工研院--基本电子元件特性.pdf

第 1章 基本電子元件特性 章本華 研究員 工研院/材料所 隨著連接器所搭載訊號的傳輸速率越來越快，連接器所扮演的角色已不 只單單只負責電訊號的導通與否而已，高頻所造成負面效應：如阻抗不匹配 所造成訊號反射、串音、傳遞訊號導體的高頻損耗與電磁干擾等等的效應， 將會嚴重扭曲訊號波形，導致訊號至接收端將無法判讀，因此；現今高速數 位傳輸系統中對連接器的要求除傳統結構小型化與腳位細間距化的要求 外，對連接器本身的電氣特性亦做一詳細與嚴格的規範，以確保訊號在連接 器中傳遞時保有訊號的完整性，因此；現今開發高速連接器時需對連接器本 身進行電氣特性的分析，以確保所設計的連接器能滿足相關規範的要求。 現今針對連接器做電氣特性分析，常利用集總元件（ Lumped Element ）分析方式，即將連接器的電氣特性以電阻、電容與電感以串、並 聯方式來表示，除此之外；現今連接器除負責傳遞訊號外，有時亦會外加電 阻、電容與電感等元件來做濾波及等化波形（Equalizer ）等功用，因此； 在進行高頻電子連接器電氣特性分析前，需對基本電子元件如電阻、電容與 電感等基本操作原理與其高頻特性做一瞭解，才能全盤掌握連接器高頻電氣 特性的響應，所以；本單元先就電阻、電容與電感三種基本電子元件做一深 入的介紹，除此之外；另就電子電路中常用之數值表示法與對數、分貝等特 性做一介紹。 電阻 導體內部存有大量的自由電子，同時當電壓存在於導體的兩端會導致電 流的產生，此一電流不可能無限制的增加，此乃因為當電流流經某一材料 時，必承受類式機械摩擦力的阻力，此種阻力使電能被消耗轉變成熱能或光 能，反抗電荷流動之阻力稱為該材料之電阻（ Resistance ，R ），電阻之單 位為毆姆（ Ohm ），並以希臘字母Ω （Omega ）來表示，於電路中電阻符 號表示圖；如圖 1所示。 圖 1電阻符號表示圖 電阻大小與下列四項因素有關： 1. 構成電阻主的材料特性。 2. 物體的長度。 3. 物體的截面積。 4. 溫度。 一般而言；電阻是由導電材料製成，例如：以一長（L ）、寬（W ）、高 ⎡1 ⎤ （H ）、導電率σ⎢⎣Ωcm⎦的材料；如圖 2所示，其電阻為：⎥ L L R (Ohm,Ω （1）) σ σ A ⋅ ⋅ ⋅ W H 截面積 A W ⋅H 由（ 1）式可知：電阻與結構長度（L ）成正比與截面積（A ）、導電度 （σ ）成反比。 圖 2電阻基本結構圖 常用的電阻結構可分為金屬膜、碳膜與線繞等三種，一般市售電阻規格 需包括阻值、誤差百分比與最大功率，特殊需要時尚須知道溫度係數與工作 溫度範圍，電阻的阻值與誤差百分比可由包裝的色帶直接讀出；如圖 3所 示，通常色帶表示規則如下： C3 ( ) 阻值：R C C ×10 Ω （2 ） 1 2 誤差百分比： C4 C 、C 、C的色碼；如表 1所示。 1 2 3 圖 3電阻阻值色帶表示圖 表1 C 、C 、C的色碼 1 2 3 黑 棕 紅 橙 黃 綠 藍 紫 灰 白 金 銀