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1、电阻电容与电感,冯志华 中国科学技术大学精密机械系,仪器电路课程讲稿,温度系数通常用,（ppm/）表示。,温度漂移,电阻的热平衡过程,时间,温度,通电,断电,电阻对精度的影响,假设运放理想，计算下面电路中的放大误差，考虑来自于电阻的温度漂移。,8m,1、两个电阻的温度系数均是 100 ppm/oC(i.e., 0.01%/C). 则考虑温度变化的电阻值为：R = R0(1+ TC T)。则温升对放大倍数无影响： 2、若R1=100ppm/oC;Rf=75ppm/oC,则10度的温度变化会带来：,温度影响实例,1+(1.00075 RF)/(1.001 RI) =1+ 0.99975 RF/RI
2、,相当于0.00025*99/1000.025%,3、自热的影响。若是用1/4W的电阻，典型热阻值为125oC/W,满量程时可能带来的漂移为：0.012%,电阻的匹配,结论：使用薄膜电路经过激光修正可以做出性能优良的放大电路。 厚膜、薄膜是集成电路的制造工艺 “” 是自造的“优于”符号表示,电阻的精度,Temperature coefficient: 温度系数 Long-term stability : 长时间稳定性 Operating temperature range: 工作温度范围 R.H. 相对湿度 hr: hour,小时,K-玻尔兹曼常数； T-热力学温度，单位为K R-阻值，单位为
3、,f -频宽，单位为Hz,电阻的热噪声,波尔兹曼常数：1.3806505(24) 1023 J/K,10m,电感和电容没有类似的噪声。,闪烁噪声,闪烁噪声也称为1f噪声，或接触噪声。它存在于所有的有源器件和某些无源器件中。根据器件类型的不同，产生噪声的原因是多方面的。在有源器件中，主要原因是陷阱。当电流流过时，它会随机地捕获和释放电荷载流子，因此会引起电流本身随机地波动。在BJT中，这些陷阱与基射极结里的杂质和晶体缺陷有关。在MOSFET中，它们与硅和二氧化硅边界上的额外电子能态有关。在有源器件中，MOSFET中所含的这种噪声最多。这也是在低噪声MOS应用中最关注的一点。线绕电阻器中的1f噪声
4、最小，而对于炭质电阻来说，根据工作条件的不同，这种噪声可能会大上一个幅度数量级。,闪烁噪声 粉红噪声 白噪声 高斯噪声 Flicker noise; pink noise;White noise; gaussian noise,白噪声和闪烁噪声图,电阻的非线性,由于电阻体是由分散性导体所组成，内部存在接触电阻，因而出现非线性，即电流与电压不是严格成正比，阻值随着电压升高而下降。对于用块状金属材料制成的电阻器，例如线绕电阻器或块金属膜电阻器，其线性非常好，一般测不出非线性。 这个非线性不是指由于电阻中电流的作用而引起的发热带来的温漂。,1m,精密电阻的应用,精密电阻在使用的使用需要考虑引线长度带
5、来的影响，一般可以遵循“4线制”方案。采样电压的获取要在电阻引线的标记出引出。有些精密电阻本身提供四线输出，可以直接使用，但是要分清楚电流回路和测量回路。测量回路不提供太大的电流输出。,导线电阻,去高阻抗 测量仪表,激励端,测量端,RL1 RL2 RL3 RL4,R,IEX,+ V0 -,5m,四引线电阻,标准电阻的面板,测量,电流激励,取值系列,E245% 1.0 ,1.1 ,1.2 ,1.3,1.5 ,1.6 ,1.8 ,2.0 ,2.2 ,2.4 ,2.7 3.0 ,3.3 ,3.6 ,3.9,4.3,4.7 ,5.1 ,5.6 ,6.2 ,6.8 ,7.5 8.2 ,9.1 E12 1
6、0% 1.0 ,1.2 ,1.5 ,1.8 ,2.2 ,2.7 ,3.3 ,3.9,4.7 ,5.6 ,6.8 ,8.2 E6 20% 1.0 ,1.5 ,2.2 ,3.3 ,4.7 ,6.8，8.2 基本上是等比数列，稍有调整 E48(2%) E96 (1%) E192 0.5% 0.25% 0.1% 和以上,电容器的等效电路,The four most common effects are leakage (parallel resistance) equivalent series resistance (ESR) equivalent series inductance(ESL) di
7、electric absorption (memory),3m,电容的温度系数,电容器的温度特性,1涤纶； 2聚苯乙烯； 3聚碳酸酯； 4 . 丙烯； 5聚乙烯； 6聚四氟乙烯； 7聚砜,电容器的绝缘电阻,在电容器的质量指标中，绝缘性能是一个重要方面。当一个电容器加上直流电压时，可以观察到充电电流的变化，开始较大，以后随时间下降。理想电容的充电电流很快降到零，但实际上任何电容器其电流下降远较理想电容器慢而且不能达到零值。这个不为零的电流即为漏导电流。它是由于电容的绝缘电阻不为无穷大造成的。 漏电流的危害,Dielectric Absorption, RDA, CDA 介质吸收参数,在充电-放电
8、-开路后，原理上来讲电容器两端的电压应该为零，实际上不是。这对电压采样有重大影响。最好的是聚苯乙烯材料，0.001%。瓷片电容可达0.3%，电解电容更大。 吸收系数的计算方法：开路后的最大电压/施加电压的百分数,2m,电容器的标称容量、误差及精度,电容器的标称容量与电阻的取值相同，也是在一定的系列内。一般来讲电容器的误差较大，精度较低。 作为电源滤波使用的电解电容器的精度很低，标称容量的误差可达50%。无论如何，1%精度的电容已经很好了，温度系数很难优于100ppm/0C,电解电容器,电解电容器有极性，使用时必须将阳极接电源正极，否则会造成漏电流大直至损坏，严重时会发生爆炸危及安全。 由于用电
9、解质作为阴极，故损耗大，且温度频率特性差。液体电解质易漏液、干涸、甚至爆炸，影响电解电容器可靠性和寿命的提高。 固体钽电容器是现有电解电容器中性能最稳定、最可靠、寿命最长的电容器。其局限性是漏电流稍大，电压范围较小。 即使在直流电压中含有相当数量的交流成份，但只要不产生极性的转换，也可以使用极性电解电容器。但对电压极性产生转换的使用场合，原则上不能采用极性电容器。,铝电解电容器,常用电容器的特点,电容器的选择,简介：,一个铝电解电容器的参数,Capacitance: 10000uF Lower Cap Tolerance: 20% Upper Cap Tolerance: 20% Workin
10、g Voltage: 63V ESR 1.5mOhms MAX 100 Hz, 20C IMPEDANCE 10mOhms MAX 10 kHz, 20C DC LEAKAGE 0.1uA max Test Volts Test Voltage 63.0V DC Surge Test Voltage: 72.5 Rated ripple current 5.15 A rms at 100 Hz and 85 C Temperature range 85 C to -40 C,:一般用来表示“在什么条件下”。,超级电容器（F）,恒流充放电曲线,2m,PN结电容器 varactor,PN结电容器是
11、一类独特的电容器，它的电容大小具有压控特性，可以通过反向电压进行控制。一般具有反向电压愈高电容愈小的特点，在现代仪器中应用甚广。关于它的应用我们将在压控振荡器、锁相环的有关章节中细述。,曲线,电容器的典型应用,交流耦合 去耦 滤波 采样-保持,3m,典型应用,2m,放电,避免开关直接接通电源和电容,电感的等效电路,线圈的温度稳定性,电感线圈的温度系数很大，特别是具有磁芯的电感。,电感的主要用途,1、用作储能元件,作用：提高了效率；起到了平滑作用；减轻了开关管的负担,5m,Flyback diode;泄流二极管,注意电感性负载在开关时的危害,VMOS 管 场效应管 使用范围很广,电感的主要用途,
12、消除共地回路的干扰 对电源回路没有影响,2、用作滤波器 线滤波器,15,线滤波器工作原理的分析,对电源电流磁环线圈的引入不回造成任何影响,对地回路干扰将起到电感的作用,Vn,Vp,负载,+,线滤波器,计算机电源内部,计算机主板,电感的主要用途,构成LC振荡回路,退耦,作 业,1、试述绕线电阻的主要优缺点； 2、如图所示，若电阻的温度系数均为+100ppm/oC,两个电阻的热耗散系数均为100oC/W，试计算当输入电压为3V的时候，输出电压偏离理论值多少？ 3、白噪声和1/f噪声的主要特点是什么？ 4、你认为RC滤波器的特性参数受哪个元件的影响大些？一般情况下可期望的精度大致在什么数量级？ 5、解释“电容怕短路、电感怕开路”。,后备作业,1、设想触电保护器的工作原理(提示：参考线滤波器)。 2、有些笔记本电源线上装有图示的磁环，试说明其作用和工作原理 3、一个金属箔电阻的形状如图所示，问这个电阻的性质如何？应该如何使用（连接电路）？,后备作业,说明磁珠在此的作用,使用实例,电视机、现在的收音机、手机等等,电视机电源部分,色环,色环,4 7 2 5%,4.7 k欧姆,钽电容,
