第二章 常用元件可靠性能与选择

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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。

9. 电阻器的选择

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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）

14. 其他电阻器 • 排阻 电位器

15. 电阻器的选择

16. 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

17. 颜色 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 金 银 无色 数字 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - - - 允许偏差 - - - - - - - - - - 5% 10% 20% 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

18. 色码电阻识别口诀 • 棕1红2橙是3 • 45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

19. 电阻器的型号命名及标称阻值

20. 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

21. 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

22. 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。

23. 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。

24. 各种电容器 陶瓷电容

25. 铝电解电容器 成本低，容量大，耐热性差，稳定性差

26. 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。

27. 钽电解电容器 • 成本高，精度高，体积小，漏电小

28. 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。

29. 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

30. 电容器的型号及容量表示法

31. 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

32. 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。