越来越多电路板的使用贴片元件,新设计的电路板除特殊需求的情况之外,都是优选贴片元器件。贴片元件以其体积小、易于机器焊接、便于维护,随着成本下降,已经成为很多器件选型场景的默认选项。特别是电阻、电容、电感,这些批量使用的元器件,设计时都倾向于优选贴片元件。这是因为以下几种原因。
直插元件相比,贴片元件体积小,重量轻,容易保存和运输。
贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右,一般采用SMT之后,电子产品体积缩小40%~60%,重量减轻60%~80%。可靠性高、抗振能力强、焊点缺陷率低、高频特性好、减少了电磁和射频干扰、易于实现自动化、提高生产效率、降低成本达30%~50%,节省材料、能源、设备、人力、工时。如通常用的贴片电阻0805封装或者0603封装比我们之前用的直插电阻要小上很多。几十个直插电阻就可以装满一袋,但换成贴片电阻的话足以装好几千个甚至上万个。如果功率能满足的前提下,一般优选表贴器件。
贴片元件比直插元件容易焊接和拆卸。
贴片元件不用过孔,用锡少。直插元件最麻烦的就是拆卸,在两层或更多层的PCB板上拆卸时,哪怕只有两个管脚,将其拆下来也不太容易,而且容易损坏电路板,多管脚的就更不用说了。拆卸贴片元件就容易多了,不只管脚容易拆,而且也不容易损坏电路板。拆卸直插元器件的主要工具是吸锡器,自动的吸锡器价格昂贵,并且不易于保养,很容易损坏,或者气孔堵塞等问题。贴片器件在焊接过程中,是通过机器把元器件放置在PCB焊盘上的,而直插器件一般依赖人工放料。所以大批量生产的时候,贴片器件的生产效率会远远高于直插器件。直插器件往往在焊接之后还需要额外"剪管脚",当产量非常大的时候,会影响生产效率。
贴片元件比直插元件的高频特性更好。
这是由于贴片元件体积小并且不需要过孔,从而减少了杂散电场和杂散磁场,这在高频模拟电路和高速数字电路中非常重要。我们可以看到电阻的寄生参数,主要是并联的杂散电容Cp,和引线导致的寄生电感Lp和并联电容。
直插电阻因为管脚是"金属丝"的形式,所以金属丝越长,则寄生的电感越大。
直插电阻的管脚长度不可能太短,原因有三:第一、直插电阻体积比较大,引脚的最短也一定大于电阻横截面积的半径大小;第二、直插电阻的管脚需要穿过PCB;第三,一般我们弯折电阻管脚进行安装的时候,需要留一段距离,避免电阻体受力,导致电阻损坏。
相比之下,表贴电阻的管脚就非常短,所以表贴电阻的寄生电感也非常小。
在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对直流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧姆。
阻抗是元器件或电路对周期的交流信号的总的反作用。AC 交流测试信号 (幅度和频率)。阻抗是一个复数,包括实部和虚部。理想电阻就是阻抗的实部,寄生电感和寄生电容就是阻抗的虚部。
简单的看,我们可以先把寄生的并联电容省略,就是一个理想的电阻串联一个理想的电感。当串联一个寄生电感之后,则相当于阻抗增加了一个虚部。根据我们熟知的电感特性是通直流,阻交流,则相当于高频的阻抗上升。
阻抗在直角坐标系中用Z=R+jX表示。那么在极坐标系中,阻抗可以用幅度和相角表示。
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