电子元器件常识

电子元器件常识模拟IC与数字IC对比处理连续性的光、声音、速度、温度等自然模拟信号的IC被称为模拟IC。模拟IC处理的这些信号都具有连续性，可以转换为正弦波研究。而数字IC处理的是非连续性信号，都是脉冲方波。模拟IC按技术类型来分有只处理模拟信号的线性IC和同时处理模拟与数字信号的混合IC。模拟IC按应用来分可分为标准型模拟IC和特殊应用型模拟IC。标准型模拟IC包括放大器(Amplifier)、电压调节与参考对比(VoltageRegulator/Reference)、信号界面(Interface)、数据转换(DataConversion)、比较器(Comparator)等产品。特殊应用型模拟IC主要应用在4个领域，分别是通信、汽车、电脑周边和消费类电子。模拟IC具有四大特点：a、生命周期可长达10年。数字IC强调的是运算速度与成本比，数字IC设计的目标是在尽量低的成本下达到目标运算速度。设计者必须不断采用更高效率的算法来处理数字信号，或者利用新工艺提高集成度降低成本。因此数字IC的生命周期很短，大约为1年-2年。模拟IC强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性。产品一旦达到设计目标就具备长久的生命力，生命周期长达10年以上的模拟IC产品也不在少数。如音频运算放大器NE5532，自上世纪70年代末推出直到现在还是最常用的音频放大IC之一，几乎50%的多媒体音箱都采用了NE5532，其生命周期超过25年。因为生命周期长，所以模拟IC的价格通常偏低。b、工艺特殊少用CMOS工艺数字IC多采用CMOS工艺，而模拟IC很少采用CMOS工艺。因为模拟IC通常要输出高电压或者大电流来驱动其他元件，而CMOS工艺的驱动能力很差。此外，模拟IC最关键的是低失真和高信噪比，这两者都是在高电压下比较容易做到的。而CMOS工艺主要用在5V以下的低电压环境，并且持续朝低电压方向发展。因此，模拟IC早期使用Bipolar工艺，但是Bipolar工艺功耗大，因此又出现BiCMOS工艺，结合了Bipolar工艺和CMOS工艺两者的优点。另外还有CD工艺，将CMOS工艺和DMOS工艺结合在一起。而BCD工艺则是结合了Bipolar、CMOS、DMOS三种工艺的优点。在高频领域还有SiGe和GaAS工艺。这些特殊工艺需要晶圆代工厂的配合，同时也需要设计者加以熟悉，而数字IC设计者基本上不用考虑工艺问题。c、与元器件关系紧密模拟IC在整个线性工作区内需要具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等；在设计中因技术特性的需要，常常需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式；模拟IC还必须具备低噪音和低失真性能。电阻、电容、电感都会产生噪音或失真，设计者必须考虑到这些元器件的影响。对于数字电路来说是没有噪音和失真的，数字电路设计者完全不用考虑这些因素。此外由于工艺技术的限制，模拟电路设计时应尽量少用或不用电阻和电容，特别是高阻值电阻和大容量电容，只有这样才能提高集成度和降低成本。某些射频IC在电路板的布局也必须考虑在内，而这些是数字IC设计所不用考虑的。因此模拟IC的设计者必须熟悉几乎所有的电子元器件。d、辅助工具少测试周期长模拟IC设计者既需要全面的知识，也需要长时间经验的积累。模拟IC设计者需要熟悉IC和晶圆制造工艺与流程，需要熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。通常很少有设计师熟悉IC和晶圆的制造工艺与流程。而在经验方面，模拟IC设计师需要至少3年-5年的经验，优秀的模拟IC设计师需要10年甚至更长时间的经验。模拟IC设计的辅助工具少，其可以借助的EDA工具远不如数字IC设计多。由于模拟IC功耗大，牵涉的因素多，而模拟IC又必须保持高度稳定性，因此认证周期长。此外，模拟IC测试周期长且复杂。某些模拟IC产品需要采用特殊工艺和封装，必须与晶圆厂联合开发工艺，如BCD工艺和30V高压工艺。此外，有些产品需要采用WCPS晶圆级封装，拥有此技术的封装厂目前还不多。新型非接触式电流传感器l原来状况原来的非接触式电流传感器大致有3种结构模式,如图1所示。在图1中,例1所示为以霍尔元件作为磁场检测元件设置在铁芯的间隙内;例2所示为在铁芯的间隙内设置霍尔元件,而在铁芯上设置反馈线圈：例3所示为在铁芯的间隙内设置磁一光效应元件(应用法拉第效应的元件),用作磁场检测元件。上述3种结构模式的缺点如下：例l中元件的温度特性不佳,输出均匀性较差,因而电流检测精度不高。再者,此种传感器极易受漂移的影响．稍微受点漂移影响就难以测量含直流成分的电流。例2虽可解决例1中出现的问题,但要精密测量线圈中流过的电流还必须排除外界干扰因索,如果受到感应噪声等因素的影响,也就难以实现精密测量。特别是电流传感器的传感部和控制电流传感器信号的控制部之间的距离长,付出的代价就更高。例3由于其控制部的信号只用光传送,噪声虽低．但漂移的影响却不小．因而也不能测量含直流成分的电流。2技术创新本开发立足于技术创新,着重致力于结构改进．其举措是局部铁芯为饱和磁体,并由铁芯形成间隙,铁芯环绕在导体的外周,线圈绕在铁芯上,将磁场检测元件设置在间隙内。由于本开发将磁场检测元件设置在铁芯饱和磁体的间隙内．因而在测量导体中所流过的电流时线圈中没有电流。若用磁场检测元件测量间隙内的磁场．根据测得的磁场强度即可知道导体中流过的电流。在此情况下．如果磁场检测元件的检测灵敏度始终保持稳定不变,那么要精确测量导体中流过的电流是不成问题的。可是,磁场检测元件的材料、制件、粘接剂等因温度引起的变化以及时效变化、光源变化等因素都会影响磁场检测元件的检测灵敏度．使之产生漂移。因此,不能精密测量导体中流过的电流。为此．本开发采用绕在铁芯上的线圈,可按需要对磁场检测元件的灵敏度加以校正,使磁场检测元件的灵敏度始终如一,经常保持在稳定不变的状态。校正灵敏度时经由绕在铁芯上的线圈内流过的电流达到一定量值程度时,就会使铁芯的磁体形成饱和状态而与导体中流过的电流无关。间隙内产生一定量的磁通密度,当其达到一定程度时,即使磁场再增强．磁通密度也不会再增大。此时。可用磁场检测元件测量间隙内的磁场。此测量值中如果不存在上述漂移因素．那么通常即为固定值(基准值)。但若存在漂移因素,其值就会变化。放大器与磁场检测元件的光检测器连接,对其进行调制,并将磁场检测元件的输出值与基准值相比较。同时对磁场检测元件的灵敏度进行校正。此校正可在瞬间进行,并且无需切断导体中流动的电流。3实例图2所示为本开发提供的非接触式电流传感器的结构。线圈绕在铁芯上,磁场检测元件设置在铁芯的间隙内．光检测器测量磁场检测元件的输出,放大器调制磁场检测元件的输出。局部铁芯必须形成饱和磁体,但并不局限于此,整个铁芯均为饱和磁体也无妨。若需追求饱和磁体所具有的短暂饱和特性。选用铁紊体或非晶体之类的磁性合金便可奏效。图3所示为非接触式电流传感器的铁芯示例。铁芯的两端部采用高磁导率和高磁通密度的磁体,端头以外部分采用饱和磁体。两端头尖细成锥形,以增大间隙的磁通密度。提高电流传感器的灵敏度。磁场检测元件可以采用磁一光效应元件和霍尔元件。但是由于前者仅用光的方式就能进行传感部和控制部之间的信号传送,并且不受感应噪声的影响．因而相比之下前者较为理想。在测量导体内流过的电流时。饱和磁体随其流过的电流一旦达到饱和程度,即使再增大导体中的电流．间隙内的磁场也不会再变化。由于其变化量用磁场检测元件检测不出,因而饱和磁体的饱和程度不能由导体内流过的电流来定。而其饱和点主要取决于饱和磁体的形状和尺寸,特别是间隙的形状和尺寸。4效果实验结果表明。新开发的非接触式电流传感器具有如下成效：消除了磁场检测元件的输出漂移,能精确测量含直流成分的电流;无需精密调制线圈中流动的电流就能精密测量电流;采用磁一光效应元件．其输入和输出信号为光信号,无感应噪声之忧;改善了温度特性。导铜线的负载能力的计算估算口诀：二点五下乘以九，往上减一顺号走。三十五乘三点五，双双成组减点五。条件有变加折算，高温九折铜升级。穿管根数二三四，八七六折满载流。说明：(1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得。由表53可以看出：倍数随截面的增大而减小。“二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是2．5mm’及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。如2．5mm’导线，载流量为2．5×9＝22．5(A)。从4mm’及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即4×8、6×7、10×6、16×5、25×4。“三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的3．5倍，即35×3．5＝122．5(A)。从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的2．5倍，依次类推。“条件有变加折算，高温九折铜升级”。上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。如16mm’铜线的载流量，可按25mm2铝线计算。磁性印刷与磁卡的制作磁性印刷是磁性油墨印刷的简称，它以掺入氧化铁等磁性物质作为油墨颜料，并通过一定的印刷方式完成磁性记录体的制作，使印刷品具有所要求的特殊功能。近年来，随着计算机科技及网络技术的发展，磁性印刷品在很多领域得到应用，如银行存折、支票、身份证、信用卡、电话卡、车船票及价目表等。1.基本组成在磁性印刷中，构成磁性记录体的材料为磁性油墨。磁性油墨属特种油墨，其基本组成方式与普通印刷油墨相似，即由颜料、连结料、填充料和辅料组成，但磁性油墨所采用的颜料不是色素，而是强磁性材料。所谓强磁性材料是指将其插入磁场中即被磁化，即使去掉磁场也能保留磁性的特殊材料。磁化前油墨本身是没有磁性的，之所以具有磁性，是因为油墨配方中所用的颜料在经过磁场处理后具有保留磁性的能力。当然，影响磁性记录层特性的因素较多，如颜料的磁性、油墨中磁性颜料的含量、磁性膜厚度等，实验表明，干燥后的磁性膜的厚度以10～20μm为宜。此外，为了提高磁性膜表面的平滑度和耐磨性，印刷后可用合成树脂进行表面上光。在磁性油墨中起功能作用的是强磁性颜料，起印刷辅助作用的是与之相适应的油墨连结料，以下将按材料特性进行介绍。2.磁性颜料强磁性材料主要有铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）等磁性元素，Fe-Mo和Fe-W强磁性合金，以及具有Mn-Al和Mn-Bi那样的NiAs型结构的合金等。而作为磁性油墨的颜料大多是铁素体，即一般是用XO-Fe2O3表示的无机化合物，其中X为二价金属离子，依据X的种类不同，分别有锰-铁素体、铁-铁素体、铜-铁素体等。将上述强磁性材料置入磁场中，改变磁场强度，测试其所对应的磁化值，即可以得到强磁性材料的H-B曲线。H-B曲线是表示磁性材料特性的重要曲线，其中oa代表饱和磁化值，ob代表残余磁化值，oc代表磁阻值。检测常规印刷品质量，往往是以印刷密度值和色相作为评价参数；而对于磁性印刷，则是以H-B曲线的残余磁化值和磁阻值作为印刷品质量评价的参数。例如，在计数与计量磁性记录体印刷中，强磁性材料的磁阻值应为20000～30000A/m，残余磁化值为0.08～0.11T。因此，进行磁性印刷必须了解强磁性材料的基本特性，合理选择强磁性材料，确定磁性油墨配方，这是获得优良磁性印刷品的关键。常用磁性颜料有氧化铁黑（Fe3O4）、氧化铁棕（γ-Fe2O3）、含钴的γ-Fe2O3和氧化铬(CrO2)。3.连结料连结料是构成油墨流体的重要组分，其主要作用是赋予颜料等固体粉状物以流动性，使之在研磨分散后形成浆状流体，印刷后在承印物表面干燥固定下来。油墨的流变性、黏度、干性以及印刷性能等主要