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1、元器件可靠性设计准则共27页总表1.变压器2.互感器3.磁保持(boch)继电器4.二极管5.三极管6.稳压(wn y)二极管7.三端(sn dun)稳压管8.TVS管9.晶振10.桥堆11.光耦12.电阻13.压敏电阻14.热敏电阻15.贴片电容16.电解电容17.电感18.液晶及背光19.液晶及背光20.插针插座和排阵排座21.PCB板22.IC22.1、存储器一、变压器1、设计(shj)原理：变压器利用电磁感应原理(yunl)，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，在电能表中主要是将交流(jioli)高电压，小电流转换为低电压，大电流，并通过整流器件将交流电压整流为直流电压

2、从而为各器件提供正常的工作电源，同时起到隔离作用。2、主要作用：变压、稳压、整流、隔离等。3、设计技术要点：V1/V2=N1/N2=I2/I1 V1I1=V2I24、主要参数特性：1）、空载电流；2）、空载电压；3）、负载电压；4）、耐压能力；5）、绝缘特性；5.设计注意事项：1）、功率的选择：因变压器具有自身损耗，所以在设计时应考虑变压器功率留有足够的余量，根据负载情况确定负载电压、负载电流，同时考虑变压器的效率而定制变压器的功率要留有余量，这样才能够保证变压器长期正常工作；2）、空载电流的选择：空载电流越大，使用时意味着电表整机的功耗越大，因此在定制技术要求时要注意这一参数，当然不能一味的

3、要求小的空载电流，而是根据负载状况、变压器的体积大小以及成本等实际需求的考虑而要求具体的参数；3）、空载电压、负载电压：在设计时要考虑整流器件、稳压器件的参数情况，若空载电压、负载电压过高，则要求整流器件、稳压器件的耐压要高，因此要根据实际需求选择合适的参数。4）、温升的考虑：电能表需要长期工作，因此意味着变压器要长期带载工作，因此变压器不能够长期超载工作，否则热功率越来越大，最后直至损坏。5）、生产及售后的考虑：由于变压器的质量相对较大，所以在布板时要考虑其重心对整板形变可能造成的影响要充分考虑；由于变压器是一个线圈型功率器件，所以在布板和布线时要考虑其自身的电磁特性，以及对其他元器件的影响

4、；6：应用电路分析如图是我公司201变压器的应用电路图，RV1是对变压器过压保护电路响应时间较慢，RT1是对输入端的过热限流保护，有时会在在输出端接一个稳压二极管，起到电源稳定输出。二、电流互感器1.设计原理：将输入的大电流转换为输出的小电流以供电路使用。具体为：电流互感器的铁心由硅钢片叠制而成，其一次线圈与主电路串联，且通过被测电流I1，它在铁心内产生变磁通，使二次线圈感应出相应的二次电流I2（其额定电流为5A）。2.设计(shj)技术(jsh)要点(yodin)：变流比K=I1/I2=n2/n1.3.主要类别：电压互感器；电流互感器。4.命名规则例如10（50）A /1 0mA在额定电流下

5、二次端的输出电流最大允许电流额定电流5.主要作用：电流互感器是一种电流变换装置，有电流变换和隔离两重作用，它将高压回路或低压回路的大电流转变为低压小电流（一般为5A），供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。6.主要参数特性：1）、额定电压；2）、额定电流；3）、额定容量；4）、变流比；5）、耐压值；7.设计注意事项：1）、额定电流（一次侧）应为线路正常运行时负载电流的1.01.3倍。 2）、额定电压。应为0.5kV或0.66kV。 3）、注意精度等级。若用于测量，应选用精度等级0.5或0.2级；若负载电流变化较大，或正常运行时负载电流低于电流互感器一次侧额定电流30%，应选用0.5

6、级。 4）、根据需要确定变比与匝数。 5）、额定容量的选择。电流互感器二次额定容量要大于实际二次负载，实际二次负载应为25100%二次额定容量。容量决定二次侧负载阻抗，负载阻抗又影响测量或控制精度。负载阻抗主要受测量仪表和继电器线圈电阻、电抗及接线接触电阻、二次连接导线电阻的影响。6）、生产工艺要求：A、二次绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，一次侧高电压传入危及人身安全。 B、副边绝不允许开路。因为一旦开路，原边电流均成为励磁电流，使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全。因此，电流互感器副边回路中不许接熔断器，也不允许在运行时未经旁路就拆下电流表、继电器等设备。8、应用电路分

7、析：三、磁保持(boch)继电器1、设计(shj)原理：继电器是当输入量(如电压、电流、温度等)达到(d do)规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。磁保持继电器利用永久磁铁或具有很高的剩磁特性的铁芯，使电磁继电器的衔铁在其线圈断电后仍能够保持在线圈通电时的位置上的一种继电器。2、主要特点：磁保持继电器优点在于具有保持功能，在发生倒电等情况时，供电恢复后可马上恢复播出，而不需等控制系统重新启动后再开始工作。3、主要参数特性：1）、介质（錳铜、紫铜）材质 2）、吸合电压 3）、释放电压4）、线圈阻值 5）、吸合时间 6）、释放时间7）、耐压测试 8）、绝缘测试 9）、寿命测试4、设计注意

8、事项：1）、触点容量的选择：一般至少选择1.3Imax的触点容量。2）、触点接触电阻：多次动作后触点接触电阻阻值不发生改变或改变量较小。3）、驱动脉宽：至少3倍的动作时间。保证驱动力矩，驱动脉宽过大，则会造成驱动功耗增大，过小，无法保证正常的驱动力矩。4）、装配要求：不应使继电器的动、静触点受到外界应力的影响。5）、锰铜电阻的热稳定性好坏是影响过载情况下误差变化的重要因素(建议选用小于10PPM的锰铜电阻)。6）、避免两个线圈同时通电（如果同时通电，则继电器处于置位状态）。 7）、采用脉冲驱动时，脉冲宽度应大于30毫秒。 8）、reset电压不得超过额定电压的150%，否则有可能重新置位。5、

9、典型电路分析：1）、右有图为磁保持继电器的驱动电路，对电路分析如下：磁保持继电器由P1.0、 P1.1发出控制信号，P1.1为高电平时线圈中有正向电流，P1.0为高电平时线圈中有反向电流。驱动电路中当P1.1=1、P1.0=0时三极管VT4、VT7、VT8导通，而VT1、VT5、VT6截止。流经L的电流方向为+12VVT4的E极VT4的C极线圈的B端线圈的A端VT7的C极VT7的E极地，继电器触点接通； 当P1.1=0、P1.0=1时三极管VT4、VT7、VT8截止，而VT1、VT5、VT6导通。流经L的电流方向为+12VVT1的E极VT1的C极线圈的A端线圈的B端VT6的C极VT6的E极地，

10、继电器触点断开。当P1.1=P1.0=0时，所有三极管均截止，线圈无电流。当P1.1=P1.0=1是不允许的情况，因为这时所有的三极管均导通，功耗很大。 6、应用电路分析：1）、右图为我公司继电器的驱动电路，当JAA=1,JBB=0时，电流导通T3经R129再导通T2，JB有信号输出。JAA=0,JBB=1时，电流导通T6经R127再导通T5，JA有信号输出。JA、JB控制继电器吸合、断开。同样JAA=JBB=0时，四个三极管都不通。2）、有图为磁保持继电器的控制电路：当JAA输入(shr)高电平时，继电器线圈有电流通过，产生磁场，是继电器闭合：反之，继电器处于常开状态。四、二极管1、工作(g

11、ngzu)原理：晶体(jngt)二极管由一个p型半导体和n型半导体形成的pn结，在其界面处两侧形成空间电荷层，形成自建电场。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑制作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。反之形成反向饱和电流，当反向电压达到一定高度时，造成反向击穿。2、主要类别：锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。3、主要作用：1）、整流：利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电；2）、开关：二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，

12、可以组成各种逻辑电路。3）、限幅：二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。4）、稳压：稳压二极管实质上是一个面结型硅二极管，稳压二极管工作在反向击穿状态。4、主要参数特性：1）、最大整流电流IF;2）、最高反向工作电压 Udrm;3)、反向电流 Idrm；4)、动态电阻Rd ；5)、最高工作频率 Fm；6）、响应时间：如图是正向电流与恢复时间的曲线图。5、设计注意要点：1）、选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数；开关稳压电源的整流电路及

13、脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管。2）、选用稳压二极管时，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。3）、选用开关二极管时，主要考虑恢复时间。6、应用电路分析：1）、右图中1N4007的作用是抬升电压，利用的是二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。4007为硅管，所以抬升电压值为0.7V，是7805输出5V抬至5.7V。4148的作用相反，是利用其正向压降将4V限幅在3.3V。2）、如右图中D1（7.5

14、V/0.5W）的作用是降NET1点的电压稳定(wndng)在7.5V保持不变，起到稳压作用。3）、我公司经常(jngchng)在变压器输出端接一个二极管，起作用时整流。五、三极管1、工作(gngzu)原理：三极管是一种电流放大器件，有NPN和PNP两种结构形式（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。对于NPN管发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。其导电特性就是结间载流子和空穴的相对变化来完成。2、主要类别：NPN和PNP两

15、种。3、主要作用：三极管的主要作用是电流放大，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（=IC/IB,表示变化量），三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。4、主要参数特性：1）、特征频率fT：当f= fT时，三极管完全失去电流放

16、大功能。如果工作频率大于fT，电路将不正常工作。2）、工作电压/电流：用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。 3)、电流放大倍数：4）、集电极发射极反向击穿电压：表示临界饱和时的饱和电压。5）、最大允许耗散功率。 5、特性曲线：右图为共射级输出特性曲线：1）截止区：此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流。2）饱和区：在此区域内，UCE较小时，IB失去了对Ic的控制能力。饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。三极管集电极与发射极间的电压UCES很小，通常中小功率硅管UCES0.5V；三极管基极与发射极之间的电压用UCES

17、表示，硅管的UCES在08V左右。OA线称为临界饱和线（绿色区域右边缘线），在此曲线上的每一点应有|UCE| = |UBE|。它是各特性曲线急剧拐弯点的连线。在临界饱和状态下的三极管，其集电极电流称为临界集电极电流，以Ics表示；其基极电流称为临界基极电流，以IBS表示。这时Ics与IBS 的关系仍然成立。3）放大(fngd)区：此区域内，三极管具有电流放大作用。此外集电极电压(diny)对集电极电流的控制作用也很弱，当UCE1 V后，即使(jsh)再增加UCE，Ic 几乎不再增加，此时，若IB 不变，则三极管可以看成是一个恒流源。在放大区，三极管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置状态。

18、1、应用电路分析：1)、右图为我公司的背光驱动电路，其中9013的作用是给背光一个较大的驱动电流。2）、右图为我公司所用的掉电检测电路，当12V电压工作正常时，基级电压为4.5V，集电极发射极饱和导通LVJC输出高电平信号，当12V电压变小至8.2V以下时，因基极发射极截止，LVJC输出低电平信号。六、稳压二极管1、工作原理：稳压二极管又叫齐纳二极管，主要工作于逆向偏压区，在二极管工作于逆向偏压区时，当电压未达崩溃电压以前，二极管上并不会有电流产生，但当逆向电压达到崩溃电压时，每一微小电压的增加就会产生相当大的电流，此时二极管两端的电压就会保持于一个变化量相当微小的电压值(几乎等于崩溃电压)、

19、2、主要特性：稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的， 因此、稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压、不同类型稳压管的稳定电压也不一样，某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。3、主要参数特性：；1）、稳定电压Vz；2）、耗散功率PM；3）、最大耗散功率PZM；4）、稳定电流IZ；5）、动态电阻rZ；6）、稳定电压温度系数。4、主要作用：1）、浪涌保护电路2）、电弧抑制电路3）、串联型稳压电路5、主要设计要点：1）稳压二极管常用在整流滤波电路之后，用于稳定直流输出电压的小功率(gngl)电源设备中。2）稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护(boh)

20、电路中作为保护二极管。3）选用稳压二极管，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载(fzi)电流50%左右。4）稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。5）在实际应用中，如果选择不到稳压值符合需要的稳压管，可以选用稳压值较低的稳压管，然后串联一办或几只硅二极管“枕垫”，把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0607伏的特点 来进行稳压的。因此，二极管在电路中必须正向连接，这是与稳压管

21、不同的。6）稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示：r=电压变化量U/电流变化量I。6、应用电路分析：1）、如图5-19所述可以看出，稳压管起着电流的自动调节作 用，而限流电阻起着电压调整作用。稳压管的动态电阻越小，限流电阻越大，输出电压的稳定性越好。2）、如右图，4148的作用是抬升电压，图中7805若直接接地，则2-3叫之间电压为5V，加了4148后因其电特性2脚对地电压变为5.7V。七、稳压管（三端）1、工作原理：三端稳压管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性

22、。我公司主要用TO- 220标准封装元件。2、主要类别：固定输出三端稳压管；可调输出三端稳压管。均采用串联型稳压电路。3、主要特点：三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。稳压管可用作稳压器、电压基准、过压保护、电平转换器等。4、主要参数特性：1）、稳定电压Uz2）、稳定电流Iz3）、动态电阻rz4）、额定( dng)功耗(n ho)Pz5）、电压温度(wnd)系数5、设计注意事项：1）、在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏

23、；应注意，散热片总是和接地脚相连。在78*系列中，散热片和2脚连接，而在79*系列中，散热片却和1脚连接。在输出电流上要留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。；2）、当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致；3）、选择稳压管时应注意：流过稳压管的电流Iz不能过大，应使IzIzmax，否则会超过稳压管的允许功耗，Iz也不能太小，应使IzIzmin，否则不能稳定输出电压，这样使输入电压和负载电流的变化范围都受

24、到一定限制。4）、取稳压管上的电压，经一限流电阻（25K）接NPN型中功率三极管的基极，三极管的集电极接正电源，由三极管的射极输出（输出电压比稳压管上的电压低一个结压降），三极管可加散热片。采用变压器降压，再整流。6、应用电路分析：1）、如图是我公司的7805电路应用电路图，图中C是输入输出的滤波电路，D在图中的作用是利用其稳压作用抬升7805输出端电压5V至5.7V。2）、如左图电容C是输入输出的滤波电路，D的作用是防止输入端短路造成对前级冲击的保护电路。图中78L05为输入12V左右，输出5V，0.1A。八、TVS管1、工作原理：TVS（Transient Voltage Suppress

25、or）瞬变电压抑制二极管：为典型的PN结雪崩器件。是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1*0-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。2、主要作用：因其特点被主要用于过压保护，续流保护。3、主要类别及特性曲线：1)、抑制反向的用单向TVS； 2、有交流的用双向TVS。 4、主要参数特性(txng)：1)、击穿电压（VBR）：TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩(xubng)击穿状态。2)、测试电流(dinli)（IT）：TVS的击穿电

26、压VBR在此电流下测量而得。一般情况下IT取MA。 3)、反向变位电压（VRWM）：TVS的最大额定直流工作电压,当TVS两端电压继续上升，TVS将处于高阻状态。此参数也可被认为是所保护电路的工作电压。4)、最大反向漏电流（IR）：在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。5)、最大峰值脉冲电流（IPP）：TVS允许流过的最大浪涌电流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。6)、最大箝位电压（VC）：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过大电流，峰值为IPP，端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了，从而实现了保护作用。浪涌过后，随时间IPP以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由VC开

27、始下降,恢复原来状态。最大箝位电压VC与击穿电压VBR之比称箝位因子Cf，表示为Cf= VC /VBR，一般箝位因子仅为1.21.4。7)、峰值脉冲功率(PP)：PP按峰值脉冲功率的不同TVS分为四种，有500、600、1500和5000；8)、箝位时间TCTC是从零到最小击穿电压VBR的时间。对单极性TVS小于110-12秒；对双极性TVS小于是110-11 秒。4、主要特点：1）、TVS管由于它具有响应时间快、瞬态功率大、电容低、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小、易于安装等优点；2）、将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲，如静电

28、放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵；静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。3）、利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起(ynq)的干扰（Crosstalk）；4）、将TVS二极管放置(fngzh)在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。5、设计(shj)注意要点：1）、确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。2）、TVS额定反向关断VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的V

29、WM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压，并行连接分电流。3）、TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。 4）、在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。5）、对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。 6）、根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。7）、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在55+150之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反

30、向漏电流ID是随增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降，从+25到+175，大约线性下降50%雨击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。8）、为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8 kV(接触)和15 kV(空气)的ESD冲击，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用，设计者可以按需要挑选器件。6、应用电路分析：如图是我公司485通讯电路中的TVS管应用电路，九、晶振1、工作(gngzu)原理：晶振是晶体振荡器的简称。它用一种能把电能和机械能相互转

31、化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。振还可以由外加(wiji)电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。2、主要(zhyo)作用：给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。晶振在数字电路的基本作是提供一个时序控制的标准时刻。3、主要参数特性：1）、中心频率； 2）、负载电容； 3）、可调范围；4）、稳定度； 5）、谐振电阻； 6）、振荡方式4、设计注意要点：1）、如果需要使设备即开即用，您就必须选用VCXO或温补晶振；如果要求稳定度在0.5ppm以上，则需选择数字温补晶振（MCXO）；2）、模拟温补晶振适用于稳定度要求在5ppm0.5ppm之间的需求；VCXO只适合于稳定度要求在5ppm以下的产品；3）、在不需要即开即用的环境下，如果需要信号稳定度超过0.1ppm的，可选用OCXO；4）、在布板时晶振应尽可能的靠近