元器件的温度特性（电容、电感、晶振等）

元器件的温度特性（电容、电感、晶振等）

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前言

在电子产品设计制造过程中，需要考虑环境温度对元器件的影响。了解元器件的温度特性有助于在产品设计初期规避风险，在环境试验中快速定位产品问题。产品温度适应性：
民用级0-70
工业级 -40~85
汽车级 -40~125
军用级 -55~125
下面对常用的电子元器件进行温度特性分析。

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1 电阻

一般的电阻的阻值与温度的关系为：温度越高，电阻越大。我们可以通过观察其温度系数来了解其与温度的关系，例如：
威世生产的贴片电阻。其温度系数为±200ppm/K。那么以一个常温25℃-30kΩ的电阻为例，其在-40℃时的电阻值可能为：30k*（1-（25+40）*200ppm）=30k *0.987=29.61k。

大部分的时候电阻是用来分压采样的，特别是用在一些电源的FB反馈电阻，电阻的温漂会导致采样错误，输出错误。选择同厂商/批次的电阻，在温度变化时，其温度变化率趋于一致，可以避免采样偏差。在温度较高时应该对功率电阻降额使用，避免出现由于功率过大，散热差的原因导致的电阻损毁。总的来说，电阻的温度特性还算稳定。

2 电容

电容根据制造工艺分类，常用的有：铝电解电容、钽电容、陶瓷电容等（常用的）。

2.1铝电解电容

有极性，其靠化学反应原理进行充放电，容量可以做到很大、价格很便宜，但是响应速度慢，等效电阻也大。其温度特性很差，高温电解液蒸发，会降低容量和寿命，低温电解液析出会降低容量甚至直接不可用。所以在电子产品设计时，在考虑温度特性和使用寿命时要特别关注一下电解电容。

2.2 陶瓷电容：

无极性，利用的是物理特性，响应速度快。陶瓷电容比较脆，所以在布置PCB时需注意其板上应力。介电介质不同，其温度特性也有较大不同。材质的特性是容量与温度系数呈现反相关，即可以做大容量的材质，其温度影响大。
Ⅰ类陶瓷电容器的电容量几乎不随温度变化，下面以C0G介质为例。C0G介质的变化量仅0±30ppm/℃，实际上C0G的电容量随温度变化小于0±30ppm/℃，大约为0±30ppm/℃的一半。
Ⅱ类陶瓷电容器有： X7R、 X5R 、 Y5V、Z5U等。
Y5V表示工作在-30_{+85度，整个温度范围内偏差-82%}+22%
X5R表示工作在-55~+85度，整个温度范围内偏差正负15%
X7R表示工作在-55~+125度，整个温度范围内偏差正负15%
NPO（COG）是温度特性最稳定的电容器，电容温漂很小，整个温度范围容量很稳定，温度也是-55~125度，适用于振荡器，超高频滤波去耦，但容量一般做不大（几千个pF）。

2.3 钽电容：

有极性，钽电容的容量大、速度快、价格贵。但是有致命缺点，过压易击穿，击穿后呈现短路特性。钽电容的容量随温度升高而增大。有较好的温度特性。

3 电感

电感是由金属丝绕指在导磁物质上，其温度特性其实是导磁物质的温度特性。也有说温度导致金属热胀冷缩，影响电感值。但实际使用中，电感对于温度是不敏感的。注意焊接高温等可能对电感磁芯消磁。

4 晶振

晶振也根据材料特性分类。目前常用的是石英晶振，其为外置在控制器之外，为其提供时钟源，还有一种是内置在处理器内部的时钟，其采用的是RC压感+pll锁相技术。时钟偏移对于控制器较大的影响是一些串行设备（串口）会出现数据传输错误。
RC时钟，其启动速度快，但温漂大，所以一般在控制器外都放一个石英晶振，控制器在上电后使用，在配置时钟时，会切换为外部晶振（也有很多应用对时钟精度要求不高，无外部晶振，这就不需要切了）。
石英晶振：如下是一个温漂图。（Abracon LLC(Abracon) ABM8W 32.0000M）

另外一种低温对晶振的影响现象是在低温下，晶振彻底停振。这种情况主要是由于晶振制成不合格所致。若晶振在封装制成中，气密性不达标，或未抽真空并添注氮气，晶振内部可能残存细微固体颗粒及水蒸气。在低温条件下，水蒸气会与细微固体凝聚成小水滴并固着于石英晶片表面，造成晶振DLD2或电阻超差。足够严重时，直接导致晶振停振。

5 二极管（PN结）

二极管是对温度比较敏感的元件，温度的变化会激发二极管内部参与导电物质的活跃程度。
温度越高，相同端电压情况下，二极管的正向导通电流和反向饱和电流也就越大。

6 三极管

三极管高温热击穿。根据三极管的温度特性，温度越低，三极管开启电压阀值越高，更不容易开启。

7 存储芯片

低温导致电子的迁移速度变慢，读写数据变慢
仅就本次测试芯片而言（不代表所有Nand Flash），结论如下
MLC低温影响比高温影响更明显；
MLC在高温和低温条件下性能不会发生明显的变化；
SLC则相反，高温影响明显高于低温影响；
但是，在低温条件下，虽然误码率不明显，SLC的性能会变慢；

8 显示屏

8.1屏幕

-20~70 使用温度。液晶失效。OLED受温度影响比较小。

8.2触摸屏幕

电容屏的工作温度是-10℃～60℃，工作湿度90%无凝结，不满足工作环境时就有可能会出现“漂移”现象。电容屏的存储温度是-20℃～70℃，在高温或低温环境中存储、运输也可能损坏电容屏。
特别注意的是电容屏比较怕高温，在太阳光下长时间暴晒或长时间置于高温环境中，有可能永久损坏电容屏。充电导致屏幕发热后，请先等待屏幕温度降低再使用。
电阻屏的温度特性会好一点。

9 总结

本文根据笔者自身的工程经验、结合网上的资料整理，得出以上的结论。根据笔者经验，一般的温度适应性试验，比较难的点是：低温启动，高温长时间运行，温度冲击等，希望以上的整理能对工程师有所提示。若有纰漏，还请指正。