制造商是否尝试使他们的组件尽可能接近理想组件?

电器工程 制造业 无源元件
2022-01-21 18:12:17

我想知道今天在电气元件方面做了哪些发展。

制造商是否试图使他们销售的电气元件尽可能接近理想模型?例如,他们的固定电阻器的目标是根据欧姆定律在最宽的电压值和频率范围内运行吗?或者在某些用例中,与理想模型不同的非线性行为是否有好处?

4个回答

是的 - 但要预算。

例如,在电阻器的情况下,有各种可用的公差可以告诉您实际欧姆值可能与规定值有多少不同。5% 的公差曾经是标准的,现在 1% 的价格并没有显着增加。如果您想要一个 0.001% 容差的电阻器,您将不得不支付更多费用。类似的事情也适用于电阻器的温度系数。

电阻器具有电阻温度系数。绕线电阻器有电感。合成电阻器也有电感,但更像任何一根电线都有电感。

电容器具有串联电阻、漏电流和温度敏感性。

电感器具有串联电阻,并且可能具有显着的并联电容和磁化非线性。

所有无源元件都有一个容差。所有产品都以不同的价格以不同的等级和类型出售,为需要更好的应用程序提供非理想行为的解决方案。

有源元件和设备具有类似的缺点,有许多产品变化和用于补偿的设计方法。

通常,但并非总是如此,目标是复制理想组件的行为,至少在某个频率、电压、温度等范围内。

然而,有时制造商故意偏离理想,因为某种程度的“非理想”行为对于组件的典型应用来说是可取的。考虑旁路/去耦电容。如果您在电子领域工作了很长时间,您就会知道电路的电源和接地之间需要电容。

例如,从制造商的角度来看,TDK 有一系列用于电源旁路/去耦的可控 ESR 陶瓷电容器。尽管理想电容器的等效串联电阻为零,但这些电容器的 ESR 故意适中。事实上,他们实际上花了更多的钱在每个组件上以提高 ESR,因此该上限比其他 MLCC 上限更远离假设的理想。如果您曾经设计或指定过配电系统的性能,您就会知道 ESR 过高意味着您的旁路电容无效,但 ESR 过低会在您的电力系统中产生谐振,从而增加电压纹波。MLCC 通常具有低 ESR 的问题,因此 TDK 正在尝试制造解决此问题的组件。

从应用旁路电容的工程师的角度来看,最好选择有损电容(例如 X5R、X7R 电介质)而不是高 Q C0G 类型:您的电源系统的纹波会更小。如果您正在制作射频滤波器,也许高 Q 电容会是一个更好的折衷方案。

所以有时组件是故意不理想的,因为这对典型的应用电路来说是最好的。我发现最好了解特定组件表现出的非理想行为类型,并尝试将其“设计”到电路中。

制造商是否试图使他们销售的电气元件尽可能接近理想模型

当然不是。这样做会浪费大量的时间、精力和金钱。他们只生产足够好的零件来完成客户需要的工作——再多的话只会提高价格并使他们的产品失去竞争力。

以一个简单的电阻器为例。它的理想特征是什么?零容差、零电容和电感、稳定和线性到无限电压、无限功率耗散、无限电流处理等。但即使这样的设备是可能的,对于大多数设计来说,它也会被严重过度指定。有些人可能需要一个可以在 500kV 下处理 1MW 的电阻器,其他人可能只需要 5V 下的 1/4W,但没有人愿意支付超过他们必须支付的费用。

在所有情况下,电路都(或应该)设计为与具有非理想特性的实际组件一起使用 - 有时非常如此。有时电路实际上是为了利用它而设计的。晶体管不像任何“理想”组件那样工作 - 但它仍然有用。晶体管通常具有较宽的公差,并且都具有会让理想主义者哭泣的不需要的特性。一个典型的电路可能有几十个其他部件,其唯一目的是补偿晶体管的“缺陷”。但这仍然比尝试制造更“理想”的组件便宜。

想要“理想”组件的主要原因是使电路设计更容易。然而在实践中,它们不必是完美的,只要足够好,电路可以按预期工作即可。运算放大器通常用于可以更好地与分立元件配合使用但设计难度更大的电路中。许多产品使用较旧的“行业标准”零件仅仅是因为设计师更熟悉它们,制造商继续大量生产它们,尽管它们被具有更好特性的更现代的零件所取代。