硬件系列（1）-电阻、电容、电感三大件
下面是目录
- 电阻
-
- 电阻参数
-
- (1)**SIZE 尺寸**
- (2)**TOLERANCE 误差**
- (3)PACKAGING TYPE 外包装
- (4)TEMPERATURE COEFFICIENT OF RESISTANCE 温度
- (5)**TAPING REEL & POWER 功率**
- (6)**RESISTANCE VALUE 电阻值**
-
- 三位的
- 四位的
- 查表的
- (7) DEFAULT CODE 缺省编码
- 电阻的分类
-
- 碳膜电阻
- 金属玻璃铀电阻
- 电阻选型
-
- 考虑的参数
- 实例
-
- 看发光二极管手册对电阻选型
- 电阻选型案例
-
- USB接口
- 电容
-
- 芯片手册
- 电容器件的分类
-
- 陶瓷电容
- 一类为温度补偿型NPO介质
- 二类介电常数型X7R介质
- 二类为半导体型X5R介质
- 钽电容
- 铝电解电容
-
- 频率特性差
- 漏电流
- ESL大、ESR大
- 电容的选型与应用
- 电感
-
- 硬件电路设计中电感的作用
- 电感器件分类
- 电感参数
- 电感按使用场景分类
- 手册解读
-
- 电源用功率电感选型手册
- 高频电感
- tips
电阻
常用电阻的厂商：
电阻参数
(1)SIZE 尺寸
0075/0100/0201/0402/0603/0805/1206/1210/1218/2010/2512
1英寸 = 25.4毫米
估计方法：
0201 -> L: 0.02英寸 W: 0.01英寸
即 L: 0.02 * 25.4 = 0.5mm W: 0.01 * 25.4 = 0.25mm
记住常用的三个：
(2)TOLERANCE 误差
(3)PACKAGING TYPE 外包装
(4)TEMPERATURE COEFFICIENT OF RESISTANCE 温度
/- Based on spec
(5)TAPING REEL & POWER 功率
考虑额定功率和温度之间的关系，如果温度过高的话，一般超过70度需要考虑。大概电阻手册中会有如下的图示，需要考虑时找一下看看就行：
(6)RESISTANCE VALUE 电阻值
三位的
前面两位是值，最后一个是10的指数。
四位的
前面三位是值，最后一位是10的指数
查表的
还有这样一种，需要查表才能知道是多少的
(7) DEFAULT CODE 缺省编码
电阻的分类
碳膜电阻
性能最差，精度低，但最便宜，可以做高阻值。
负温度系数电阻，即温度升高时其电阻朝减小的方向变化。
金属玻璃铀电阻
成本低，耐潮湿，高温，温度系数小，精度高，稳定性和高频性能好。
厚膜电阻一般精度较差，10%，5%，1%。厚膜电阻温度系数上很难控制，一样较大。
薄膜电阻精度较高，0.01%，万分之一精度，0.1%，千分之一精度等。薄膜电阻可以做到非常低的温度系数。
金属膜。
一句话：用薄膜电阻
一些所谓的高精度电阻在用于电路后结果却达不到人们可能期望的精度。要生产具有高精度及高稳定性的电阻，重要的是能够控制温度及环境条件对电阻器件的影响。
电阻选型
考虑的参数
- 阻值
- 精度
- 额定功率 封装
- 额定电压
- 最高工作电压
- 温度系数
- 老化系数：电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数
- 噪声：包括热噪声和电流噪声两部分
计算阻值，功耗，要留有一定余量，打七折，或者打五折去用。
根据阻值和功耗选择合适的系列和封装。
根据算出的阻值，选择最接近的标称值电阻，根据功耗需求，选择合适的封装。
公司中做BOM可以能合并尽量合并电阻电容。
实例
计算R15电阻阻值：
R=(VCC-VF)/IF
看发光二极管手册对电阻选型
正向额定电流30mA，最大不要超过这个电流，尽量不要达到这个电流。
右图找个合适亮度，根据电流值，在左图找到对应的电压，如：右图选2mA电流，在左图查看，此时二极管1.8V电压。
R=(VCC-VF)/IF
=(3.3V-1.8V)/2mA
=750 Ω \Omega Ω
这是算出大概值，可以就近找个比较常见的阻值使用。
然后需要针对电阻，计算功率，不要超过电阻的额定功率：
P= U 2 / R U^2/R U2/R
= 1. 5 2 / 750 1.5^2/750 1.52/750
=0.003 <<0.0625
功率远小于，这就是可以用
电阻选型案例
USB接口
USB2.0对外提供500mA，规定，并保护电路
USB限流开关IC是电源管理类芯片中保护电路的重要组成部分。
它可以保护和防止芯片内部功率器件免受大电流的冲击，加强电路带负载的能力。
考虑外置光驱等，限流可以放大到1A。
这俩公式，是TPS25221DBVR芯片手册中给的。
I O S m i n ( m A ) = 56850 V R I L I M 1.033 K Ω I_{OSmin}(mA)=\frac{56850V}{R_{ILIM}^{1.033}K\Omega} IOSmin(mA)=RILIM1.033KΩ56850V
I O S m a x ( m A ) = 52640 V R I L I M 0.97 K Ω I_{OSmax}(mA)=\frac{52640V}{R_{ILIM}^{0.97}K\Omega} IOSmax(mA)=RILIM0.97KΩ52640V -----------（1）
我们这里只要求最大电流超过1A，那么只需要找一个电阻在精度范围内，最大电流都大于1A的即可。
I O S m a x ( m A ) = 52640 V R I L I M 0.97 K Ω = 52640 V R I L I M 0.97 ∗ 1000 Ω I_{OSmax}(mA)=\frac{52640V}{R_{ILIM}^{0.97}K\Omega}=\frac{52640V}{R_{ILIM}^{0.97}*1000\Omega} IOSmax(mA)=RILIM0.97KΩ52640V=RILIM0.97∗1000Ω52640V变形为
R I L I M ( K Ω ) = ( 52640 ( V ) I O S m a x ( m A ) ) 1 0.97 R_{ILIM}(K\Omega)=(\frac{52640(V)}{I_{OSmax}(mA)})^\frac{1}{0.97} RILIM(KΩ)=(IOSmax(mA)52640(V))0.971 -----------（2）
上面那个式子（1）可以不用管单位mA和 K Ω K\Omega KΩ，但变形后实际上那个 K Ω K\Omega KΩ的1000要乘到下面，mA也得匹配才行，也就有了后面化简完的样子。
很纳闷，分不明白了，就按两边算出来值能匹配的算吧，不用管单位怎么匹配上的，输入对应单位应该的值即可。就是把单位只当单位看，不用管对应数值 1 K Ω = 1000 Ω 1K\Omega = 1000 \Omega 1KΩ=1000Ω这种。
带入需要的最大电流，计算对应的电阻值：
R I L I M ( K Ω ) = ( 52640 ( V ) I O S m a x ( m A ) ) 1 0.97 = ( 52640 ( V ) 1000 ( m A ) ) 1 0.97 = 59.50486225 ( K Ω ) R_{ILIM}(K\Omega)=(\frac{52640(V)}{I_{OSmax}(mA)})^\frac{1}{0.97}=(\frac{52640(V)}{1000(mA)})^\frac{1}{0.97}=59.50486225(K\Omega) RILIM(KΩ)=(IOSmax(mA)52640(V))0.971=(1000(mA)52640(V))0.971=59.50486225(KΩ)
电阻标准：E-24标准，E96（196）标准
下面就应该找一个59 K Ω K\Omega KΩ相近的阻值进行匹配，根据公式可知，电阻增加，最大电流减小，再就是为了保留一定余量，不让1A是正好最大电流，照之前所说，打七折或者八折。
那么应该最大电流为 1 0.7 = 1.428571429 A \frac{1}{0.7} = 1.428571429A 0.71=1.428571429A
带入得：
R I L I M ( K Ω ) = ( 52640 ( V ) I O S m a x ( m A ) ) 1 0.97 = ( 52640 ( V ) 1428 ( m A ) ) 1 0.97 = 41.21343740 ( K Ω ) R_{ILIM}(K\Omega)=(\frac{52640(V)}{I_{OSmax}(mA)})^\frac{1}{0.97}=(\frac{52640(V)}{1428(mA)})^\frac{1}{0.97}=41.21343740(K\Omega) RILIM(KΩ)=(IOSmax(mA)52640(V))0.971=(1428(mA)52640(V))0.971=41.21343740(KΩ)
则找个41K左右的电阻比较合适，或者电阻精度偏移的下限不低于41K。
则电阻值取值范围[41K,59K]，尽量接近41K
按照E-24标准，最合适的是43K，5%精度，也就是[40.85,45.15],对比[41K,59K]，也比较合适。
保险起见，还应该带回去看一下最大电流：
I O S m a x ( m A ) = 52640 ( V ) R I L I M 0.97 ( K Ω ) = 52640 ( V ) 40.8 5 0.97 ( K Ω ) = 1440 m A I_{OSmax}(mA)=\frac{52640(V)}{R_{ILIM}^{0.97}(K\Omega)}=\frac{52640(V)}{40.85^{0.97}(K\Omega)}=1440mA IOSmax(mA)=RILIM0.97(KΩ)52640(V)=40.850.97(KΩ)52640(V)=1440mA
I O S m a x ( m A ) = 52640 ( V ) R I L I M 0.97 ( K Ω ) = 52640 ( V ) 40.8 5 0.97 ( K Ω ) = 1307 m A I_{OSmax}(mA)=\frac{52640(V)}{R_{ILIM}^{0.97}(K\Omega)}=\frac{52640(V)}{40.85^{0.97}(K\Omega)}=1307mA IOSmax(mA)=RILIM0.97(KΩ)52640(V)=40.850.97(KΩ)52640(V)=1307mA
如此算出的最大电流范围就是[1307mA,1440mA]满足设计需求。
这个是E96（196）标准，这个的选型就不算了。
电容
电容随着温度而变化，考虑使用环境的极限温度。
电容本质是存储电荷与释放电荷。
通交流，阻直流
电容不一定非得两个脚
电容的等效电路：
不是理想电容。
芯片手册
以多层陶瓷电容为例
(1)SIZE
0201
0402
0603
0805
1206
1210
1812
(2)Tolerance 精度
(3)Packing Style 包装
(4)Rated Voltage 耐压 有条件打半折，没条件打八折
5 = 6.3V
6 = 10V
7 = 16V
8 = 25V
9 = 50V
(5)Capacitance value 电容值
ESC
阻抗最低的时候滤波效果最好，更容易从这个滤波中走。
也就是图上那一块区间
可以多并联几个电容，让它们在多个值附近滤波：
电容器件的分类
陶瓷电容
优点：耐高压、绝缘性好、性能稳定
缺点：容量小
X7R X5R两种规格
电容型号有边界，0603差不多也就做到22uF。
一类为温度补偿型NPO介质
NPO又名COG，电气性能最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变，属超稳定型、低损耗电容材料类型，适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。
二类介电常数型X7R介质
X7R是一种强电介质，因而能制造出容量比NPO介质更大的电容器。这种电容器性能较稳定，随温度、电压时间的改变，其特有的性能变化并不显著，属稳定电容材料类型，使用在隔直流、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。
二类为半导体型X5R介质
X5R具有较高的介电常数，常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。但其容量稳定性较X7R，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感，主要用于电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。
X7R：X是-55°，7是125°，R是岁温度变化容差为15%
不同型号随温度的容值变化速度、曲线不同，要看使用需求选择相应的电容。
钽电容
钽电容是一种电解电容，是有极性的。
钽电容：用金属钽经过阳极氧化的氧化物作为介质的一种电解电容
分类：
-
液钽电容和固钽电容；
-
直插式钽电容和贴片钽电容；
特点：
- 温度性能好；ESL小，几乎为零；体积小
- ESR比同额定电压的铝电解电容小；
- 价格高
- 耐电压能力差，高温降额使用；耐电流能力差；
- 应用于电流滤波、低频旁路和信号耦合
等效电感值ESL (Equivalent Series Inductance )即等效电感参数。它和等效电阻(ESR)是电容的两个参数。
抗热插拔能力差，尽量不用它做电流变化大的。
钽电容耐压基本要减半使用，随温度变化还有衰减：
钽电容接反了就寄
聚合物钽电容：
耐压能力强
特点：
-
容值大
-
ESR更小
-
更耐压，降额幅度小
铝电解电容
电解电容是一种金属通过阳极氧化形成良好绝缘的致密氧化膜作为介质的电容。金属有铝、钽、铌、钛。因此，电解电容分为铝电解电容、钽电解电容等。
铝电解电容的特点：
- 容量大、体积大
- 频率特性差，在高频率下等效容量很小
- 漏电流比较大
- ESL大、ESR大
- 在极高温和极低温下，性能极不稳定
- 应用于电流滤波、低频旁路和信号耦合
有缺角的是阴极
频率特性差
漏电流
漏电流：对电容施加额定电流工作电压会观察到充电电流的变化开始变大，随着时间而下降，到某一终值时达到稳定状态这一终值称之为电容漏电流。
LC：Leakage Current 漏电流
DCL：DC Leakage Current 直流漏电流
电解电容给的漏电流：
钽电容的漏电流：
漏电流相对大得多
ESL大、ESR大
夹角越小越好，y轴是理想电容
这个也是相对大，相对大的程度还行
铝电解电容的 t a n δ tan\delta tanδ：
陶瓷电容的 t a n δ tan\delta tanδ：
电脑主板RTC电路：
这里的滤波电容不能放多了，放多了对电池消耗很大，电池放电就会很快。放好，就可以了，不需要很多。
电容的选型与应用
- 电容和误差：钽电容在相同体积下
- 额定工作电压：降额设计，钽电容：50%，其他电容70%~80%
- 绝缘电阻:表示漏电大小
- 正切角消耗：ESR越大，正切损耗角越大，铝电解电容越大，越不是理想电容，正切角消耗越大
- 温度系数：铝电解电容极高极低温不稳定，低温下不稳定原因是ESR，高温下寿命会急剧下降
- 频率特性：铝电解电容的高频特性也很差
- 等效串联电阻（ESR
当需要滤波的频率范围比较大的时候，可以选择多个电容并联的方式，让这些电容的频率阻值最低点不一样，这样并联出来的就是最下面的黑色实线，即起到一个“展频”的作用。
大电容滤低频噪声，小电容滤高频噪声。
f = 1 2 π C ∗ E S L f=\frac{1}{2\pi\sqrt{C*ESL}} f=2πC∗ESL1
f是协整频率，C越大，滤的频率就越小；C越小，滤的频率就越大。
滤波要就近滤波，滤波电容要紧靠功率电感，滤波电容和功率电感又要紧靠输出端
电感
电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。有自感和互感。
通常情况下，两个电感相距要远一些，要不会产生互感。
硬件电路设计中电感的作用
-
通直流、阻交流
-
阻碍电流的变化，保持器件工作电流的稳定
-
滤波
理想电感阻抗公式：
Z = 2 π f ∗ L Z = 2\pi f * L Z=2πf∗L
频率越高，阻抗越高。
理想电容阻抗公式：
Z = 1 2 π f C Z = \frac{1}{2\pi fC} Z=2πfC1
频率越高，阻抗越低。
这个对应第二个作用：阻碍电流的变化，保持器件工作电流的稳定。有高频电流变化时，电感会阻止电流波动，从而保持电流稳定。
低通滤波器：
高通滤波器：
电感阻高频，通低频，电容通高频，阻低频。
电感器件分类
还有贴片的：
信号用电感，或者小电源电感。
缺点：能通过的电流比较小。
电感参数
-
标称电感量 电感用L表示，基本单位是H(亨利)
电感量反应了电感存储磁场能的本领。它的大小与电感线圈的匝数、几何尺寸、有无磁心（铁心）、磁心的导磁率有关。
用于高频电路的电感量相对较小，用于低频电路的电感量相对较大
-
额定工作电流（IDC）
电感器长期工作不损坏所允许通过的最大电流。
min[饱和电流，温升电流]认为是额定电流，再打八折七折使用。
对相同电感量的电感器，绕制线圈的线经越粗，电感器的额定电流就越大。
带有磁芯的电感器工作电流过大时，将引起电感量降低，线圈烧毁。
-
直流内阻（DCR）
电感器线圈绕组的直流内阻在 1 0 − 3 − 1 0 2 Ω 10^{-3} - 10^2\Omega 10−3−102Ω的数量级.
-
同一系列电感器的电感量大，则线圈匝数越多，内阻相应也就越大
-
对相同匝数的电感而言，绕制线圈所用的导线直径越大，则内阻越小；
-
相同电感量的电感，其内阻越小越好
-
线圈导线的含铜量越高，则电感的内阻越小
铝制电感、“铜包铁”电感在降低生产成本的同时，电感内阻大幅增加，这种不适合放在电源。
电感量较大的电感内阻可用万用表地阻挡测试；太小的电感额你组只能通过专门的毫欧表或数字电桥进行精准测量。
-
-
品质因数（Q）
品质因数定义为电感存储能量与消耗能量的比值，即线圈的感抗与线圈直流内阻之比：
Q = ω L R = 2 π f L R Q = \frac{\omega L}{R}= \frac{2\pi fL}{R} Q=RωL=R2πfL
品质因数是反应电感器效率与性能质量的重要指标。
Q值越大，则电感器的功率损耗越小。
一般忽略电容，高频需要注意谐振频率。
-
误差范围
除了用于振荡电路的电感器误差需要控制在0.5%以内外，一般电感器的误差在10%~20%都能够接受。
-
分布电容
电感器的实际等效模型：
谐振频率：
f 0 = 1 2 π L C f_{0} = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} f0=2πLC1
技巧：为避免自激，应确保电感器的工作频率远小于其固有频率。
电感按使用场景分类
- 高频用电感器 纳亨级的
- 普通电路用/去耦电路用电感器
- 电源电路用电感器
电感随着频率增加， 达到谐振频率后迅速减小。
在谐振频率前，表现为电感性，在谐振频率后，表现为电容性。
额定电流：饱和电流(lsat)和温升电流(itemp)中较小的值
lsat:基于电感器变化率（比初始值L值降低30%）
itemp：基于温度上升（自我发热使温度上升40°C）
手册解读
电源用功率电感选型手册
0. 抄图
0. 计算电感值
0. 经验积累，知道参数大概知道用啥
主要关注：
- 感值
- 直流电阻
- 温升电流
- 额定电流
高频电感
主要关注：
- 感值
- 直流电阻
- 温升电流
- 额定电流
- 自谐振频率
tips
测试有差异，要注意测试参数
芯片需要电压，往上偏一点点，3%啥的，考虑一些压降，到芯片就差不多正好是它的标称值。
交流电阻也会发热，注意别超过谐振频率就行。
手册上注意那个是温升，不是实际温度，是差值 Δ T \Delta T ΔT
纹波电流的变化不会严重影响电感量，纹波电流大概是20%~40%
磁滞回线？磁滞损耗，涡流损耗
铜损：
-
直流损耗
-
交流损耗
磁损：
-
磁滞损耗
-
涡流损耗
电解电容的ESR比较大，发热大。陶瓷电容的ESR小，发热小。
这样一个电路发热严重的原因有：
- 选型不当，没有考虑温升电流，只看了饱和电流选型
- 输出电容的ESR偏大，会导致输出PWM方波的波形不对，进而也会影响使电感发烫，输出振荡。