畫PCB時應(yīng)該注意事項

1、 畫PCB時應(yīng)該注意事項去耦電容不是一般稱的濾波電容,濾波電容指電源系統(tǒng)用的,去藕電容則是分布在器件附近或子電路處主要用于對付器件自身或外源性噪聲的特殊濾波電容,故有特稱去耦電容,去耦指“去除(噪聲)耦合”之意. 1、去耦電容的一般配置原則 電源輸入端跨接一個10100uF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好. 為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器.如遇到印制電路板空間小而裝不下時,可每410個芯片配置一個110uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1,而且漏電流很小(0.5uA以下)

2、. 對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容. 去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線. 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電,必須RC 電路來吸收放電電流.一般 R 取 1 2K,C取2.2 47UF. CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應(yīng),因此在使用時對不用端要接地或接正電源. 設(shè)計時應(yīng)確定使用高頻低頻中頻三種去耦電容,中頻與低頻去耦電容可根據(jù)器件與PCB功耗決定,可分別選47-1000uF和470-3300uF;高頻電容計算為: C=P/V*V*F. 每個

3、集成電路一個去耦電容.每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容. 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容.使用管狀電時,外殼要接地.  由于大部分能量的交換也是主要集中于器件的電源和地引腳,而這些引腳又是獨立的直接和地電平面相連接的.這樣,電壓的波動實際上主要是由于電流的不合理分布引起.但電流的分布不合理主要是由于大量的過孔和隔離帶造成的.這種情況下的電壓波動將主要傳輸和影響到器件的電源和地線引腳上.     為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時過沖,應(yīng)該為集成電路芯片添加去耦電容.這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在

4、印制板上的電源環(huán)路的輻射.   當(dāng)去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時,其平滑毛刺的效果最好.這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容,而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小. 2、配置電容的經(jīng)驗值      好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份.陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好.設(shè)計印刷線路板時,每個集成電路的電源,地之間都要加一個去耦電容.      去耦電容有兩個作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能;另

5、一方面旁路掉該器件的高頻噪聲.      數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uF的去耦電容有5nH分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用,對 40MHz以上的噪聲幾乎不起作用.     1uF,10uF電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻率噪聲的效果要好一些.在電源進入印刷板的地方放一個1uF或10uF的去高頻電容往往是有利的,即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容.     每10片左右的集成電路要加一片充放電電容

6、,或稱為蓄放電容,電容大小可選10uF.最好不用電解電容,電解電容是兩層溥膜卷起來的,這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感,最好使用膽電容或聚碳酸醞電容.去耦電容值的選取并不嚴(yán)格,可按C=1/f計算;即10MHz取0.1uF.      由于不論使用怎樣的電源分配方案,整個系統(tǒng)會產(chǎn)生足夠?qū)е聠栴}發(fā)生的噪聲,額外的過濾措施是必需的.這一任務(wù)由旁路電容完成.一般來說,一個1uF-10uF的電容將被放在系統(tǒng)的電源接入端,板上每個設(shè)備的電源腳與地線腳之間應(yīng)放置一個0.01uF-0.1uF的電容.旁路電容就是過濾器.放在電源接入端的大電容(約 10uF)用來過濾板子

7、產(chǎn)生的低頻(比如60Hz線路頻率).板上工作中的設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會產(chǎn)生從100MHz到更高頻率間的合共振(harmonics).每個芯片間都要放置旁路電容,這些電容比較小,大約0.1uF左右。網(wǎng)址： 磁珠磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。 磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路（DDR SDRAM,RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應(yīng)用頻率范圍很少超過錯50MHZ。 磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)（電路）中的RF噪聲,RF能量是疊加在直

8、流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號,而射頻RF能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射（EMI）。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色（衰減器）,該器件允許直流信號通過,而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上,然而,低頻信號也會受到片式磁珠的影響。 片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成,構(gòu)成高體積電阻率的獨石結(jié)構(gòu)。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。 使用片式磁珠的好處： 小型化和輕量化 在射頻噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁干擾。 閉合磁路結(jié)構(gòu),更好地消除信號的串繞。 極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。 降低直流電阻,以免對

9、有用信號產(chǎn)生過大的衰減。 顯著的高頻特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。 在高頻放大電路中消除寄生振蕩。 有效的工作在幾個MHz到幾百MHz的頻率范圍內(nèi)。 要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點： 1、不需要的信號的頻率范圍為多少; 2、噪聲源是誰; 3、需要多大的噪聲衰減; 4、環(huán)境條件是什么（溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu)強度）; 5、電路和負(fù)載阻抗是多少; 6、是否有空間在PCB板上放置磁珠; 前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗。總阻抗通過ZR22fL()2+:=fL來描述。通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)具有最大阻抗而在

10、低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。 片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會受到不利的影響。 使用片式磁珠和片式電感的原因： 是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應(yīng)用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。 片式磁珠和片式電感的應(yīng)用場合： 片式電感： 射頻（RF）和無線通訊,信息技術(shù)設(shè)備,雷達檢波器,汽車,蜂窩電話,尋呼機,音頻設(shè)備,PDAs（個人數(shù)字助理）,無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等。 片式磁珠： 時鐘發(fā)生電路,模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器（比

11、如串口,并口,鍵盤,鼠標(biāo),長途電信,本地局域網(wǎng)）,射頻（RF）電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間,供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾,計算機,打印機,錄像機（VCRS）,電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。 磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲起來，緩慢的釋放出去。磁珠對高頻信號才有較大阻礙作用，一般規(guī)格有100歐/100MHZ ,它在低頻時電阻比電感小得多。電感的等效電阻可有Z=2X3.14xf 來求得。鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾元件，廉價、易用，濾除高頻噪聲效果顯著。在電路中只要導(dǎo)線穿過它即可（我用的都是象普通電

12、阻模樣的，導(dǎo)線已穿過并膠合，也有表面貼裝的形式，但很少見到賣的）。當(dāng)導(dǎo)線中電流穿過時，鐵氧體對低頻電流幾乎沒有什么阻抗，而對較高頻率的電流會產(chǎn)生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)，其等效電路為一個電感和一個電阻串聯(lián)，兩個元件的值都與磁珠的長度成比例。 磁珠種類很多，制造商應(yīng)提供技術(shù)指標(biāo)說明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線。 有的磁珠上有多個孔洞，用導(dǎo)線穿過可增加元件阻抗（穿過磁珠次數(shù)的平方），不過在高頻時所增加的抑制噪聲能力不可能如預(yù)期的多，而用多串聯(lián)幾個磁珠的辦法會好些。 鐵氧體是磁性材料，會因通過電流過大而產(chǎn)生磁飽和，導(dǎo)磁率急劇下降。大電流濾波應(yīng)采用結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計的磁珠，還要注意

13、其散熱措施。 鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲（可用于直流和交流輸出），還可廣泛應(yīng)用于其他電路，其體積可以做得很小。特別是在數(shù)字電路中，由于脈沖信號含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場合發(fā)揮磁珠的作用。 鐵氧體磁珠還廣泛應(yīng)用于信號電纜的噪聲濾除。以常用于電源濾波的HH-1H3216-500為例，其型號各字段含義依次為： HH 是其一個系列，主要用于電源濾波，用于信號線是HB系列； 1 表示一個元件封裝了一個磁珠，若為4則是并排封裝四個的； H 表示組成物質(zhì)，H、C、M為中頻應(yīng)用（50200MHz）， T低頻應(yīng)用（<50MHz），S高頻應(yīng)用（>

14、200MHz）； 3216 封裝尺 電阻分類1、實芯碳質(zhì)電阻器 用碳質(zhì)顆粒壯導(dǎo)電物質(zhì)、填料和粘合劑混合制成一個實體的電阻器。 特點：價格低廉，但其阻值誤差、噪聲電壓都大，穩(wěn)定性差，目前較少用。 2、繞線電阻器 用高阻合金線繞在絕緣骨架上制成，外面涂有耐熱的釉絕緣層或絕緣漆。 繞線電阻具有較低的溫度系數(shù)，阻值精度高， 穩(wěn)定性好，耐熱耐腐蝕，主要做精密大功率電阻使用，缺點是高頻性能差，時間常數(shù)大。 3、薄膜電阻器 用蒸發(fā)的方法將一定電阻率材料蒸鍍于絕緣材料表面制成。主要如下： 3.1 碳膜電阻器 將結(jié)晶碳沉積在陶瓷棒骨架上制成。碳膜電阻器成本低、性能穩(wěn)定、阻值范圍寬、溫度系數(shù)和電壓系數(shù)低，是目前應(yīng)

15、用最廣泛的電阻器。 3.2 金屬膜電阻器。 用真空蒸發(fā)的方法將合金材料蒸鍍于陶瓷棒骨架表面。 金屬膜電阻比碳膜電阻的精度高，穩(wěn)定性好，噪聲， 溫度系數(shù)小。在儀器儀表及通訊設(shè)備中大量采用。 3.3 金屬氧化膜電阻器 在絕緣棒上沉積一層金屬氧化物。由于其本身即是氧化物，所以高溫下穩(wěn)定，耐熱沖擊，負(fù)載能力強。 3.4 合成膜電阻 將導(dǎo)電合成物懸浮液涂敷在基體上而得，因此也叫漆膜電阻。 由于其導(dǎo)電層呈現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu)，所以其噪聲大，精度低，主要用他制造高壓， 高阻， 小型電阻器。 4、金屬玻璃鈾電阻器 將金屬粉和玻璃鈾粉混合，采用絲網(wǎng)印刷法印在基板上。 耐潮濕， 高溫， 溫度系數(shù)小，主要應(yīng)用于厚膜電路。

16、5、貼片電阻SMT 片狀電阻是金屬玻璃鈾電阻的一種形式，他的電阻體是高可靠的釕系列玻璃鈾材料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成，電極采用銀鈀合金漿料。體積小，精度高，穩(wěn)定性好，由于其為片狀元件，所以高頻性能好。 6、敏感電阻 敏感電阻是指器件特性對溫度，電壓，濕度，光照，氣體， 磁場，壓力等作用敏感的電阻器。 敏感電阻的符號是在普通電阻的符號中加一斜線，并在旁標(biāo)注敏感電阻的類型，如：t. v等。 6.1、壓敏電阻 主要有碳化硅和氧化鋅壓敏電阻，氧化鋅具有更多的優(yōu)良特性。 6.2、濕敏電阻 由感濕層，電極， 絕緣體組成，濕敏電阻主要包括氯化鋰濕敏電阻，碳濕敏電阻，氧化物濕敏電阻。氯化鋰濕敏電阻隨濕度上升而電阻減小

17、，缺點為測試范圍小，特性重復(fù)性不好，受溫度影響大。碳濕敏電阻缺點為低溫靈敏度低，阻值受溫度影響大，由老化特性， 較少使用。 氧化物濕敏電阻性能較優(yōu)越，可長期使用，溫度影響小，阻值與濕度變化呈線性關(guān)系。有氧化錫，鎳鐵酸鹽，等材料。 6.3、光敏電阻 光敏電阻是電導(dǎo)率隨著光量力的變化而變化的電子元件，當(dāng)某種物質(zhì)受到光照時，載流子的濃度增加從而增加了電導(dǎo)率，這就是光電導(dǎo)效應(yīng)。 6.4、氣敏電阻 利用某些半導(dǎo)體吸收某種氣體后發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成，主要成分是金屬氧化物，主要品種有：金屬氧化物氣敏電阻、復(fù)合氧化物氣敏電阻、陶瓷氣敏電阻等。 6.5、力敏電阻 力敏電阻是一種阻值隨壓力變化而變化的電阻，國外稱

18、為壓電電阻器。所謂壓力電阻效應(yīng)即半導(dǎo)體材料的電阻率隨機械應(yīng)力的變化而變化的效應(yīng)?？芍瞥筛鞣N力矩計，半導(dǎo)體話筒，壓力傳感器等。主要品種有硅力敏電阻器，硒碲合金力敏電阻器，相對而言， 合金電阻器具有更高靈敏度。 壓敏電阻壓敏電阻標(biāo)稱參數(shù)所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從109000V不等。可根據(jù)具體需要正確選用。    壓敏電阻用字母“MY”表示，如加J為家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅

19、弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用，一般考慮標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數(shù)。 1、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從109000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定

20、電源電壓為220V，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470480V之間。  2、所謂通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過± 10時的最大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊中給出的產(chǎn)品最大通流量。然而從保護效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發(fā)生的通流量是很難精確

21、計算的，則選用220KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿足使用要求時，可將幾只單個的壓敏電阻并聯(lián)使用，并聯(lián)后的壓敏電不變，其通流量為各單只壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。壓敏電阻是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護。壓敏電阻的主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。   壓敏電阻的響應(yīng)時間為ns級，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護其響應(yīng)速度可以滿

22、足要求。壓敏電阻的結(jié)電容一般在幾百到幾千pF的數(shù)量級范圍，很多情況下不宜直接應(yīng)用在高頻信號線路的保護中，應(yīng)用在交流電路的保護中時，因為其結(jié)電容較大會增加漏電流，在設(shè)計防護電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。    壓敏電阻的壓敏電壓（min(U1mA）、通流容量是電路設(shè)計時應(yīng)重點考慮的。在直流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) (1.62)Udc，式中Udc為回路中的直流額定工作電壓。在交流回路中，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA) (2.22.5)Uac，式中Uac為回路中的交流工作電壓的有效值。上述取值原則主要是

23、為了保證壓敏電阻在電源電路中應(yīng)用時，有適當(dāng)?shù)陌踩６?。在信號回路中時，應(yīng)當(dāng)有：min(U1mA)(1.21.5)Umax，式中Umax為信號回路的峰值電壓。壓敏電阻的通流容量應(yīng)根據(jù)防雷電路的設(shè)計指標(biāo)來定。一般而言，壓敏電阻的通流容量要大于等于防雷電路設(shè)計的通流容量。選用壓敏電阻器前，應(yīng)先了解以下相關(guān)技術(shù)參數(shù)：    標(biāo)稱電壓（即壓敏電壓）是指在規(guī)定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。    漏電流：指在25條件下，當(dāng)施加最大連續(xù)直流電壓時，壓敏電阻器中流過的電流值。   

24、60;等級電壓是指壓敏電阻中通過820等級電流脈沖時在其兩端呈現(xiàn)的電壓峰值。    通流量是表示施加規(guī)定的脈沖電流（820s）波形時的峰值電流。    浪涌環(huán)境參數(shù)包括最大浪涌電流Ipm（或最大浪涌電壓Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌脈沖寬度Tt、相鄰兩次浪涌的最小時間間隔Tm以及在壓敏電阻器的預(yù)定工作壽命期內(nèi)，浪涌脈沖的總次數(shù)N等。    a壓敏電壓的選取    一般地說，壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯(lián)使用，在正常情況下，壓敏電阻

25、器兩端的直流或交流電壓應(yīng)低于標(biāo)稱電壓，即使在電源波動情況最壞時，也不應(yīng)高于額定值中選擇的最大連續(xù)工作電壓，該最大連續(xù)工作電壓值所對應(yīng)的標(biāo)稱電壓值即為選用值。對于過壓保護方面的應(yīng)用，壓敏電壓值應(yīng)大于實際電路的電壓值，一般應(yīng)使用下式進行選擇：VmAavbc    式中：a為電路電壓波動系數(shù)，一般取12；v為電路直流工作電壓（交流時為有效值）；b為壓敏電壓誤差，一般取085；c為元件的老化系數(shù)，一般取09；    這樣計算得到的VmA實際數(shù)值是直流工作電壓的15倍，在交流狀態(tài)下還要考慮峰值，因此計算結(jié)果應(yīng)擴大1414倍。

26、另外，選用時還必須注意：   （1）必須保證在電壓波動最大時，連續(xù)工作電壓也不會超過最大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命；   （2）在電源線與大地間使用壓敏電阻時，有時由于接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常采用比線與線間使用場合更高標(biāo)稱電壓的壓敏電阻器。    b通流量的選取    通常產(chǎn)品給出的通流量是按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)給定的波形、沖擊次數(shù)和間隙時間進行脈沖試驗時產(chǎn)品所能承受的最大電流值。而產(chǎn)品所能承受的沖擊數(shù)是波形、幅值和間隙時間的函數(shù)，當(dāng)電流波形

27、幅值降低50時沖擊次數(shù)可增加一倍，所以在實際應(yīng)用中，壓敏電阻所吸收的浪涌電流應(yīng)小于產(chǎn)品的最大通流量。    c應(yīng)用    圖1所示是采用壓敏電壓器進行電路浪涌和瞬變防護時的電路連接圖。對于壓敏電阻的應(yīng)用連接，大致可分為四種類型：    第一種類型是電源線之間或電源線和大地之間的連接，如圖1（a）所示。作為壓敏電阻器，最具有代表性的使用場合是在電源線及長距離傳輸?shù)男盘柧€遇到雷擊而使導(dǎo)線存在浪涌脈沖等情況下對電子產(chǎn)品起保護作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對線間的感應(yīng)脈沖有效，而在

28、線與地間接入壓敏電阻則對傳輸線和大地間的感應(yīng)脈沖有效。若進一步將線間連接與線地連接兩種形式組合起來，則可對浪涌脈沖有更好的吸收作用。    第二種類型為負(fù)荷中的連接，見圖1（b）。它主要用于對感性負(fù)載突然開閉引起的感應(yīng)脈沖進行吸收，以防止元件受到破壞。一般來說，只要并聯(lián)在感性負(fù)載上就可以了，但根據(jù)電流種類和能量大小的不同，可以考慮與RC串聯(lián)吸收電路合用。    第三種類型是接點間的連接，見圖1（c）。這種連接主要是為了防止感應(yīng)電荷開關(guān)接點被電弧燒壞的情況發(fā)生，一般與接點并聯(lián)接入壓敏電阻器即可。第四種類型主要用于半導(dǎo)

29、體器件的保護連接，見圖1（d）。這種連接方式主要用于可控硅、大功率三極管等半導(dǎo)體器件，一般采用與保護器件并聯(lián)的方式，以限制電壓低于被保護器件的耐壓等級，這對半導(dǎo)體器件是一種有效的保護。 TVS器件TVS器件的特點、電特性和主要電參數(shù)一、 TVS器件的特點    瞬態(tài)（瞬變）電壓抑制二級管簡稱TVS器件，在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個高能量的瞬時過壓脈沖時，其工作阻抗能立即降至很低的導(dǎo)通值，允許大電流通過，并將電壓箝制到預(yù)定水平，從而有效地保護電子線路中的精密元器件免受損壞。TVS能承受的瞬時脈沖功率可達上千瓦，其箝位響應(yīng)時間僅為1ps（10-12S）。TVS允

30、許的正向浪涌電流在TA250C，T10ms條件下，可達50200A 。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，并把電壓箝制到預(yù)定水平，雙向TVS適用于交流電路，單向TVS一般用于直流電路。二、 TVS器件的電特性1、單向TVS的V-I特性    如圖1-1所示，單向TVS的正向特性與普通穩(wěn)壓二極管相同，反向擊穿拐點近似“直角”為硬擊穿，為典型的PN結(jié)雪崩器件。從擊穿點到VC值所對應(yīng)的曲線段表明，當(dāng)有瞬時過壓脈沖時，器件的電流急驟增加而反向電壓則上升到箝位電壓值，并保持在這一水平上。2、雙向TVS的V-I特性    如圖1-2所示

31、，雙向TVS的V-I特性曲線如同兩只單向TVS“背靠背”組合，其正反兩個方向都具有相同的雪崩擊穿特性和箝位特性，正反兩面擊穿電壓的對稱關(guān)系為：0.9V(BR)(正)/V（BR）(反)1.1，一旦加在它兩端的干擾電壓超過箝位電壓VC就會立刻被抑制掉，雙向TVS在交流回路應(yīng)用十分方便。三、TVS器件的主要電參數(shù)1、 擊穿電壓V(BR)    器件在發(fā)生擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗電流I(BR)下，測得器件兩端的電壓稱為擊穿電壓，在此區(qū)域內(nèi)，二極管成為低阻抗的通路。2、 最大反向脈沖峰值電流IPP    在反向工作時，在規(guī)定的脈沖條件下，器件

32、允許通過的最大脈沖峰值電流。IPP與最大箝位電壓VC(MAX)的乘積，就是瞬態(tài)脈沖功率的最大值。    使用時應(yīng)正確選取TVS，使額定瞬態(tài)脈沖功率PPR大于被保護器件或線路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。    當(dāng)瞬時脈沖峰值電流出現(xiàn)時，TVS被擊穿，并由擊穿電壓值上升至最大箝位電壓值，隨著脈沖電流呈指數(shù)下降，箝位電壓亦下降，恢復(fù)到原來狀態(tài)。因此，TVS能抑制可能出現(xiàn)的脈沖功率的沖擊，從而有效地保護電子線路。峰值電流波形A、正弦半波 B、矩形波C 、標(biāo)準(zhǔn)波（指數(shù)波形） D、三角波 TVS峰值電流的試驗波形采用標(biāo)準(zhǔn)波（指數(shù)波形），由TR/T

33、P決定。 峰值電流上升時間TR:電流從0.1IPP開始達到0.9IPP的時間。   半峰值電流時間TP：電流從零開始通過最大峰值后，下降到0.5IPP值的時間。   下面列出典型試驗波形的TR/TP值：A、EMP波:10ns /1000ns B、閃電波：8s /20s C、標(biāo)準(zhǔn)波：10s /1000s3、 最大反向工作電壓VRWM（或變位電壓）    器件反向工作時，在規(guī)定的IR下，器件兩端的電壓值稱為最大反向工作電壓VRWM。通常VRWM=（0.80.9）V(BR)。在這個電壓下，器件的功率消耗很小。使用時，應(yīng)使VRWM不

34、低于被保護器件或線路的正常工作電壓。4、 最大箝位電壓VC(max )    在脈沖峰值電流Ipp 作用下器件兩端的最大電壓值稱為最大箝位電壓。使用時，應(yīng)使VC(max )不高于被保護器件的最大允許安全電壓。最大箝位電壓與擊穿電壓之比稱為箝為系數(shù)。即：箝位系數(shù)=VC(max )/V(BR)    一般箝位系數(shù)為1.3左右。5、 反向脈沖峰值功率PPR    TVS的PPR取決于脈沖峰值電流IPP和最大箝位電壓VC(max )，除此以外，還和脈沖波形、脈沖時間及環(huán)境溫度有關(guān)。當(dāng)脈沖時間Tp 一定時，PPR=

35、K1K2VC(max )Ipp式中K1為功率系數(shù)，K2為功率的溫度系數(shù)。    典型的脈沖持續(xù)時間tp 為1MS，當(dāng)施加到瞬態(tài)電壓抑制二極管上的脈沖時間tp 比標(biāo)準(zhǔn)脈沖時間短時，其脈沖峰值功率將隨tp 的縮短而增加。    TVS的反向脈沖峰值功率PPR與經(jīng)受浪涌的脈沖波形有關(guān)，用功率系數(shù)K1表示      E=i(t)V(t)dt式中：i(t)為脈沖電流波形，V(t) 為箝位電壓波形。    這個額定能量值在極短的時間內(nèi)對TVS是不可重復(fù)施加的。但是，在

36、實際的應(yīng)用中，浪涌通常是重復(fù)地出現(xiàn)，在這種情況下，即使單個的脈沖能量比TVS器件可承受的脈沖能量要小得多，但若重復(fù)施加，這些單個的脈沖能量積累起來，在某些情況下，也會超過TVS器件可承受的脈沖能量。因此，電路設(shè)計必須在這點上認(rèn)真考慮和選用TVS器件，使其在規(guī)定的間隔時間內(nèi)，重復(fù)施加脈沖能量的累積不至超過TVS器件的脈沖能量額定值。6、 電容CPP    TVS的電容由硅片的面積和偏置電壓來決定，電容在零偏情況下，隨偏置電壓的增加，該電容值呈下降趨勢。電容的大小會影響TVS器件的響應(yīng)時間。7、 漏電流IR    當(dāng)最大反向工作電壓施加到

37、TVS上時，TVS管有一個漏電流IR，當(dāng)TVS用于高阻抗電路時，這個漏電流是一個重要的參數(shù)。第二章 TVS選用原則    在選用TVS時，必須考慮電路的具體條件，一般應(yīng)遵循以下原則：一、 大箝位電壓VC（MAX）不大于電路的最大允許安全電壓。二、 最大反向工作電壓（變位電壓）VRWM不低于電路的最大工作電壓，一般可以選VRWM等于或略高于電路最大工作電壓。三、 額定的最大脈沖功率，必須大于電路中出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。    下面是TVS在電路應(yīng)用中的典型例子：TVS用于交流電路：見圖2-1，這是一個雙向TVS在交流電路中的應(yīng)用，可以

38、有效地抑制電網(wǎng)帶來的過載脈沖，從而起到保護整流橋及負(fù)載中所有元器件的作用。TVS的箝位電壓不大于電路的最大允許電壓。圖2-2所示，是用單向TVS并聯(lián)于整流管旁側(cè)，以保護整流管不被瞬時脈沖擊穿，選用TVS必須是和整流管相匹配。圖2-3所示電路中，單向TVS1和TVS2反接并聯(lián)于電源變壓器輸出端或選用一個雙向TVS，用以保護整流電路及負(fù)載中的元器件。TVS3保護整流以后的線路元件，如電源變壓器輸出端電壓為36伏時一般TVS1和TVS2的工作電壓VR應(yīng)根據(jù)36× 來選擇，其它參數(shù)依據(jù)電路中的具體條件而下。    TVS用于直流電路，圖2-4所示TVS并聯(lián)于輸出

39、端，可有效地保護控制系統(tǒng)。TVS的反向工作電壓應(yīng)等于或略高于直流供電電壓，其它參數(shù)根據(jù)電路的具體條件而定。圖2-5所示為兩個單向TVS連接在電源線路中，用以防止直流電源反接或電源通、斷時產(chǎn)生的瞬時脈沖使集成電路損壞。當(dāng)電路連接有感性負(fù)載，如電機、斷電器線圈、螺線管時，會產(chǎn)生很高的瞬時脈沖電壓。圖2-6中的TVS可以保護晶體管及邏輯電路，從而省去了較復(fù)雜的電阻/電容保護網(wǎng)絡(luò)。圖2-7電路中TVS起保護和電壓限制的作用。    直流電中選用舉例：    整機直流工作電壓12V，最大允許安全電壓25V（峰值），浪涌源的阻抗50M，其干擾波形

40、為方波，TP=1MS，最大峰值電流50A。選擇：1、先從工作電壓12V選取最大反向工作電壓VRWM為13V，則擊穿電壓V（BR）= =15.3V；2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓VC（MAX）=1.30×V(BR)=19.89V，取VC=20V；3、再從箝位電壓VC和最在峰值電流IP計算出方波脈沖功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W4、計算折合為TP=1MS指數(shù)波的峰值功率，折合系數(shù)K1=1.4，PPR=1000W÷1.4=715W    從手冊中可查到1N6147A其中PPR=1500W，變位電壓VRWM=12

41、.2V，擊穿電壓V（BR）=15.2V，最大箝位電壓VC=22.3V，最大浪涌電流IP=67.3A。可滿足上述設(shè)計要求，而且留有一倍的余量，不論方波還是指數(shù)波都適用。    交流電路應(yīng)用舉例：    直流線路采用單向瞬變電壓抑制二極管，交流則必須采用雙向瞬變電壓抑制二極管。交流是電網(wǎng)電壓，這里產(chǎn)生的瞬變電壓是隨機的，有時還遇到雷擊（雷電感應(yīng)產(chǎn)生的瞬變電壓）所以很難定量估算出瞬時脈沖功率PPR。但是對最大反向工作電壓必須有正確的選取。一般原則是交流電壓乘1.4倍來選取TVS管的最大反向工作電壓。直流電壓則按1.11.2倍來選取TVS管的

42、最在反向工作電壓VRWM。    圖2-8給出了一個微機電源采用TVS作線路保護的原理圖，由圖可見：1、 在進線的220V處加TVS管抑制220V交流電網(wǎng)中尖峰干擾。2、 在變壓器進線加上干擾濾波器，濾除小尖峰干擾。3、 在變壓輸出端V=20V處又加上TVS管，再一次抑制干擾。4、 到了直流10V輸出時還加上TVS管抑制干擾。其中：雙向TVS管D1的VRWM=220V×1.4=308V左右雙向TVS管D2的VRWM=20V×1.4=28V左右單向TVS管D3的VRWM=10V×1.2=12V左右    經(jīng)

43、過如上四次抑制，變成所謂的“凈化電源”，還可以加上其它措施，更有效地抑制干擾，防止干擾進入計算機的CPU及存貯器中，從而提高微機系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性。    從失效統(tǒng)計概率可知：微機系統(tǒng)產(chǎn)生100次故障，其中90次來自電源，10次是微機本身，可見電源的可靠性最重要，要提高整機可靠性，首先應(yīng)提高電源的可靠性。第三章 TVS應(yīng)用實例    TVS在美國應(yīng)用十分廣泛，特別是在軍事電子裝備中非常重視，美國軍標(biāo)不但出牌了不少TVS器件的標(biāo)準(zhǔn)，同時在線路應(yīng)用方面也有軍標(biāo)，如MIL-HDBK-978B宇航用電子元器件手冊中第4.8節(jié)為“雙極型瞬變電壓抑

44、制器”，文中列出不少TVS的應(yīng)用實例。MIL-HDBK-338B電子設(shè)備可靠性手冊中第節(jié)為“瞬態(tài)和過應(yīng)力保護”，文中也談到了TVS的應(yīng)用。TVS在國內(nèi)的應(yīng)用，正處于推廣應(yīng)用的階段，為了加深電路設(shè)計人員對TVS的認(rèn)識，提高國產(chǎn)整機的可靠性，現(xiàn)將上述兩個美國軍標(biāo)中譯出的部分資料整理成文，推薦給廣大電路設(shè)計人員參考使用。一、 TVS在微機中的應(yīng)用實例    一個典型的微機系統(tǒng)，通過電源線、輸入線、輸出線進入的各種干擾或瞬變電壓，可能使微機誤動作出故障，特別是來自開關(guān)電源，微機近旁的電動機的開與關(guān)、交流電源電壓的浪涌和瞬變、靜電放電等場合都可能使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作，嚴(yán)重時還可

45、能損壞器件。將瞬變電壓抑制二極管接到微機的電源線輸入和輸出線上，可防止瞬變電壓進入“微機”總線，加強微機對外界干擾的抵抗能力，保證微機正常工作，提高其應(yīng)用可靠性。，使用TVS管的量是很多的。二、 TVS管保護開關(guān)電源實例    對開關(guān)電源設(shè)計師來講，必須對影響開頭電源的三種瞬變類型進行保護：1、 由負(fù)載變化引起的瞬變電壓（電感負(fù)載）；2、 由電源線引入的瞬變電壓；3、 由開關(guān)電源內(nèi)部發(fā)生的瞬變電壓。由于電源中需要保護的典型元器件有：1、 高反壓開關(guān)晶體管（VMOS管）2、 高壓整流器（高壓流整流二極管）3、 輸出整流器（輸出大電流整流二極管）4、 內(nèi)部控制電路（脈

46、寬調(diào)制器等）    典型開關(guān)電源中應(yīng)用TVS的實例，由圖可見共有八個TVS管，各自保護自已的對象，當(dāng)然八個TVS管的特性也不同，從“擊穿電壓”、“最大脈沖峰值功率”、“脈沖峰值電流”到“箝位電壓”等都有區(qū)別。美國HP公司某儀器使用的開關(guān)電源，從圖中可以看到該電源中所有瞬變電壓抑制二極管的數(shù)量及情況。    國外應(yīng)用TVS是非常普遍的，而且數(shù)量也是很多的，可見TVS對提高整機應(yīng)用可靠性是至關(guān)重要的。三、 TVS保護直流穩(wěn)壓電源實例    一個直流穩(wěn)壓電源，并有擴大電流輸出的晶體管，在其穩(wěn)壓輸出端加上瞬變電壓

47、抑制二極管，可以保護使用該電源的儀器設(shè)備，同時還可以吸收電路中晶體管的集電極到發(fā)射極間的峰值電壓，保護晶體管。建設(shè)在每個穩(wěn)壓源輸出端增加一個TVS管，可大幅度提高整機應(yīng)用可靠性。四、 TVS保護晶體管實例    各種瞬變電壓能使晶體管EB結(jié)或CE結(jié)擊穿而損壞，特別是晶體管集電極有電感性（線圈、變壓器、電動機）負(fù)載時，會產(chǎn)生高壓反電勢，往往使晶體管損壞。建設(shè)采用TVS管作為保護器。五、 TVS保護集成電路實例    由于集成電路集成度越來越高，其耐壓越來越低，容易受到瞬變電壓的沖擊而損壞，必須采取保護措施。例如CMOS電路在其輸入端及輸

48、出端都有保護網(wǎng)路，為了更可靠起見，在各整機對外接口處還增加各種保護網(wǎng)絡(luò)。六、 TVS保護可控硅實例    可控硅可能誤觸發(fā)導(dǎo)致誤動作，可控硅控制極電流不能太大，電壓不能過高，必須采用各種保護措施。七、 TVS保護繼電器實例    繼電器有驅(qū)動線圈，當(dāng)用大功率晶體管驅(qū)動時，應(yīng)采取保護措施，如圖5所示。有時也采用圖8所示方法來抑制線圈中的高壓反電勢保護晶體管，哪個方案更好應(yīng)根據(jù)實際情況決定。圖中二極管允許的電源應(yīng)比晶體管的工作電流大一倍左右，例如繼電器線圈的最大電流IA，則二極管額定電流選2-3A左右，耐壓則應(yīng)大于電源電壓的2倍左右，例如

49、電源電壓27V，則二極管耐壓應(yīng)為60V以上。    繼電器的觸點往往用大電流去開關(guān)電動機等大電流電感負(fù)載，而電感在開關(guān)時有很高的反電勢，而且有較大的能量，往往把觸點燒壞或擊穿產(chǎn)生電弧等，必須對觸點采取保護，抑制電弧的產(chǎn)生，以保護繼電器。但是這種電弧產(chǎn)生的浪涌電流很大，過去采用電容或者用電容串聯(lián)電阻、二極管、二極管串聯(lián)電阻等抑制方案，現(xiàn)在采用瞬變電壓抑制二極管方案效果更好。    美國軍標(biāo)舉例說明TVS管的選取方法：已知：TVS管的箝位電壓VC，負(fù)載電感L和電阻RL計算：由圖3-10可見：最大峰值電流IP =最大脈沖峰值功率PPR =

50、IP × VC脈沖時間TP = = =瞬變電壓抑制二極管的脈沖峰值功率與持續(xù)時間有一定關(guān)系，否則會燒壞TVS管。八、 TVS保護集成運放    集成運放對外界電應(yīng)力非常敏感，在使用運放的過程中，如果因操作失誤或采取了不正常的工作條件，出現(xiàn)了過大的電壓或電流，特別是浪涌和靜電脈沖，就很容易使運放受損或換效。在運放差模輸入端采取的過壓損傷保護方法。積分電路中，如果電容充放電到高電位，然后切斷電源電壓，就會在輸入端產(chǎn)生瞬態(tài)電壓，交出現(xiàn)大的放電電流，導(dǎo)致運放受損。如果電容值較大（如大于0.1F），這種效應(yīng)將會十分顯著。采用簡單的保護電路，就能有效地防止差模電壓過

51、大，導(dǎo)致運放內(nèi)部的電路失效。九、 TVS抑制電磁脈沖干擾實例    美國哈里期公司對電子元器件抗輻射的論文中，談及核爆炸引發(fā)強大的電磁脈沖，這種電脈沖在導(dǎo)線中引起感應(yīng)電壓，如果感應(yīng)電壓超過器件的擊穿電壓，就可能使元器件擊穿失效，特別長線傳輸時，更能感應(yīng)而產(chǎn)生較高的電壓。    用瞬變電壓抑制二極管并聯(lián)在信號線及電源線上，可以吸收電磁脈沖引起的感應(yīng)電壓，保證系統(tǒng)的可靠性，避免輻射損壞元器件。十、 用TVS防止感應(yīng)雷電損壞微機系統(tǒng)實例    廣州深圳海關(guān)計算機中上瞬變電壓抑制器，提高了應(yīng)用可靠性，受到用戶好評。    南方打雷很多，