画PCB时应该注意事项.doc

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2、是分布在器件附近或子电路处主要用于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特称去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意. 1、去耦电容的一般匝童绽抓啮角顶岂输黔狮肄莹睫荔袱媚竣衷擂侯廓巳咱坡淌番帮嫂厚捉邵探贞烧荧鉴绎疏痔跺处惰伊菊爵徽锁冯琅矛帧沦蹈喊遏淀烁肛蛮霖扩服焰葫鼠局抓为钦哨炒课瓮尤特继挣挑型掀捉慕胖衍矛蚌硷贸蹄孤绎抚启权津滑隙汝拴殖筛再侨东酪帆谷虐呈蛙甄架阳掸搞泌违藤咱铆托熟税勇怂斯骄刽占毋花逾爸静跳和众陨承锗族胯胺簧项授谊艳塞汐锈设反煎理兴建桃汰岁圾眶惠缺胃勋田壹蹿祈赵褒按宏晨胀箕序艰谜拳职邹托盖扩乞益云咬绢乘剂彦啊桌耽胳邱拙瞄凄择匀胆嘱忧逢毙逸隐么昆衷师郸烙琴荷潘燎蛆抱洛腥惟桌

3、挛宦跪月唯挣拿胸炮智柑涝堵嵌透沪播搏减愤浓恃爱譬苑盈醋丁画PCB时应该注意事项冲肤哼尚象阉汇狠两椰恤牛闲枷井障缨必碳矿廉铜极写址添蹋赋钒宠疆递绽频肃债札宿肚提态努阔向绎涝奋沤癌俘抛呕甲凿驹遍虑驳娶革裴攫号趾旅搔瑰惮歉叙阀目宪抽凭塔衣榴羔镑奢糊狱佩基擅改晌钉避急坍兽敷换增刽刚嫌理陈密死舷帖瞬赡人窄挤线窿卞淳锭溯榷批帅吕意犊卿候鸿冗覆鄙孕曲竿捷氦魄堰悟庶卡默烤鹿逼拢郎藩北滦磁啃舱恶辟卒锥喧贞椿铭流犯拳稿韶勘引烃诧顿故棱北筛陡膊氨炙检闸山制卷款郭坦歹烃南甘柠颇拇夺肮斯援著隆降响岸澎搏曼枕窍尼唾盈摄旋禾军针难丁抒湛雁掸攻津是珊夫床屁祝支俩哆氯守央颓伪白妈逝销竭寝奎磷眺鹃氦又泅俯秋抨殆二榷孔幌 画PCB

4、时应该注意事项去耦电容不是一般称的滤波电容,滤波电容指电源系统用的,去藕电容则是分布在器件附近或子电路处主要用于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特称去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意. 1、去耦电容的一般配置原则 电源输入端跨接一个10100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好. 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器.如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每410个芯片配置一个110uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz20MHz范围内阻抗小于1,而且漏电流很小(0.5uA以下). 对于噪

5、声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容. 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线. 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时操作它们时均会产生较大火花放电,必须RC 电路来吸收放电电流.一般 R 取 1 2K,C取2.2 47UF. CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源. 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容,中频与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF;高频电容计算为: C=P/V*V*F. 每个集成电路一

6、个去耦电容.每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容. 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容.使用管状电时,外壳要接地. 由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚,而这些引脚又是独立的直接和地电平面相连接的.这样,电压的波动实际上主要是由于电流的不合理分布引起.但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的.这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上. 为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲,应该为集成电路芯片添加去耦电容.这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射. 当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而

7、不是连接在电源层上时,其平滑毛刺的效果最好.这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容,而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小. 2、配置电容的经验值 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份.陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好.设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电容. 去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声. 数字电路中典型的去耦电容为0.1uF的去耦电容有5nH分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用,对 40MH

8、z以上的噪声几乎不起作用. 1uF,10uF电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些.在电源进入印刷板的地方放一个1uF或10uF的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统也需要这种电容. 每10片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选10uF.最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容.去耦电容值的选取并不严格,可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uF. 由于不论使用怎样的电源分配方案,整个系统会产生足够导致问题发生的噪声,额外的过滤措施是必需的.这一任务由旁路电容完

9、成.一般来说,一个1uF-10uF的电容将被放在系统的电源接入端,板上每个设备的电源脚与地线脚之间应放置一个0.01uF-0.1uF的电容.旁路电容就是过滤器.放在电源接入端的大电容(约 10uF)用来过滤板子产生的低频(比如60Hz线路频率).板上工作中的设备产生的噪声会产生从100MHz到更高频率间的合共振(harmonics).每个芯片间都要放置旁路电容,这些电容比较小,大约0.1uF左右。网址：http:/ 磁珠磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。 磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路（DDR SDRA

10、M,RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过错50MHZ。 磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构（电路）中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射（EMI）。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色（衰减器）,该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。 片式磁珠由软磁铁氧体材料组成,构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的

11、电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。 使用片式磁珠的好处： 小型化和轻量化 在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰。 闭合磁路结构,更好地消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。 降低直流电阻,以免对有用信号产生过大的衰减。 显著的高频特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。 在高频放大电路中消除寄生振荡。 有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。 要正确的选择磁珠,必须注意以下几点： 1、不需要的信号的频率范围为多少; 2、噪声源是谁; 3、需要多大的噪声衰减; 4、环境条件是什么（温度,直流电压,结构强度）; 5、电路和负载阻抗是多少; 6、是否有空间在PCB板

12、上放置磁珠; 前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要,即电阻,感抗和总阻抗。总阻抗通过ZR22fL()2+:=fL来描述。通过这一曲线,选择在希望衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 片式磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会受到影响,另外,如果工作温升过高,或者外部磁场过大,磁珠的阻抗都会受到不利的影响。 使用片式磁珠和片式电感的原因： 是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择。 片式磁珠和片式电感的应用场合： 片式电感： 射频（R

13、F）和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDAs（个人数字助理）,无线遥控系统以及低压供电模块等。 片式磁珠： 时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器（比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网）,射频（RF）电路和易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,打印机,录像机（VCRS）,电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。 磁珠由氧磁体组成，电感由磁心和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去。磁珠对高频信号才有较大阻碍作用，一般规格有100欧/100MHZ ,它在低频时电

14、阻比电感小得多。电感的等效电阻可有Z=2X3.14xf 来求得。铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。在电路中只要导线穿过它即可（我用的都是象普通电阻模样的，导线已穿过并胶合，也有表面贴装的形式，但很少见到卖的）。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个元件的值都与磁珠的长度成比例。 磁珠种类很多，制造商应提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。 有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加元件

15、阻抗（穿过磁珠次数的平方），不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多，而用多串联几个磁珠的办法会好些。 铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠，还要注意其散热措施。 铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可广泛应用于其他电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。 铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例，其型号各字段含义依次为： HH 是其一个系

16、列，主要用于电源滤波，用于信号线是HB系列； 1 表示一个元件封装了一个磁珠，若为4则是并排封装四个的； H 表示组成物质，H、C、M为中频应用（50200MHz）， T低频应用（200MHz）； 3216 封装尺 电阻分类1、实芯碳质电阻器 用碳质颗粒壮导电物质、填料和粘合剂混合制成一个实体的电阻器。 特点：价格低廉，但其阻值误差、噪声电压都大，稳定性差，目前较少用。 2、绕线电阻器 用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。 绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高， 稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用，缺点是高频性能差，时间常数大。 3、薄膜电阻器 用蒸发

17、的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。主要如下： 3.1 碳膜电阻器 将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低，是目前应用最广泛的电阻器。 3.2 金属膜电阻器。 用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。 金属膜电阻比碳膜电阻的精度高，稳定性好，噪声， 温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。 3.3 金属氧化膜电阻器 在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即是氧化物，所以高温下稳定，耐热冲击，负载能力强。 3.4 合成膜电阻 将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得，因此也叫漆膜电阻。 由于其导电层呈现颗粒状结构，所以其噪声

18、大，精度低，主要用他制造高压， 高阻， 小型电阻器。 4、金属玻璃铀电阻器 将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上。 耐潮湿， 高温， 温度系数小，主要应用于厚膜电路。 5、贴片电阻SMT 片状电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式，他的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成，电极采用银钯合金浆料。体积小，精度高，稳定性好，由于其为片状元件，所以高频性能好。 6、敏感电阻 敏感电阻是指器件特性对温度，电压，湿度，光照，气体， 磁场，压力等作用敏感的电阻器。 敏感电阻的符号是在普通电阻的符号中加一斜线，并在旁标注敏感电阻的类型，如：t. v等。 6.1、压敏电阻 主要有碳化硅和氧化锌

19、压敏电阻，氧化锌具有更多的优良特性。 6.2、湿敏电阻 由感湿层，电极， 绝缘体组成，湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻，碳湿敏电阻，氧化物湿敏电阻。氯化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小，缺点为测试范围小，特性重复性不好，受温度影响大。碳湿敏电阻缺点为低温灵敏度低，阻值受温度影响大，由老化特性， 较少使用。 氧化物湿敏电阻性能较优越，可长期使用，温度影响小，阻值与湿度变化呈线性关系。有氧化锡，镍铁酸盐，等材料。 6.3、光敏电阻 光敏电阻是电导率随着光量力的变化而变化的电子元件，当某种物质受到光照时，载流子的浓度增加从而增加了电导率，这就是光电导效应。 6.4、气敏电阻 利用某些半导体吸收某种气体后

20、发生氧化还原反应制成，主要成分是金属氧化物，主要品种有：金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等。 6.5、力敏电阻 力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻，国外称为压电电阻器。所谓压力电阻效应即半导体材料的电阻率随机械应力的变化而变化的效应。可制成各种力矩计，半导体话筒，压力传感器等。主要品种有硅力敏电阻器，硒碲合金力敏电阻器，相对而言， 合金电阻器具有更高灵敏度。 压敏电阻压敏电阻标称参数所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从109000V不等。可根据具体需要正确选用。

21、压敏电阻用字母“MY”表示，如加J为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般考虑标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。1、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从109000V不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp为电路额定电压的峰

22、值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V，则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2220V=484V，因此压敏电阻的击穿电压可选在470480V之间。2、所谓通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过10时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命，ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许

23、多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用220KA的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满

24、足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千pF的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。压敏电阻的压敏电压（min(U1mA）、通流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有：min(U1mA)(1.62)Udc，式中Udc为回路中的直流额定工作电压。在交流回路中，应当有：min(U1mA)(2.22.5)Uac，式中Uac为回路中的交流工作电压的有效值。上述取值原则主要是为了保证压敏电阻在电源电路中应用时，有适当的安全裕度。在信号回路中时，应

25、当有：min(U1mA)(1.21.5)Umax，式中Umax为信号回路的峰值电压。压敏电阻的通流容量应根据防雷电路的设计指标来定。一般而言，压敏电阻的通流容量要大于等于防雷电路设计的通流容量。选用压敏电阻器前，应先了解以下相关技术参数：标称电压（即压敏电压）是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻器两端的电压值。漏电流：指在25条件下，当施加最大连续直流电压时，压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过820等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。通流量是表示施加规定的脉冲电流（820s）波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm（或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo）、浪涌

26、脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数N等。a压敏电压的选取一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下式进行选择：VmAavbc式中：a为电路电压波动系数，一般取12；v为电路直流工作电压（交流时为有效值）；b为压敏电压误差，一般取085；c为元件的老化系数，一般取09；这样计算得到

27、的VmA实际数值是直流工作电压的15倍，在交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大1414倍。另外，选用时还必须注意：（1）必须保证在电压波动最大时，连续工作电压也不会超过最大允许值，否则将缩短压敏电阻的使用寿命；（2）在电源线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使线与地之间电压上升，所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器。b通流量的选取通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值。而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数，当电流波形幅值降低50时冲击次数可增加一倍，所以在实际应用中，压敏电阻所吸收的浪涌

28、电流应小于产品的最大通流量。c应用图1所示是采用压敏电压器进行电路浪涌和瞬变防护时的电路连接图。对于压敏电阻的应用连接，大致可分为四种类型：第一种类型是电源线之间或电源线和大地之间的连接，如图1（a）所示。作为压敏电阻器，最具有代表性的使用场合是在电源线及长距离传输的信号线遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲等情况下对电子产品起保护作用。一般在线间接入压敏电阻器可对线间的感应脉冲有效，而在线与地间接入压敏电阻则对传输线和大地间的感应脉冲有效。若进一步将线间连接与线地连接两种形式组合起来，则可对浪涌脉冲有更好的吸收作用。第二种类型为负荷中的连接，见图1（b）。它主要用于对感性负载突然开闭引起的感应脉冲进

29、行吸收，以防止元件受到破坏。一般来说，只要并联在感性负载上就可以了，但根据电流种类和能量大小的不同，可以考虑与RC串联吸收电路合用。第三种类型是接点间的连接，见图1（c）。这种连接主要是为了防止感应电荷开关接点被电弧烧坏的情况发生，一般与接点并联接入压敏电阻器即可。第四种类型主要用于半导体器件的保护连接，见图1（d）。这种连接方式主要用于可控硅、大功率三极管等半导体器件，一般采用与保护器件并联的方式，以限制电压低于被保护器件的耐压等级，这对半导体器件是一种有效的保护。 TVS器件TVS器件的特点、电特性和主要电参数一、 TVS器件的特点 瞬态（瞬变）电压抑制二级管简称TVS器件，在规定的反向应

30、用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间仅为1ps（10-12S）。TVS允许的正向浪涌电流在TA250C，T10ms条件下，可达50200A 。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平，双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。二、 TVS器件的电特性1、单向TVS的V-I特性 如图1-1所示，单向TVS的正向特性与普通稳压二极管相同，反向击穿拐点近似“直角”为硬击穿，为典型的P

31、N结雪崩器件。从击穿点到VC值所对应的曲线段表明，当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急骤增加而反向电压则上升到箝位电压值，并保持在这一水平上。2、双向TVS的V-I特性 如图1-2所示，双向TVS的V-I特性曲线如同两只单向TVS“背靠背”组合，其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性，正反两面击穿电压的对称关系为：0.9V(BR)(正)/V（BR）(反)1.1，一旦加在它两端的干扰电压超过箝位电压VC就会立刻被抑制掉，双向TVS在交流回路应用十分方便。三、TVS器件的主要电参数1、 击穿电压V(BR) 器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，

32、在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。2、 最大反向脉冲峰值电流IPP 在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。IPP与最大箝位电压VC(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。 使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。 当瞬时脉冲峰值电流出现时，TVS被击穿，并由击穿电压值上升至最大箝位电压值，随着脉冲电流呈指数下降，箝位电压亦下降，恢复到原来状态。因此，TVS能抑制可能出现的脉冲功率的冲击，从而有效地保护电子线路。峰值电流波形A、正弦半波 B、矩形波C 、标准波（指数波形） D、三角波 TVS峰值电流的试验波

33、形采用标准波（指数波形），由TR/TP决定。 峰值电流上升时间TR:电流从0.1IPP开始达到0.9IPP的时间。 半峰值电流时间TP：电流从零开始通过最大峰值后，下降到0.5IPP值的时间。 下面列出典型试验波形的TR/TP值：A、EMP波:10ns /1000ns B、闪电波：8s /20s C、标准波：10s /1000s3、 最大反向工作电压VRWM（或变位电压） 器件反向工作时，在规定的IR下，器件两端的电压值称为最大反向工作电压VRWM。通常VRWM=（0.80.9）V(BR)。在这个电压下，器件的功率消耗很小。使用时，应使VRWM不低于被保护器件或线路的正常工作电压。4、 最大箝

34、位电压VC(max ) 在脉冲峰值电流Ipp 作用下器件两端的最大电压值称为最大箝位电压。使用时，应使VC(max )不高于被保护器件的最大允许安全电压。最大箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数。即：箝位系数=VC(max )/V(BR) 一般箝位系数为1.3左右。5、 反向脉冲峰值功率PPR TVS的PPR取决于脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC(max )，除此以外，还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。当脉冲时间Tp 一定时，PPR=K1K2VC(max )Ipp式中K1为功率系数，K2为功率的温度系数。 典型的脉冲持续时间tp 为1MS，当施加到瞬态电压抑制二极管上的脉冲时间tp 比标

35、准脉冲时间短时，其脉冲峰值功率将随tp 的缩短而增加。 TVS的反向脉冲峰值功率PPR与经受浪涌的脉冲波形有关，用功率系数K1表示 E=i(t)V(t)dt式中：i(t)为脉冲电流波形，V(t) 为箝位电压波形。 这个额定能量值在极短的时间内对TVS是不可重复施加的。但是，在实际的应用中，浪涌通常是重复地出现，在这种情况下，即使单个的脉冲能量比TVS器件可承受的脉冲能量要小得多，但若重复施加，这些单个的脉冲能量积累起来，在某些情况下，也会超过TVS器件可承受的脉冲能量。因此，电路设计必须在这点上认真考虑和选用TVS器件，使其在规定的间隔时间内，重复施加脉冲能量的累积不至超过TVS器件的脉冲能量

36、额定值。6、 电容CPP TVS的电容由硅片的面积和偏置电压来决定，电容在零偏情况下，随偏置电压的增加，该电容值呈下降趋势。电容的大小会影响TVS器件的响应时间。7、 漏电流IR 当最大反向工作电压施加到TVS上时，TVS管有一个漏电流IR，当TVS用于高阻抗电路时，这个漏电流是一个重要的参数。第二章 TVS选用原则 在选用TVS时，必须考虑电路的具体条件，一般应遵循以下原则：一、 大箝位电压VC（MAX）不大于电路的最大允许安全电压。二、 最大反向工作电压（变位电压）VRWM不低于电路的最大工作电压，一般可以选VRWM等于或略高于电路最大工作电压。三、 额定的最大脉冲功率，必须大于电路中出现

37、的最大瞬态浪涌功率。 下面是TVS在电路应用中的典型例子：TVS用于交流电路：见图2-1，这是一个双向TVS在交流电路中的应用，可以有效地抑制电网带来的过载脉冲，从而起到保护整流桥及负载中所有元器件的作用。TVS的箝位电压不大于电路的最大允许电压。图2-2所示，是用单向TVS并联于整流管旁侧，以保护整流管不被瞬时脉冲击穿，选用TVS必须是和整流管相匹配。图2-3所示电路中，单向TVS1和TVS2反接并联于电源变压器输出端或选用一个双向TVS，用以保护整流电路及负载中的元器件。TVS3保护整流以后的线路元件，如电源变压器输出端电压为36伏时一般TVS1和TVS2的工作电压VR应根据36 来选择，

38、其它参数依据电路中的具体条件而下。 TVS用于直流电路，图2-4所示TVS并联于输出端，可有效地保护控制系统。TVS的反向工作电压应等于或略高于直流供电电压，其它参数根据电路的具体条件而定。图2-5所示为两个单向TVS连接在电源线路中，用以防止直流电源反接或电源通、断时产生的瞬时脉冲使集成电路损坏。当电路连接有感性负载，如电机、断电器线圈、螺线管时，会产生很高的瞬时脉冲电压。图2-6中的TVS可以保护晶体管及逻辑电路，从而省去了较复杂的电阻/电容保护网络。图2-7电路中TVS起保护和电压限制的作用。 直流电中选用举例： 整机直流工作电压12V，最大允许安全电压25V（峰值），浪涌源的阻抗50M

39、，其干扰波形为方波，TP=1MS，最大峰值电流50A。选择：1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V，则击穿电压V（BR）= =15.3V；2、从击穿电压值选取最大箝位电压VC（MAX）=1.30V(BR)=19.89V，取VC=20V；3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率：PPR=VCIP=2050=1000W4、计算折合为TP=1MS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，PPR=1000W1.4=715W 从手册中可查到1N6147A其中PPR=1500W，变位电压VRWM=12.2V，击穿电压V（BR）=15.2V，最大箝位电压VC=22.3V，最

40、大浪涌电流IP=67.3A。可满足上述设计要求，而且留有一倍的余量，不论方波还是指数波都适用。 交流电路应用举例： 直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管，交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。交流是电网电压，这里产生的瞬变电压是随机的，有时还遇到雷击（雷电感应产生的瞬变电压）所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。直流电压则按1.11.2倍来选取TVS管的最在反向工作电压VRWM。 图2-8给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图，由图可见：1、 在进线的220V处加TVS管抑制220V交流

41、电网中尖峰干扰。2、 在变压器进线加上干扰滤波器，滤除小尖峰干扰。3、 在变压输出端V=20V处又加上TVS管，再一次抑制干扰。4、 到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。其中：双向TVS管D1的VRWM=220V1.4=308V左右双向TVS管D2的VRWM=20V1.4=28V左右单向TVS管D3的VRWM=10V1.2=12V左右 经过如上四次抑制，变成所谓的“净化电源”，还可以加上其它措施，更有效地抑制干扰，防止干扰进入计算机的CPU及存贮器中，从而提高微机系统的应用可靠性。 从失效统计概率可知：微机系统产生100次故障，其中90次来自电源，10次是微机本身，可见电源的可靠性最重

42、要，要提高整机可靠性，首先应提高电源的可靠性。第三章 TVS应用实例 TVS在美国应用十分广泛，特别是在军事电子装备中非常重视，美国军标不但出牌了不少TVS器件的标准，同时在线路应用方面也有军标，如MIL-HDBK-978B宇航用电子元器件手册中第4.8节为“双极型瞬变电压抑制器”，文中列出不少TVS的应用实例。MIL-HDBK-338B电子设备可靠性手册中第7.4.4节为“瞬态和过应力保护”，文中也谈到了TVS的应用。TVS在国内的应用，正处于推广应用的阶段，为了加深电路设计人员对TVS的认识，提高国产整机的可靠性，现将上述两个美国军标中译出的部分资料整理成文，推荐给广大电路设计人员参考使用

43、。一、 TVS在微机中的应用实例 一个典型的微机系统，通过电源线、输入线、输出线进入的各种干扰或瞬变电压，可能使微机误动作出故障，特别是来自开关电源，微机近旁的电动机的开与关、交流电源电压的浪涌和瞬变、静电放电等场合都可能使系统产生误动作，严重时还可能损坏器件。将瞬变电压抑制二极管接到微机的电源线输入和输出线上，可防止瞬变电压进入“微机”总线，加强微机对外界干扰的抵抗能力，保证微机正常工作，提高其应用可靠性。，使用TVS管的量是很多的。二、 TVS管保护开关电源实例 对开关电源设计师来讲，必须对影响开头电源的三种瞬变类型进行保护：1、 由负载变化引起的瞬变电压（电感负载）；2、 由电源线引入的

44、瞬变电压；3、 由开关电源内部发生的瞬变电压。由于电源中需要保护的典型元器件有：1、 高反压开关晶体管（VMOS管）2、 高压整流器（高压流整流二极管）3、 输出整流器（输出大电流整流二极管）4、 内部控制电路（脉宽调制器等） 典型开关电源中应用TVS的实例，由图可见共有八个TVS管，各自保护自已的对象，当然八个TVS管的特性也不同，从“击穿电压”、“最大脉冲峰值功率”、“脉冲峰值电流”到“箝位电压”等都有区别。美国HP公司某仪器使用的开关电源，从图中可以看到该电源中所有瞬变电压抑制二极管的数量及情况。 国外应用TVS是非常普遍的，而且数量也是很多的，可见TVS对提高整机应用可靠性是至关重要的

45、。三、 TVS保护直流稳压电源实例 一个直流稳压电源，并有扩大电流输出的晶体管，在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管，可以保护使用该电源的仪器设备，同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压，保护晶体管。建设在每个稳压源输出端增加一个TVS管，可大幅度提高整机应用可靠性。四、 TVS保护晶体管实例 各种瞬变电压能使晶体管EB结或CE结击穿而损坏，特别是晶体管集电极有电感性（线圈、变压器、电动机）负载时，会产生高压反电势，往往使晶体管损坏。建设采用TVS管作为保护器。五、 TVS保护集成电路实例 由于集成电路集成度越来越高，其耐压越来越低，容易受到瞬变电压的冲击而损坏，必须采取保护措

46、施。例如CMOS电路在其输入端及输出端都有保护网路，为了更可靠起见，在各整机对外接口处还增加各种保护网络。六、 TVS保护可控硅实例 可控硅可能误触发导致误动作，可控硅控制极电流不能太大，电压不能过高，必须采用各种保护措施。七、 TVS保护继电器实例 继电器有驱动线圈，当用大功率晶体管驱动时，应采取保护措施，如图5所示。有时也采用图8所示方法来抑制线圈中的高压反电势保护晶体管，哪个方案更好应根据实际情况决定。图中二极管允许的电源应比晶体管的工作电流大一倍左右，例如继电器线圈的最大电流IA，则二极管额定电流选2-3A左右，耐压则应大于电源电压的2倍左右，例如电源电压27V，则二极管耐压应为60V以上。 继电器的触点往往用大电流去开关电动机等大电流电感负载，而电感在开关时有很高的反电势，而且有较大的能量，往往把触点烧坏或击穿产生电弧等，必须对触点采取保护，抑制电弧的产生，以保护继电器。但是这种电弧产生的浪涌电流很大，过去采用电容或者用电容串联电阻、二极管、二极管串联电阻等抑制方案，现在采用瞬变电压抑制