元器件选型详解

1.电阻类型

(1)大家熟悉的电阻类型--->薄膜电阻，厚膜电阻，绕线电阻，金属膜电阻，碳膜电阻(色环电阻)

(2)分立电阻 vs 网络电阻(排阻：节约空间，提高精确度)

(3)绕线电阻:功率大

(4)测流电阻:阻值小而且精确而且要能承受大的电流

(5)金属膜电阻:性价比最高

(6)系统工作对温/湿度环境的要求

A.消费类的温度范围是0~70℃

B.工业级的温度范围是-40~85℃

C.军用级的温度范围是-55~150°

2.电阻关键参数

(1)额定电阻，额定电压，额定功率，公差,T.C.R, 脉冲功率，噪声

(2)额定电阻，公差，T.C.R:捆绑到一起的参数，最重要的参数

(3)额定功耗:P=I²*R < 0.7*P额定功耗(0805:1/8W)--->额定功耗=1.5*最大工作的功耗

(4)脉冲功率，额定电压

(5)噪声，PD检测的电路里面，电流噪声

3.电阻应用宏观概述:串联，并联，R+NTC

    A.电阻常见的5中应用:限流，测流，分压(开关电源，运放)，偏置(晶体管的放大电路，电阻分压偏置)，无源滤波电路

    B.限流:LED指示灯电路

    C.分压:开关电源，运放的负反馈

    D.偏置:BJT放大-->静态工作点确定，偏置(电阻分压网络，双电源偏置)-->为我们放大信号做好能量准备

4.指示灯(限流)：ALARM, 心跳指示灯(1S FLASH)-->系统是否在正常运行

A.电阻选型需要关注的关键参数:电阻值，功耗

5.BLDC测流电阻的选型:

A.工作机制:

B.电阻选型需要关注的关键参数:脉动功，脉动功率,阻值，功耗，公差，温度系数误差

C.工业信号链(测流电阻)

D.PCB layout:

<1>关键点:由于测流电阻阻值非常小，mΩ

<2>常规的线宽和焊盘尺寸，大小，形状对于测流电阻是否有影响？

<3>当并列使用电阻值仅在数mQ以下的电阻器时，需注意:电流通路尽可能均等分布于所有的电阻器上。此时，电压检测位置配置为任一电阻器的焊垫内侧中央部位。

<4>安装精度:

6.运放的负反馈或者开关电源的电阻分压反馈网络:

A.开关电源的电阻分压反馈网络

B.反馈电阻选型的关键:公差，温度系数误差(2k/0.1%/25PPM),松下无源电阻,电阻值，功耗，电阻类型(金属膜)

C.第一种情形:反馈电阻温度系数不同(16bit ADC 0.04mV 5mV)

250ppm = 2.5/10000 = 0.25/1000 = 0.025/100 = 0.00025

500ppm                                     = 0.00050

10℃ ===>输出电压△V=0.01mV，16bit ADC = 0.04mV 0.25LSB

D.第二种情形:假定两个反馈电阻温度系数一模一样，T.C.R=25ppm/℃,这种情况下，我们的误差是否提高？

E.运放高精度增益的电阻网络选型:公差0.1%，TCR要相同-->排阻，热互补，金属膜电阻

7.BLDC测流电阻的选型:

    A.工作机制:

    B.电阻选型需要关注的关键参数:脉动功，脉动功率,阻值，功耗，公差，温度系数误差

        <1>确定电阻类型:测流电阻，康铜丝

    C.工业信号链(测流电阻)

    D.PCB layout:

<1>关键点:由于测流电阻阻值非常小，mΩ

<2>常规的线宽和焊盘尺寸，大小，形状对于测流电阻是否有影响？

<3>当并列使用电阻值仅在数mQ以下的电阻器时，需注意:电流通路尽可能均等分布于所有的电阻器上:使得电流密度均匀分布--->能够更准确的检测电流信息

<4>测流电阻在PCB加工过程需要特别注意

       <5>测流电阻在贴片的时候正对称的焊接

9.其他学员关于电阻选型作业点评分析案例1

10.其他学员关于电阻选型作业点评分析案例2

11.电容的关键参数

(1)静态容量，公差，温度等级，公差，直流偏置特性，零漂，ESR, ESL, tanδ，漏电流

(2)漏电流(绝缘电阻):为什么我们的电容随之放置时间越久，电容会慢慢放电？

A.绝缘电阻:电解电容<陶瓷电容<薄膜电容

B.漏电流:电解电容>陶瓷电容>薄膜电容

(3)频率-阻抗响应特性曲线:XC=1/(jwc)

A.理想的电容的频率-阻抗响应特性曲线是双曲线

B.实际上是V字型曲线

C.实际的电容其实有很多的寄生成分在里边(ESR,ESL)

D.当XC=XL时候，Z=ESR

(4)tanδ介质损耗：

A.定义:一般用tanδ=ESR/Xc来表示电介质损耗正切，表示电介质损耗的程度

B.介质损耗:顾名思义，由于介质造成的损耗，是ESR中的一部分，占最大比例。我们都知道在铝电解电容中其因为电解液ESR较大-->电介质损耗较大，其实是由于电介质的分子团发生极化所引起的，相当于是摩擦损耗

(5)Q=1/tanδ=Xc/ESR-->逼近理想电容的程度，Q越大，越逼近于理想电容，

12.电容的应用概述

(1)滤波和储能和通交阻直的角度

(2)去耦，旁路，平滑电容，耦合,储能

(3)储能电容:临时的突然的能量提供者

(4)去耦(decoupling)，旁路(bypass):去除噪声

A.大部分情况两者可以分同一个电容

B.优化的话:旁路电容尽可能靠近电源放置，去耦电容尽可能靠近IC电源引脚放置

(5)滤波:RC,LC < π型滤波，T型滤波 < 三端子电容滤波器 多端子电容

13.电源基础

(1)电源类型:

A.输入输出的是AC DC

B.AC-AC(隔离型的电源:示波器), AC-DC(电源适配器), DC-DC(线性电源vs开关电源), DC-AC(逆变)，UPS，锂电池

(2)直流电源类型:(线性电源，开关电源)

(3)BUCK基础:(降压)

A.BUCK拓扑结构分析

B.伏秒原则的由来( △Ion=△Ioff ===> VLon*Ton=VLoff*Toff)

C.占空比(d=ton/(ton+toff)=Vout/Vin)

14.BUCK输入电容选型过程详解

A.输入电容其电压电流波形详细分析

<1>必须明确，电容要有电流产生，只会在充放电过程，稳态的时候是不可能有电流产生的

<2>开关管ON的时候，电容的电流首先是因为短路会上升到很高的电流，上升到一定程度的时候又会受电感的影响导致其电流缓慢上升

<3>开关管OFF的时候，电容没有充放电，电流=0

<4>输入电容的电流波形=方波

<5>Z = Xc + ESL + ESR 

B.输入电容类型确定

<1>ESR ESL 这两个值一定要小

<2>电容值比较大

<3>固态电解电容，大容量的MLCC电容

C.不同类型电容特性对比分析

D.输入电容计算值确定

E.输入电容值最终确定(温度等级，公差，直流偏置特性，零漂等)

<1>Vin=3V3 Vout=1V1 Iout=3A Vripple=50mV

<2>Cinmin = 4.4uF

<3>电容的类型:固态电容 MLCC电容

<4>最终电容值的确定: Cin >= 2*4.4uF===>Cin = 10uF

15.BUCK输出电容选型过程详解

A.输出电容其电压电流波形详细分析

<1>输出电容的电流波形=三角波

<2>输出电容其一般ESR的影响最大

B.输出电容类型确定

<1>ESR ESL 这两个值一定要小

<2>电容值比较大

<3>固态电解电容，大容量的MLCC电容

C.输出电容计算值确定

D.输出电容值最终确定(温度等级，公差，直流偏置特性，零漂等)

16.学员关于电容选型案例点评分析1

17.学员关于电容选型案例点评分析2

18.电感关键参数:电感值，谐振频率，DCR,ACR,Q，两个电流，损耗

    (1)基本参数

            A.实际的电感:RLC混联电路

            B.Z-f响应特性:在谐振频率点之前，成电感性；在谐振频率点之后，成电容性；在谐振频率点处，成纯阻性=Rac

    (2)磁导率： 电阻率  电介质-->材料(磁芯)

    A.iron-->磁导率最高

    B.ferrite-->磁导率最低

    (3)DCR ACR Q值 

A.DCR-->线圈-->铜损-->f无关--->

B.ACR-->磁芯-->铁损-->f严重相关-->

C.Q=XL/Rac-->Q和f严重相关

D.Q=jwL/Rac-->Q值成一个倒钟型

E.一般而言,Q值最好达到50以上，表示此电感的质量佳。

F.若采用扁平漆包线或多股漆包线，可以降低集肤效应，即交流电阻，也就可以提升电感的Q值。

(4)饱和电流和额定电流

A.饱和电流:是的电感值降低30%所对应的电流

B.额定电流IDC值为当电感温升为40℃时的偏置直流

C.Rdc(20℃)已知，现在温升是40℃，Rdc(60℃)=Rdc(20℃)+0.00393*40，P=I²*R==>Rth=Tr/P

D.类似在开关电源这种应用场景中，我们要选择热阻更小的电感

(5)损耗

19.电感的应用选型关键举例分析

(1)电感饱和电流和温升额定电流波形分析

(2)电感在不同负载其损耗所占比例分析

A.轻负载----->AC损耗站主要成分-->磁芯损耗

B.中~重负载-->DC损耗站主要成分-->线圈损耗

(3)非连续模式中的使用会对电源稳定性造成影响-->PWM-->PFM

(4)设置电感值来使波纹电流变为额定电流的20%～30%

A.因此在通常情况下，应设置电感值来使波纹电流变为额定电流的20~30%(额定电流的10%左右时不连续)

B.L变小-->波纹电流↑-->波纹电流变为额定电流的20%～30%

(5)通过合理降低电感值可改善负荷响应特性

(6)为应对负荷急剧变化时发生的峰值电流，将电流峰值设置为过电流设置值的110~130%

(7)适合开关电源的电感类型分析：金属磁芯  

(8)选型计算分析:

A.电感的类型:

B.电感值

C.饱和电流和额定电流

20.学员关于电感选型案例点评分析1

21.学员关于电感选型案例点评分析2

22.二极管类型和关键参数

    (1)所有二极管的特性基本一致,唯一的区别在于每一类二极管在局部做了优化

    (2)二极管的分类

    (3)普通整流二极管

    (4)快恢复二极管

    (5)肖特基二极管

    (6)稳压二极管

    (7)TVS管

    (8)普通二极管，稳压二极管，TVS管其设计工作区域对比分析

    (9)不同类型的二极管trr对比分析

    (10)不同类型二极管电路符号的不同

23.二极管选型的关键:

(1)确定二极管的类型

(2)关键参数的确定:VF,VR,IFav,IFpeak,IR,trr,Rdc,rac

(3)根据确定的参数去第三方平台做相应的元器件的选型

24.boost二极管选型过程详解

25.学员关于二极管选型案例点评分析1

26.学员关于二极管选型案例点评分析2

27.BJT/MOSFET关键参数分析

(1)静态参数-->ON OFF 参数(稳态)

(2)动态参数-->渐变态(由一种稳态变化到另外一种稳态的中间过程)

A.MOS管的寄生电容-->Ciss,Coss,Crss

B.输入端电容是由于绝缘效应造成

C.输出端电容是由于体二极管结电容造成

D.反向传输电容既连接了输入端又连接了输出端的电容-->米勒电容的问题-->MOSFET驱动电路设计非常重要

E.Crss和Coss受Vds之间的电压影响较大，而Ciss受Vds影响较小(Cgd-->PN结电容--->受偏置电压的影响较大)

F.当栅极上电时给输入端的电容充电，所以当输入电容越大的时候，其损耗越大--->变化的电压--->位移电流-->i=Cdv/dt-->同时有电压存在-->有损耗

G.开关特性-->CMOS架构的IC或者数字器件我们经常能够看到时延-->FPGA开发-->simulation--->Gate level simulation--->产生了时延

H.dv/dt--->如果dv/dt过大--->位移电流过大--->Vrb>0.7V--->导致内部的NPN三极管强制导通--->永久性导通-->NMOS挂掉--->驱动电路设计

I.电荷特性--->米勒平台--->尽量减少米勒平台时间--->驱动电路设计

28.BJT,JFET,MOSFET常见应用有哪些?

    (1)从晶体管特性--->晶体管的最主要应用

    A.晶体管在电路里面2个最重要的两个作用:放大，开关

    B.现根据放大的作用分析--->Audio

    C.现根据开关的作用分析--->(2)~(6)

    (2)开关电路--->LED 点阵，数码管，继电器，电磁阀

    (3)驱动电路--->马达驱动电路等

    (4)开关电源--->

    (5)防反接电路--->二极管，NMOS,PMOS

    (6)数字电路构成的基础-->

29.BJT开关电路

A.拓扑结构1(反相器)--->NPN发射极接地/PNP发射极接电源的开关电路-->连接负载有两种:直接连接在集电极，通过OC开集电极输出然后向后连接负载

B.NPN开集电极和PNP的开集电极输出

C.开集电极输出的常见应用-->比较器LM393，光电晶体管OPB702，通讯的逻辑电平IIC的转换

D.拓扑结构2(跟随器)--->射极跟随开关电路

E.设计跟随的开关电路其开关速度可以做到很大>>射极接地的开关电路

F.选型的关键:

<1>设计需求

<2>合理的电路设计--->BJT电路基本拓扑结构(负载的开关速度)-->NPN还是PNP-->电路的细节设计

<3>负载电流=5mA--->负载决定

<4>BJT确定--->Ic>5mA,Vceo>5V,Vcbo>5V--->Digikey--->FZT653

<5>偏置电阻的选型--->利用10:1的规则--->实际上我们可能公司常用的BJT他的最小的hFE一般都是大于10--->Ic=5mA，Ib=5mA/10=0.5mA--->基极限流电阻，下拉防静电的电阻

G.电路设计的原则:尽可能让物料类型减少

H.BJT1拓扑结构会比较慢--->如何提高其开关速度？--->添加一个加速电容

I.BJT驱动电磁阀的一个案例--->

30.MOSFET开关电路

A.D-MOS也存在JFET类似的风险，一般不做开关电路

B.常用作开关电路的实际上是EN-MOSFET

C.MOSFET开关电路的拓扑结构:和BJT非常类似，有两种:一种是源极接地开关电路，源极跟随的开关电路

D.源极接地的开关电路--->连接负载的方式和BJT射极接地开关电路连接负载的方式非常类似--->直接连接在漏极上面，另外一种就是开漏极输出OD-->存在悬浮状态的问题--->通过连接上下拉电阻来解决

E.只要满足栅极电压>Vgsth,我们就可以使用N-EN-MOS来代替NPN-->直接构成一个源极接地的开关电路(MOSFET他的寄生电容成分--->米勒平台)

F.MOS源极接地开关电路设计案例分享

31.电磁阀驱动实际案例分析(电路设计关键如下)

A.电磁阀是一个感性负载--->back EMF--->续流二极管--

B.电磁阀是通过一个座子连接---->静电浪涌的风险--->TVS管

C.状态的指示---->加入一个R+LED这样的一个指示电路

D.电磁阀的电压和MCU的电压范围不同--->需要信号隔离

32.SCR_DIAC_TRIAC等器件关键参数分析

(1)DIAC(双向)<--->shockley二极管(单向)

(2)TRIAC(双向)<---->SCR(单向)

(3)由(1)和(2)==>shockley二极管，SCR，DIAC，TRIAC,GTO,PUT参数非常类似

(4)photo-triac--->隔离--->高压和低压的部分--->电路设计关键点1

(5)汤机:1000瓦功率，全自动无需等待随时做汤！6种预设程序，浓汤，大块汤，冷汤，糖水，冰沙，奶油浓汤。还可以作为搅拌机，自制健康美食

A.加热--->电热阻丝--->AC 220V--->TIRAC--->导通角

B.搅拌--->U马达   --->AC 220V--->TRIAC--->导通角

C.过零检测--->(交流--->全波整流--->100Hz的纹波直流电压--->光耦--->脉冲电压)

(6)极限参数:

A.VDRM=VRRM

B.VDRM

C.均方根值:把每一个分段电压或者是分断电流所占的比重考虑进入,Vrms=0.707*Vpeak

D.平均值:认为每一个分断电流或者电压所占的比重是相同的,Vav=0.637*Vpeak

E.Vav

F.IT(rms-->SCR,TRIAC都有该参数)：温升

H.IT(av--->只有SCR才有这个参数)：温升

I.ITRM > 10*IT(rms)

J.dI/dt-->导通过程--->存在一个风险--->热量的集聚效应--->主要失效模式1:不可逆的破坏性的损坏--->防过流器件--->电感，PTC, JFET

K.I²*t--->脉冲电流---->一般和保险丝串联使用

L.Igm

(7)基本的电气特性参数

A.Igt Vgt

B.静态dv/dt--->if dv/dt过大---->在Cgk寄生电容上面就会产生位移电流i=Cdv/dt--->if i>igt--->SCR误触发导通---->RC缓冲电路

C.dv/dt(c)-->ON-->OFF

33.SCR_DIAC_TRIAC等器件选型应用案例详解

34.学员关于SCR_DIAC_TRIAC等器件选型应用案例点评分析

35.IGBT关键参数分析参数

36.IGBT选型应用案例详解

37.学员关于IGBT选型应用案例详解案例点评分析