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連接器基礎知識

日期:2018-1-29 10:23:31

連接器的基本結構

連接器的基本結構件有①接觸件;②絕緣體;③外殼(視品種而定);④附件。

     1.接觸件(contacts) 是連接器完成電連接功能的核心零件。一般由陽性接觸件和陰性接觸件組成接觸對,通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。
     陽性接觸件為剛性零件,其形狀為圓柱形(圓插針)、方柱形(方插針)或扁平形(插片)。陽性接觸件一般由黃銅、磷青銅制成。
     陰性接觸件即插孔,是接觸對的關鍵零件,它依靠彈性結構在與插針插合時發生彈性變形而產生彈性力與陽性接觸件形成緊密接觸,完成連接。插孔的結構種類很多,有圓筒型(劈槽、縮口)、音叉型、懸臂梁型(縱向開槽)、折迭型(縱向開槽,9字形)、盒形(方插孔)以及雙曲面線簧插孔等。

     2.絕緣體 絕緣體也常稱為基座(base)或安裝板(insert),它的作用是使接觸件按所需要的位置和間距排列,并保證接觸件之間和接觸件與外殼之間的絕緣性能。良好的絕緣電阻、耐電壓性能以及易加工性是選擇絕緣材料加工成絕緣體的基本要求。

     3.殼體 也稱外殼(shell),是連接器的外罩,它為內裝的絕緣安裝板和插針提供機械保護,并提供插頭和插座插合時的對準,進而將連接器固定到設備上。

     4.附件 附件分結構附件和安裝附件。結構附件如卡圈、定位鍵、定位銷、導向銷、聯接環、電纜夾、密封圈、密封墊等。安裝附件如螺釘、螺母、螺桿、彈簧圈等。附件大都有標準件和通用件。

連接器的基本性能

連接器的基本性能可分為三大類:即機械性能、電氣性能和環境性能。

     1.機械性能: 就連接功能而言,插拔力是重要地機械性能。插拔力分為插入力和拔出力(拔出力亦稱分離力),兩者的要求是不同的。在有關標準中有最大插入力和最小分離力規定,這表明,從使用角度來看,插入力要小(從而有低插入力LIF和 無插入力ZIF的結構),而分離力若太小,則會影響接觸的可靠性。
     另一個重要的機械性能是連接器的機械壽命。機械壽命實際上是一種耐久性(durability)指標,在國標GB5095中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔出為一個循環,以在規定的插拔循環后連接器能否正常完成其連接功能(如接觸電阻值)作為評判依據。
     連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構(正壓力大小)接觸部位鍍層質量(滑動摩擦系數)以及接觸件排列尺寸精度(對準度)有關。

    2.電氣性能: 連接器的主要電氣性能包括接觸電阻、絕緣電阻和抗電強度。
     ① 接觸電阻 高質量的電連接器應當具有低而穩定的接觸電阻。連接器的接觸電阻從幾毫歐到數十毫歐不等。
     ② 絕緣電阻 衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標,其數量級為數百兆歐至數千兆歐不等。
     ③ 抗電強度 或稱耐電壓、介質耐壓   是表征連接器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。
     ④ 其它電氣性能 電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果,電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果,一般在100MHz~10GHz頻率范圍內測試。
     對射頻同軸連接器而言,還有特性阻抗、插入損耗、反射系數、電壓駐波比(VSWR)等電氣指標。
由于數字技術的發展,為了連接和傳輸高速數字脈沖信號,出現了一類新型的連接器即高速信號連接器,相應地,在電氣性能方面,除特性阻抗外,還出現了一些新的電氣指標,如串擾(crosstalk),傳輸延遲(delay)、時滯(skew)等。

     3.環境性能 
     常見的環境性能包括耐溫、耐濕、耐鹽霧、振動和沖擊等。
     ① 耐溫 目前連接器的最高工作溫度為200℃(少數高溫特種連接器除外),最低溫度為-65℃。由于連接器工作時,電流在接觸點處產生熱量,導致溫升,因此一般認為工作溫度應等于環境溫度與接點溫升之和。在某些規范中,明確規定了連接器在額定工作電流下容許的最高溫升。
     ② 耐濕 潮氣的侵入會影響連接器的絕緣性能,并銹蝕金屬零件。恒定濕熱試驗條件為相對濕度90%~95%(依據產品規范,可達98%)、溫度+40±20℃,試驗時間按產品規定,最少為96小時。交變濕熱試驗則更嚴苛。
     ③ 耐鹽霧 連接器在含有潮氣和鹽分的環境中工作時,其金屬結構件、接觸件表面處理層有可能產生電化腐蝕,影響連接器的物理和電氣性能。為了評價電連接器耐受這種環境的能力,規定了鹽霧試驗。它是將連接器懸掛在溫度受控的試驗箱內,用規定濃度的氯化鈉溶液用壓縮空氣噴出,形成鹽霧大氣,其暴露時間由產品規范規定,至少為48小時。
     ④ 振動和沖擊 耐振動和沖擊是電連接器的重要性能,在特殊的應用環境中如航空和航天、鐵路和公路運輸中尤為重要,它是檢驗電連接器機械結構的堅固性和電接觸可靠性的重要指標。在有關的試驗方法中都有明確的規定。
沖擊試驗中應規定峰值加速度、持續時間和沖擊脈沖波形,以及電氣連續性中斷的時間。
     ⑤ 其它環境性能 根據使用要求,電連接器的其它環境性能還有密封性(空氣泄漏、液體壓力)、液體浸漬(對特定液體的耐惡習化能力)、低氣壓等。

連接器的分類與結構

由于連接器的結構日益多樣化,新的結構和應用領域不斷出現,試圖用一種固定的模式來解決分類和命名問題,已顯得難以適應。盡管如此,一些基本的分類仍然是有效的。

     1. 互連的層次 根據電子設備內外連接的功能,互連(interconnection)可分為五個層次。
     ① 芯片封裝的內部連接
     ② IC封裝引腳與PCB的連接。典型連接器IC插座。
     ③ 印制電路與導線或印制板的連接。典型連接器為印制電路連接器。
     ④ 底板與底板的連接。典型連接器為機柜式連接器。
     ⑤ 設備與設備之間的連接。典型產品為圓形連接器。
     第③和④層次有某些重迭。在五個層次的連接器中,市場額最高的是第③和第⑤層次的產品,而目前增長最快的是第③層次的產品。

     2. 連接器規格的層次。按照國際電工委員會(IEC)的分類,連接器屬于電子設備用機電元件,其規格層次為:
     門類(family)例:連接器
     分門類(sub-family)例:圓形連接器
     類型(type)例:YB型圓形連接器
     品種(style)例:YB3470
     規格(variant)

     3. 在我國的行業管理中,把連接器與開關、鍵盤等統稱為電接插元件,而電接插元件與繼電器則統稱機電組件。

     4. 連接器的產品類別。連接器產品類型的劃分雖然有些混亂,但從技術上看,連接器產品類別只有兩種基本的劃分辦法:
     ① 按外形結構:圓形和矩形(橫截面)
     ② 按工作頻率:低頻和高頻(以3MHz為界)
     按照上述劃分,同軸連接器屬于圓形,印制電路連接器屬于矩形(從歷史上看,印制電路連接器確實是從矩形連接器中分離出來自成一類的),而目前流行的矩形連接器其截面為梯形,近似于矩形。以3MHz為界劃分低頻和高頻與無線電波的頻率劃分也是基本一致的。
     至于其它按用途、安裝方式、特殊結構、特殊性能等還可以劃分出許多不同的類型,并常常出現在刊物和制造商的宣傳品中,但一般只是為了突出某一特征和用途,基本分類仍然沒有超出上述的劃分原則。
     考慮到連接器的技術發展和實際情況,從其通用性和相關的技術標準,連接器可劃分以下幾種類別(分門類):
     ① 低頻圓形連接器;②矩形連接器;③印制電路連接器;④射頻連接器;⑤光纖連接器。

     5. 連接器的型號命名。連接器的型號命名是客戶采購和制造商組織生產的依據。在國內外連接器行業中,產品型號命名有兩種思路:一種是用字母代號加數字的辦法,力求在型號命名中反映產品的主要結構特點。這種方式的好處是易于識別,但排列太長,過于復雜,隨著連接器的小型化,給打印帶來很多困難。目前國內仍流行這種方式,并在某些行業標準甚至國標中作出了規定,如SJ2298-83(印制電路連接器)、SJ2297-83(矩形連接器)、SJ2459-84(帶狀電纜連接器)、GB9538-88(帶狀電纜連接器)等。由于連接器結構的日益多樣化,在實踐中用一種命名規則復蓋某一類連接器越來越困難。另一種思路是用阿拉伯數字組合。這種方式的好處是簡潔,便于計算機管理和小型產品的標志打印。國際上主要的連接器制造商目前均采用這種方式。可以預計由各制造商制訂反映自身特色的命名辦法將會逐漸取代在計劃經濟體制下由全行業統一規定某種命名規則的辦法。


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