制造商是否尝试使它们的组件尽可能接近理想组件?


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我想知道今天的电气元件有什么发展。

制造商是否试图使他们出售的电气组件尽可能接近理想模型?因此,例如,对于最宽的电压值和频率范围,其固定电阻器的目标是否符合欧姆定律?还是非线性行为在某些用例中有不同于理想模型的好处?

Answers:


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通常,并非总是如此,目标是至少在频率,电压,温度的任何范围内复制理想组件的行为。

但是,有时制造商会故意偏离理想状态,因为对于组件的典型应用而言,某种程度的“非理想”行为是理想的。考虑旁路/去耦电容器。如果您已经在电子领域工作了很长时间,那么您就会知道电路的电源和地之间需要有电容。

例如,从制造商的角度来看,TDK拥有一系列受控ESR陶瓷电容器,用于电源旁路/去耦。尽管理想电容器的等效串联电阻为零,但这些电容器的ESR有意适中。确实,他们实际上花了更多钱为了提高ESR,每个组件上的电容都比其他MLCC电容帽高得多。如果您曾经设计或指定配电系统的性能,就会知道ESR太高意味着旁路电容无效,但是ESR太低会在电源系统中产生谐振,从而增加电压纹波。MLCC通常具有低ESR的问题,因此TDK正在尝试制造可解决此问题的组件。

从工程师使用旁路电容的角度来看,最好选择有损耗的电容(例如X5R,X7R电介质),而不是高Q C0G类型的电容:您的电源系统将具有较小的纹波。如果您要制造RF滤波器,也许高Q电容会是更好的折衷方案。

因此有时组件是有意地不理想的,因为这对于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的类型,并尝试将其“设计”到电路中。


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IMO受控ESR帽应被视为一个电容器和在一个外壳中的电阻器,其中的每一个朝向理想值manufactored。

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是的-但要预算。

例如,对于电阻器,存在各种可用的容差,这些容差告诉您实际的欧姆值可能与规定的值相差多少。5%的公差以前是标准的,现在这1%的价格并不昂贵。如果要使用0.001%容差的电阻,则必须支付更多费用。电阻的温度系数也类似。


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是的,这是一个稍微不同的问题;热敏电阻会计数(故意具有较大温度系数的电阻器)吗?一些半导体器件可能也算在内:隧道二极管,雪崩二极管。如果“听起来不错”,各种音频设计人员会寻求非线性-使用真空阀和某些类型的晶体管。
pjc50 '19

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在理想情况下,制造商应使其组件的性能尽可能接近数据表。但是,真实世界的数据表永远不会描述“真实世界”的组件-如果确实如此,则根本不需要数据表!
alephzero '19

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@blue一个非“理想”组件实际上要比“理想”组件优越得多的经典示例是在电路板上的电源输入端使用了一个电容器。实际上,您在此处需要一些串联电阻,以避免由电源电缆电感振铃形成的LC网络(所产生的电压会损坏板上的调节器)。具有几欧姆ESR的电解液实际上远远优于这里的低ESR部件。您还可以购买具有一定耐性的陶瓷​​MLCC盖,在进行一些阻尼分离时很方便。
丹·米尔斯

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@ThreePhaseEel实际上,还使用电感器ESR在电流模式切换器中感测电流。体面的设计师了解寄生虫,并使用它们来带来更简单的设计。
丹·米尔斯

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@DanMills-就此而言,也有使用FET Rds(on)的设计,原因是:)
ThreePhaseEel

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电阻具有电阻温度系数。线绕电阻器具有电感。复合电阻器也具有电感,但更像任何导线都具有电感。

电容器具有串联电阻,泄漏和温度敏感性。

电感器具有串联电阻,并且可能具有明显的并联电容和磁化非线性。

所有无源组件均具有值公差。所有产品均以不同的等级和类型以不同的价格出售,以为要求更好的应用提供针对非理想行为的解决方案。

有源组件和设备具有类似的缺点,其中有许多产品变化和用于补偿的设计方法。


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我记得使用非电感绕线电阻器(反向绕组可将电感降至最低)。
彼得·史密斯,

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电容器不仅具有串联电阻,而且还具有串联电感。
乌威

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难道厂家尽量让他们卖尽量靠近理想模型电气部件尽可能

当然不是。这样做将浪费大量时间,精力和金钱。他们只会制造出足以满足客户需要的工作的零件-只会增加价格,使他们的产品失去竞争力。

以一个简单的电阻为例。它的理想特征是什么?零容差,零电容和电感,对无限电压稳定且线性,无限功耗,无限电流处理等。但是,即使有可能使用这种器件,但对于大多数设计而言,它的规格都已过高。有些人可能需要一个可以在500kV下处理1MW的电阻,另一些人可能只需要在5V下使用1 / 4W的电阻,但是没有人愿意为此付出更多。

在所有情况下,电路均应(或应设计为)与具有非理想特性的实际组件一起使用-有时非常理想。有时电路实际上是为利用它而设计的。晶体管不能像任何“理想”组件一样工作,但是它仍然很有用。晶体管通常具有宽容差,并且都具有使理想主义者哭泣的不良特性。一个典型的电路可能有数十个其他部分,其唯一目的是补偿晶体管的“缺陷”。但这仍然比尝试使“理想”的组件便宜。

需要“理想”元件的主要原因是使电路设计更加容易。但是实际上,它们并不一定是完美的,只要足以使电路按预期工作即可。运算放大器通常用于可以与分立元件更好地工作的电路,但设计起来会更加困难。许多产品使用较旧的“行业标准”零件仅仅是因为设计师对它们更加熟悉,而制造商仍在继续以成千上万的零件将其淘汰,尽管被具有更好特性的更现代零件所取代。


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如果有理由为什么有人想要某种更理想的版本,并且有可能对现有设计进行改进。即使新产品真的很昂贵,只要有足够的需求,它当然也会制造出来。

尽管许多新的设计和改进都基于在保持当前理想水平的同时缩小尺寸,提高能源效率等。

还有一个问题是,许多组件具有多个特征,而您认为应用程序中更“理想”的东西对于其他应用程序而言可能更少。

然后,您的组件在设计时就没有考虑到用途,但事实证明对于某些用途是有益的。当然,人们确实将事物的缺陷作为一种功能来做他们梦dream以求的疯狂胡说八道。

因此,对于某种事物的理想版本,它开始变得模糊。我们也无法产生事物的精确副本,总会有一些变化。因此,总是必须有一定程度的宽容。

我认为能保持更好状态的最明显例子是功率转换和电动机。多年来,您的输入输出比和功率消耗都有了很大的提高,而我们做的事情却越来越少。


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当然可以。...大多数时候。信誉良好的制造商将始终希望提供他们所能提供的最好的产品。但是,有些事情是无法实现的。以运算放大器为例,就无法获得无限的开环增益。输入阻抗或输出阻抗为零也是不可能的。但是制造商会尽力而为。

固定电阻将始终按照欧姆定律运行。所有制造商都可以做到,使其接近指定电阻。这就是为什么他们有宽容。

尝试制造理想的零件或极高精度的零件会花费金钱,因此总会有一些折衷,这意味着没有任何想法。

简而言之,信誉良好的制造商将在允许的预算范围内,尽力尝试并提供最好的产品。规格越好,产品制造的价格就越高,那么购买的价格就越高。


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固定电阻器并不总是按照欧姆定律运行。它们通常随着电流增加而增加电阻,因为电阻率随温度增加。
查尔斯·考威

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制造商将始终希望提供最好的产品,我认为这种说法确实不切实际。
豪斯曼

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我做了一些小小的修改,以尝试解决这些评论
MCG,

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大多数工程师都想提供最好的产品。制造商大多想赚钱。与我一起工作的一位项目经理说:“在项目的某个时候,您需要向工程师开枪”。这就意味着,在某个时候,您需要阻止工程师修改产品以使其变得更好。
Mattman944 '19

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对于高功率,低频信号,固定电阻器当然不符合欧姆定律。电阻的温度以两倍于信号频率的频率上下浮动,与功耗同步,从而产生可测量的谐波失真。
alephzero

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考虑“理想”的运算放大器:巨大的增益带宽,巨大的输出驱动电流==巨大的输出晶体管,零待机电流,零建立时间,对所有正dB和-dB增益都稳定,零成本==零裸片面积。

注意到这些“理想”有任何冲突吗?

因此,没有一个单一的“理想”运算放大器。

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