电子电路3华中科技大学 电子基地培训ppt

2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
实际电容的等效电路
R2 L R1
C
电容器一般按绝缘介质材料分类。不同类型电容器制造工艺不同， 结构差异很大，模型中的等效参数差异也很大。某一类型的电容器只能 适用于特定的用途，没有一种电容是普遍适用的。
2.1.2 实际的元件和电路
L R1
R2
3. 电容器
C
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
表 KEMET公司几种多层瓷介贴片电容器的特性 介质类型 NPO X7R X5R Z5U 容量范围 0.5~1 000pF 0.22~1 000nF 1~10μF 10~1 000nF 耐压 25~100V 10~200V 10V 16~50V 容差 <10%或 ±0.25pF <±15% <±15% <±20% 温度特性或 适用温度 ±30ppm/℃ -55℃~+125℃ -55℃~+85℃ +10℃~+85℃
3. 电容器
不同类型电容器的大致适用频率范围
注：虚线表示随电容器 制 造工 艺和 容量 不同 而引起的变化范围。
0.001 kHz 大致适用频率 MHz
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
电容器选用的第二条标准是容量精度和稳定性。不同电路对此要 求是不同的。旁路、电源滤波电路、隔直流电路对电容器的容量精度 和稳定性要求不太高。但振荡器、谐振回路、特定时间常数的积分器、 有频率带宽要求的滤波器等电路对其要求较高，甚至有时相当苛刻。
vC
电压
0
电荷
q
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
L R1
R2
C
(4)瓷介电容器 瓷介电容器的品种很多，各品种间介质特性差异很大，但共同特点 是串联电感L和串联电阻R1很小，且价格低廉。 其中，高K瓷介电容器虽然具有较大的电容-体积比，但它的高频介 质损耗很大，温度系数很大，容量-频率特性不稳定，仅可在10MHz 以下的电路中作为旁路、耦合、电源滤波之用。不宜用作对容量精 度和介质常数要求较高的谐振电路或有源滤波电路。这种电容的容 量范围在nF~μF之间。 高频瓷介电容器是一种近乎理想的电容器，高频介质损耗小，且对 时间、温度、电压等均有很高的容量稳定性。但它们的容量范围较 小，一般在1 000pF以下。这种电容器的适用频率范围高至GHz，可 用作高频LC谐振、耦合、旁路、滤波、鉴频等电路。
Y5V
0.15~22μF
10~25V
+80%，-20%
-30℃~+85℃
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
表2.1.4 瓷介电容器的自谐振频率
电容量
1nF 500pF 100pF 50pF 10pF
供能元件 耗能元件——R 储能元件——L，C 无源元件
2. 供能元件
理想电压源 理想电流源
+ vs(t) –
is(t)
2.1.1 电路分析中的元件
2. 供能元件
实际电源的模型
Rs + + vS(t) – v –
iS(t) Rs v – +
vS、iS、Rs都可以是时变的、线性或非线性的
2.1.1 电路分析中的元件
2. 供能元件
受控电源
Ro + + vi – Ri – Avovi vo – +
ii
io
Ri
Ais ii
Ro
电压控制的电压源
ii + Ri – Aro ii vo – Ro +
电流控制的电流源
io + vi – Ri Agsvi Ro
电流控制的电压源
电压控制的电流源
2.1.1 电路分析中的元件
2. 供能元件
双向——元件的参数与电压极性或电流方向无关；
时不变——元件参数是不随时间而变化的，与激励信号的特性无 关，也不受环境因素，如温度、湿度的影响；
集中参数——元件中的电场和磁场（亦即电场能和磁场能）集中
在一点，是单一参数的元件，且参数不随空间位置而改变。

对于集中参数元件构成的电路，可列出有限阶线性常微分方程，
1. 导线
导线的R 集肤效应
当工作频率较高时，由于导线中的电流产生的磁场，使电流趋于导 线的表面流过，这种效应称为集肤效应。频率愈高，集肤效应愈趋强 烈。高频集肤效应减小了导线的有效导电截面积，从而增加了导线电 阻。对于圆截面的铜导线，其交流电阻RAC和直流电阻RDC存在如下近 似关系 RAC (3.78 10 3 d f 0.26) RDC 式中，d为导线直径，单位mm，f为频率。当d f 250 时，该式的计 算误差仅几个百分点；当 d f 250 时，导线的实际交流电阻要大于计 算值。

思路
在研究电子线路时，首先要对电路中的元器 件建立起物理模型，然后应用电路的定律和定理将电路 问题转化为数学问题（数学模型），从而使电路的各个 参数得到求解。
2.1 元件
2.1.1 电路分析中的元件 2.1.2 实际的元件和电路
2.1.1 电路分析中的元件
——抽象的元件，理论上的元件
1. 基本元件
进而使电路得到求解。
2.1.2 实际的元件和电路



1. 导线 2. 电阻器 3. 电容器 4. 电感线圈
2.1.2 实际的元件和电路
1. 导线
实际导线的等效电路
导线存在电感是影响电路特性最重要的因素，即使在不高的频率下， 一定长度的导线的感抗都有可能比电阻大。这些感抗和电路元件参数一 起作用，有可能使不该耦合的信号发生馈通，甚至谐振，使模拟电路发 生自激振荡，或是数字电路出现逻辑错误。特别是模拟电路的偶发性不 稳定和数字系统概率极低的错误，将给故障排除带来极大的困难。
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
L R1
R2
C
铝电解电容器的两电极之间以充满糊状电解液的纸作为介质，因而具有 较大的电容-体积比。其串联电阻R1大约在0.1~1Ω，并随频率升高或环境温度 降低而增大。-40℃时的串联电阻是25℃时的10~100倍，温度和容量稳定性极 差。它们正常工作时的并联电阻R2大约在MΩ量级，但长期没有通电的电容 器常常只有数百kΩ，如果极性接反，即使是很小的反向电压，也会使其并联 电阻迅速降低。周边的温度是铝电解电容器老化和失效的主要原因，所以电 路板布局时应当尽量使之距离发热元件远一些。
电子电路： 设计与应用
瞿安连
2 元器件及其模型
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

元件 半导体二极管 场效应晶体管 双极结型晶体管 集成电路的制造工艺和电路特点
2 元器件及其模型

概念
实际的电路是用电阻器、电容器、电感线圈、 传感器、开关、真空管、晶体管、集成电路等元器件， 按一定原理相互连接构成的。其中各种真空管、晶体三 极管、集成电路等可将电源能量转换为信号能量，按照 约定俗成的概念把它们称为器件，晶体二极管虽然不能 把电源能量转换为信号能量，但通常也把它们称为器件。 其余则统称为元件。
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
L R1
R2
C
(2)金属化纸介质和聚酯介质电容器 金属化纸介电容器和金属化聚酯薄膜介质电容器均是卷绕结构，所 以存在较大电感，但近年来金属化聚酯薄膜介质电容器也有叠片式 结构出现，使电感大大降低。这类电容的等效串联电阻R1和等效并 联电阻R2远小于电解电容，电容-体积比也低于电解电容器，容量范 围在百pF到数μF之间，品种繁多。它们的温度稳定性不是很高，适 用于MHz以下频率的滤波、耦合、旁路、噪声抑制和精度与稳定性 要求不高的定时。部分品种的金属化纸介电容器和金属化聚酯薄膜 介质电容器具有极好的击穿自愈性，即使遭受多次瞬间高电压击穿 后，介质仍能够恢复绝缘，保持良好的电容特性，在电路中有较高 的寿命和可靠性，可用于直流或交流电路中的触点保护和瞬间高压 的抑制。
钽电解电容器近年来得到广泛应用。它不使用卷绕工艺，且介质是干的， 在工作时无气体产生，所以不必像铝电解电容器那样在封接部位留有小孔。 钽电解电容器在所有类型的电容器中具有最大的电容-体积比，并且具有比铝 电解电容器小得多的等效电感，所以能适用于稍高的频率。此外，在使用寿 命、温度特性和耐振动特性等方面，均比铝电解电容器有更高的稳定性和可 靠性。但是，需要特别注意的是，钽电解电容器的失效方式经常是短路，这 比以开路方式失效危险性大得多，因为电容器的短路可能造成其他电路更严 重的损坏，所以除在确定额定电压时更需要留有余地外，在电路设计时就应 考虑到一旦钽电容器短路可能造成的危害和预防保护措施。
2.1.2 实际的元件和电路
1. 导线
导线电感的近似计算
h d
一根直径为d的直导线在距参考平面h的位置上，它的外电感为
L

2π
ln(
4h ) d
(H/m)
式中已假定h>>1.5d。因空间导磁率μ=4π×10-7H/m，故
4h L 2 10 ln( ) d
7
( μH/m)
2.1.2 实际的元件和电路
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
L R1
R2
C
(3)聚苯乙烯电容器 聚苯乙烯电容器实际也是一种薄膜电容器，它具有极低的等效串联电阻和极 其稳定的容量-频率特性，温度稳定性也很高，是最为接近理想状态的电 容器。其容量范围从数pF到μF之间，某些品种聚苯乙烯电容器的适用频 率可高至数百MHz。与其他介质相比，聚苯乙烯介质对电荷有最小的 “粘滞”性，特别适用于作双积分AD转换电路中的积分电容。当积分电 荷接近于零时，也能保持电压对电荷增量的线性增长，如图实线所示，没 有其他介质电容的初始积分误差，如图中虚线所示。这种宝贵特性可以保 证双积分AD转换的精确性。