【導(dǎo)讀】偶爾看到“芯片之家“發(fā)布的由安富萊硬漢提供的,據(jù)說是TDK整理的一套圖文并茂的文章,覺得尤其適合學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)技能的朋友們,故在此也分享一下,并由蘇老師加了一些文字注釋。
從電磁場(chǎng)理論 - “變化”的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),因此當(dāng)有交流電流過由線圈構(gòu)成的電感的時(shí)候,電磁之間的互相轉(zhuǎn)換也就讓電感器成為重要的儲(chǔ)能元件,并通過對(duì)電流變化產(chǎn)生的反應(yīng)起到對(duì)信號(hào)變化的處理作用 - 表象的作用就是抑制交流信號(hào),直通直流信號(hào)。
要理解電感器的功能和電感器的各種參數(shù),就要從電磁理論進(jìn)行分析了。
了解了其工作原理,也就理解了電感器的主要作用 - 抑制不需要的變化的干擾信號(hào),通過電磁能量互轉(zhuǎn)(所謂的儲(chǔ)能)達(dá)到穩(wěn)定電壓的作用。
不要看小小的電感,其實(shí)品類繁多,不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ鋮?shù)的要求是不同的,需要的材質(zhì)也是不同的,其封裝自然也不一樣。
市場(chǎng)最大量的產(chǎn)品基本都是消費(fèi)類的,尤其是手機(jī),因此電感在手機(jī)中的應(yīng)用也就決定了手機(jī)的不同功能驅(qū)動(dòng)著電感器的不斷進(jìn)步。
這張圖給出了電感器的生產(chǎn)加工過程,還挺復(fù)雜的吧?想當(dāng)年我為了做一個(gè)5V轉(zhuǎn)400V的DC-DC變換器,還自己親手用漆包線繞了高頻變壓器。在集成電路高度集成化并以摩爾定律的速度加速發(fā)展的今天,全球的高科技技術(shù)人員竟拿電感器無(wú)可奈何,無(wú)法同其它器件一起集成到器件內(nèi)部,在電源電路中只好將開關(guān)頻率提高,電感器可以做的更小。或改用其它的方式盡量避開使用大個(gè)頭的電感器。
電容和電感就像一堆孿生兄弟一樣,很多場(chǎng)合下是成對(duì)出現(xiàn)的,因此談到電感,那一定也要談?wù)勲娙萘恕?/div>
對(duì)于交流信號(hào),電感器是玩命阻礙,電容器卻是盡量搭橋,隔直流、通交流也就是電容器的特點(diǎn)嘍。就像防洪堤壩一樣,電容器將洶涌的電荷隔離在兩側(cè),這兩側(cè)的正負(fù)電荷不斷累積也就形成了很強(qiáng)的能量,所以電容器也就有儲(chǔ)能的作用,甚至可以替代電池使用。
這張圖上可看出電容器的作用都是圍繞著其阻隔直流,通交流來實(shí)現(xiàn)的,包括儲(chǔ)能、濾波。。??闯鰜砀姼胁灰粯拥\(yùn)共同的地方了吧?在數(shù)學(xué)上二者是相生相殺的冤家。
就如電感一樣,電容的應(yīng)用場(chǎng)景不同對(duì)電容的參數(shù)、材料要求也不同,封裝也有多種多樣。在PCB板上,可以沒有其它器件,但不能沒有電容,只要有電的地方就一般會(huì)有電容的存在。最常見的電容估計(jì)就是0.1uF的貼片陶瓷電容了,0805、0603封裝的,估計(jì)每個(gè)工程師的工作臺(tái)上都有一大把,在電路圖上可以放心地安放在各組供電電壓的管腳上。
全球有幾個(gè)做無(wú)源器件(也就是電阻、電容、電感器件)的大佬,TDK算是之一,這個(gè)圖文并茂的文章就是TDK,此圖可以看出TDK在電容方面的技術(shù)、工藝和不斷探索付出的努力。
簡(jiǎn)單分析了一下電感器、電容器的原理、應(yīng)用和材料,現(xiàn)在就要看一下這些器件是具體如何用的了,先看每個(gè)家庭都有的數(shù)字電視設(shè)備,電感器和電容器最大的應(yīng)用就是在電源變換中,無(wú)論是直接從AC上變換得到DC,還是通過低壓的DC得到DC。當(dāng)然電感器和電容器搭檔也是對(duì)模擬信號(hào)調(diào)理中帶寬處理的必要組成部分。電感器和電容器的不同組成方式也就對(duì)輸入的波形能夠產(chǎn)生不同的頻率處理作用。
汽車電子是當(dāng)今電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn),其最大的特點(diǎn)就是可靠性,因此對(duì)各種元器件的可靠性要求也是極高的 - 耐高溫、耐嚴(yán)寒、耐振動(dòng)等等,畢竟車不是溫室里的家用電器而且對(duì)運(yùn)動(dòng)中的安全性要求不是一般的苛刻。
電源是所有電器的“胃”,給每個(gè)部位提供能量,營(yíng)養(yǎng)好不好也會(huì)影響到電子產(chǎn)品肌體的健康。下面來看看電源部分的基礎(chǔ)理論以及構(gòu)成。
說起電源,先要明白AC和DC的區(qū)別以及這二者的適用的場(chǎng)景。由于交流輸電(AC)效率最高,因此到家的插座上的電基本都是AC的,但要供電路板上的集成電路工作,那就需要各種不同電壓的DC了。所以需要將AC變成DC,或者將某一種電壓的DC變換成其它電壓的DC,這就是電源變換的作用。
由于世間的一切都不是理想化的,有各種變數(shù),因此如何在各種可能變化的情況下還要保證穩(wěn)定的供給,也就是需要在輸入電壓發(fā)生變化、輸出負(fù)載發(fā)生變化的情況下,如何保持穩(wěn)定的電壓輸出并提供足夠的電流, 這就需要穩(wěn)壓電路來實(shí)現(xiàn)。按照調(diào)控的樞紐器件 - 三極管工作的狀態(tài):線性、開關(guān)可以將穩(wěn)壓電路分為線性穩(wěn)壓和開關(guān)穩(wěn)壓兩種,二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。具體的應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)該選用適當(dāng)?shù)淖儞Q方式,或者二者的有機(jī)結(jié)合。
將交流供電電源中攜帶的能量轉(zhuǎn)換到通過直流電壓承載的能量,需要先將來回奔跑的力量轉(zhuǎn)變成一個(gè)方向奔跑的洪流,這個(gè)過程就是“整流”,再將一個(gè)方向上的起伏進(jìn)行平滑,就可以得到步調(diào)一致,穩(wěn)定向前的直流。在這個(gè)過程中具有單向?qū)щ娦缘亩O管起到了梳理流動(dòng)方向的作用,在整流中不可或缺,對(duì)電壓的起伏進(jìn)行平滑就用到了具有儲(chǔ)能作用的電感和電容了。電感器、電容器以及電阻器這三大無(wú)源器件就像三大兵種一樣各司其職,互相配合,起到疏導(dǎo)、維穩(wěn)的作用。
正如前面所講,兩種穩(wěn)壓的方式各有千秋,因二者的構(gòu)成結(jié)構(gòu)不同,三極管的工作狀態(tài)不同,但都離不開電感器和電容器做為儲(chǔ)能元器件所扮演的角色。
從一個(gè)直流電壓變換到另一個(gè)直流電壓有多種方式,取決于兩個(gè)電壓的值以及輸入、輸出要求的電流大?。ㄒ簿褪枪β实拇笮。?、穩(wěn)定度等,需要選用不同的變換拓?fù)湟约霸骷?/div>
任何的變換都會(huì)有一定的損失,在電源變換中被變換的本質(zhì)上是能量,因此對(duì)變換的效率要求是越高越好,也就是說損失、損耗越小越好。要提高轉(zhuǎn)換效率,除了降低器件的損耗之外,還可以通過一定的控制來避免不必要的浪費(fèi)。在本圖中列出了幾種能夠提高電源轉(zhuǎn)換效率的手段以及對(duì)各類元器件的要求。
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