的一种储能元件。利用电容器的冲放电作用，既可实现信号的耦合、积分和滤波作用，又可实现对干扰信号的去耦或旁路作用。

电容器的等效电路 电容器的种类及选用 电容器的使用注意事项 电容器的型号及容量表示法

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电容器的等效电路

介质损耗绝缘电阻等效串联电感 电容器的介质吸收特性

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电容器的种类及选用

电容的基本单位用法拉（ F ）表示，其它单位还有：毫法（ mF ）、微法（ uF ）、纳法（ nF ）、皮法（ pF ）

电容器的基本结构是两块靠得很近，但彼此绝缘的金属极板。

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电容器的种类及选用

云母电容器（ CY ） 纸介电容器（ CZ ） 陶瓷电容器（ CC ） 塑料介质电容器（ CB,CL ） 电解电容器（ CD ）

– 铝电解电容（成本低，容量大，耐热性差，稳定性差）– 钽电解电容（成本高，精度高，体积小，漏电小）

云母和陶瓷介质电容器的电容量较低（大约在 5000pF 以下）；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中（大约在 0.005uF~1.0uF ）；通常电解电容器的容量较大。

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各种电容器

                                                             

陶瓷电容陶瓷电容

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铝电解电容器 铝电解电容器

成本低，容量大，耐热性差，稳定性差 成本低，容量大，耐热性差，稳定性差

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薄膜电容器

薄膜电容器具有容量稳定、可靠性高、损耗小、绝缘电阻高等特点。

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钽电解电容器

成本高，精度高，体积小，漏电小

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陶瓷电容器

瓷介电容是用氧化钛、钛酸钡、钛酸锶等材料制成陶瓷 , 并以此作为介质而制成的电容器，这种电容器广泛使用于各种电子设备中。

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电容器的使用注意事项

注意电容器的耐压注意环境温度注意电解电容的极性注意电容器产生的干扰噪声

电容器的型号及容量表示法

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电容器介质材料

字母 电容器介质材料 字母 电容器介质材料

A  钽电解 L           聚脂等极性有机薄膜

B  聚笨乙烯等非极性有机薄膜 N     铌电解

C  高频陶瓷 O           玻璃膜

D   铝电解 Q           漆膜

E  其他材料电解 T            低频陶瓷

G  合金电解 V           云母纸

H      纸膜复合 Y           云母

I     玻璃釉 Z             纸

J      金属化纸

字母 电容器介质材料 字母 电容器介质材料

A  钽电解 L           聚脂等极性有机薄膜

B  聚笨乙烯等非极性有机薄膜 N     铌电解

C  高频陶瓷 O           玻璃膜

D   铝电解 Q           漆膜

E  其他材料电解 T            低频陶瓷

G  合金电解 V           云母纸

H      纸膜复合 Y           云母

I     玻璃釉 Z             纸

J      金属化纸

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电容的用途

1．隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

2．旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

3．耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路

4．滤波：这个对 DIY 而言很重要，显卡上的电容基本都是这个作用。

5．温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。

6．计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

7．调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。

8．整流 ：整流其实是二极管的作用，电容可以用在整流电路中，利用电容的充放电，对电压进行平滑 .9．储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。（如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。