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连接器
性别
间距
触头、外壳、连接器组件和插件
触头端接方式
安装方式
防尘、防潮
电线和电缆
电线材料
规格(尺寸)
电线、电缆的额定电流
压接工具
电气规格
军用和航空航天级连接器
COTS(商用现货)
航空航天
互连组件
电力和数据传输听起来很简单,但互连组件的选型却是一个复杂的决策过程。设计时需考虑多个核心要素:用户对系统的操作适配性、安全标准以及兼容性。
互连组件在电子产品中无处不在。从计算机 USB 连接器到 HDMI 高清视频信号,再到电路板上简单的双位线对板连接器,无所不包。
什么是互连组件?解答
互连组件是指任何能够在两个或多个器件之间形成数据或电力传输路径的设备或电子器件。
互连组件包括电线和电缆、连接器外壳和触头,以及能使系统在连接的两端之间形成电源和数据路径的任何其他器件或部件。
连接器
连接器具有传输电力和数据所需的导电性。此外,连接器采用能以机械方式连接或断开的结构。
连接器是实现系统组件可重构互连的必需组件。将笔记本电脑插入壁插式插座时,您使用一个连接器为电脑供电(或充电)。此时,您也可以拔下电脑的电源插头,稍后再从另一个插座为电脑充电。
性别
连接器通常被称为“公端”或“母端”部件,这两部分配合在一起完成连接。母端部分是一个插座,用于固定“公端”连接器。
公、母连接器触头的电路符号
插头和插孔有什么区别?解答
插孔可以是任何一种性别,通常是连接器对的面板或电路板安装侧。插头通常是连接器对的自由悬挂部分。
间距
来源:端子块选型终极指南
间距是指两个相邻触头之间距离。随着连接器外壳内触头数量的增加,连接器体积也必须增大,否则触头之间的间距就会变小。数据线较多的连接器通常具有很小的间距。
触头、外壳、连接器组件和插件
- 触头 —— 也称为端子,是连接器内部的金属接口,在连接器上构成一条可靠的电力和信号传输通道。这些触头与导线或印刷电路板 (PCB) 迹线粘合在一起。大多数触头在其表面都有一层电镀材料,以提高导电性或耐磨性。
- 外壳 —— 外部结构,用于在连接时可靠地固定触头,并保护连接部分,抵御外部环境危害。连接器外壳还可以为互连部分的两侧提供锁定机制,确保连接部分不会脱离。
- 连接器组件 —— 整套连接器解决方案包括触头和外壳,以及可能添加的任何附件,如安装在电缆末端的连接器应力消除装置、防止环境微粒物进入的密封套或连接器未连接时的保护帽。
- 插件 —— 电气绝缘材料,如塑料或橡胶。插入件是连接器触头的安装结构,以确保触头正确插入和定位。
连接器的插件、触头和外壳示例。来源:重型连接器的组成及其在工业连接中的应用
触头端接方式
有许多不同的触头连接方式。尺寸和端接方式取决于应用和要求。以下是几种比较常见的触头端接方式:
- 压接式触头 —— 简单快捷,但可能需要专用工具将触头压接到电线上
来自 TechForum 的压接触头示例:来源:EDAC 516 系列压接建议
- 焊杯 —— 成本低、环保、电气连接牢固,但需要时间焊接
正确的焊杯端接示例来源:NASA Workmanship Inspection Pictorial Reference
- PC 引脚 —— 电路板上常见的端子或单柱式连接器
来自 Amphenol 的 PC 引脚端接示例:来源:Digikey 零件编号:4995-M12A-04PMMP-SF8001-ND
安装方式
- 自由悬挂 —— 是指放置在电线或电缆末端的连接器,虽然自由悬挂式连接器具有更大的活动范围和灵活性,且远离设备(仅受电缆长度限制),但更易损坏或面临更多安全隐患。
- 面板安装 —— 固定在外壳或侧壁的外部。通常情况下,在外壳上开一个孔或一个切口,然后将连接器穿过这个孔或切口。锁定方式:通过螺母与螺纹式颈部固定,使用外部螺钉紧固,或者直接安装在设备外壳内部的电路板上。由于连接器能够密封由其造成的孔洞,因此具有很好的 IP 防护等级。
- 板安装 —— 板安装连接器的主要结构支撑由其所连接的印刷电路板 (PCB) 提供。除触头端接外,还可能包括支撑引脚或支撑柱,这类结构需占用印刷电路板 (PCB) 上的空间。
板安装连接器示例:来源:Digikey 零件编号:L77HDE15SD1CH4FVGA-ND
防尘、防潮
根据工作环境不同,连接器可能会面临高温或低温、水、灰尘颗粒、有害化学物质或其他环境条件,这些因素都会降低连接器性能,甚至导致其完全失去作用。密封式连接器的设计能够承受环境条件的影响。
侵入防护或 IP 等级定义了连接的密封性能和可应对的环境类型。国际电工委员会 (IEC) 的侵入防护 (IP) 的一些示例如下:
- IP20 表示可抵御大于 12 mm 的固态物体
- IP67 表示可在 1 m 深的水中浸泡 30 分钟
- IP69K 表示可抵御蒸汽和高压水
有关 IP 防护等级的更多内容,请点击此处查看:恶劣和极端环境中有关连接器关键细节的注意事项
具有防尘防潮性能的套管连接器:资料来源:IP 防护等级和防水连接器概述
了解模块化连接器
RJ系统(注册插座)自20世纪60年代早期开始便广泛应用于电信和数据通信应用中,并被FCC在1976年归类为注册插座(RJ)系统,该系统标准化了布线模式、信号规格和连接器本身的物理结构。
电线和电缆
电线和电缆有什么区别?解答
从表面上看,电线和电缆似乎非常相似且通常可以互换使用,但实际上它们是互连解决方案的两个不同部分:
- 电线是由绝缘材料包裹的电导体
- 电缆是捆绑在一起的多根电导体或多组电线,且周围有一层外绝缘层。电缆至少有两根或两根以上的电线组成,这些电线可以通过模压绝缘层捆扎在一起,也可以把多根自带绝缘层的电线成组地捆扎在一起,然后整体包裹一层外绝缘层。
图片显示电缆包含 2 根绝缘电线:来源:Digikey 零件编号:2320-2170820-DS-ND
实芯电线和绞合电线有什么区别?解答
电线的导电通道通常分为两种,即实芯电线和绞合电线。
- 实芯线:顾名思义,实芯就是一段实心金属,经过拉制工艺后外涂一层绝缘材料。这种电线成本低、直径大、柔性和弯曲性差,但能传输更大的电流
- 绞合线:导体由多根较细的无绝缘电线绞合而成,进而形成一根较粗的导体,类似编织绳索的纤维。绞合的股数越多,电线的柔韧性就越好。不过,与实芯导线相比,其单位长度价格可能更高。
如图所示为采用实芯电线的同轴电缆来源:Digikey 零件编号:BEL1299-100-ND
电线材料
这是构成电线的导电材料。通常情况下,这种导电材料可以是铝或铜,其表面镀锡或银,以提高可焊接性或耐热性。
规格(尺寸)
电线为达到指定直径,在拉制过程中所经过的拉丝模级数。美国的电线规格是以美国线规 (AWG) 来衡量的,线规数字越大,电线直径越小。对于直径较大的电线,则采用圆密耳为计量单位。MCM 规格也称为 kcmils(千圆密耳),适用于直径较大的电缆。1 MCM 相当于 1,000 圆密耳。
AWG:在美国线规系统中,36 AWG 电线的直径为 0.0050 英寸。0000 (4/0) 电线的直径为 0.4600 英寸。这两者之间还有 39 种规格。这种系统的设计原则是,线规刻度每递进 3 级,导线截面积便约为原来的两倍。
电线、电缆的额定电流
最大持续额定电流受电线规格或电缆内导体总数、周围环境条件(包括环境温度和气流)的限制。
AWG 规格导体的额定电流:来源:Digikey 创新手册
DigiKey 不仅是一家世界级的元器件分销公司,还能提供各类增值服务,每项服务均旨在助力您的设计从理念落地为现实,具体包括:
- 电线切割——电线电缆切割产品类型广泛,涵盖众多业内顶级品牌。我们可以为用户定制切割任何长度、任何规格和任何重量的电线和电缆,且无接头,无起订量限制,涵盖获得 UL 认证和支持欧洲标准的电线电缆。
- 带状电缆——由我们库存的 IDC 连接器组装而成。电缆组件可两端均带连接器,也可仅一端带连接器。如果导体数量相同,这种电缆的两端还可配置不同的连接器。
- 矩形电缆——由库存部件组装而成。
- FFC——采用我们库存的 TE Connectivity FFC 连接器组装而成的带状电缆。这种电缆在我们的网站上被列为增值项。电缆组件的三种形式:焊接接线片对焊接接线片、插座外壳对焊接接线片、插座外壳对插座外壳。
- 压接——将触头压接到电线上。
Digi-Spool® 电线和电缆切割服务
了解 DigiKey 的 Digi-Spool® 专业切割服务,实现高效、精确的电线和电缆管理。 按照您的具体规格进行定制切割,适用于各种各样的电缆和电线类型。
压接工具
压接工具是专门的手动工具或压力机,用于将连接器的金属触头折叠并压紧在电线周围,在触头和电线之间形成牢固的机械连接。
有些压接工具可在压接过程中执行多种不同功能,如切割电线、去除电线绝缘层,并能处理各种线规或尺寸的电线。
没有压接工具能进行压接吗?解答
压接工具非常实用,可确保在包裹电线的触头上实现规范可靠的压接连接。相比使用钳子将触头弯折包裹在导线上,这种压接方法更稳定、重复性更好。虽然可以使用压线钳将触头压接在导线上,但不建议这样做。将触头粘合到电线上的做法并不可靠,连接器可能损坏(或无法装入外壳),而且可能需要更多时间来固定触头。
手动工具(也称手动压接器)顾名思义是用于将触头压接在电线上的手动工具。这些工具可以是弹簧或棘轮辅助式,但主要作用力仍来自操作者的手和握把。通常,这些工具适用于用于现场维修的单个触头,或小规模散装触头生产,因为包括放置导线和压接触头在内的所有工作都需手动完成。
电动工具与压力机通过外部动力源驱动,分为电动式或部分情况下为气动式,用于进行大批量压接操作。由于结构更加复杂,这些工具的成本会很高。
电气规格
在为应用选择合适的互连组件时,还必须考虑电气特性。
- 电线和电缆具有一定的电阻,通常以每 1000 英尺或米欧姆为单位。尽管制造商在努力降低电阻,但仍会以热耗散形式造成一些功率损失。
- 连接器的额定功率是指连接器两端可安全地耗散多少功率。
互连组件(包括连接器、电缆或电线)能承受多大的电流?解答
额定电流(也称为载流能力)是指能够安全地通过互连组件(包括连接器、电缆或导线)的最大电流。当更多电能经由互连组件传输时,电能会以热能形式耗散,这是由于导电材料的电阻虽小但会累积。当通过互连组件的电流超过额定电流时,会导致熔化、火花和危险故障。
如图所示为一个紧凑型连接器,每个电极的电流处理能力为 55 A。来源:Digikey 零件编号:2243-ASMPP30-1X2-RK-ND
可在互连组件(包括连接器、电缆或电线)上施加多高的电压?解答
额定电压(也称为工作电压)是指一个器件(或互连组件)所能承受的最大电压差。当把电线和连接器当做一个整体看待时,这一组合的强度取决于其最薄弱的环节。连接器的因素包括绝缘材料、电气触头之间的间距和环境条件。超过此额定值可能会导致电气绝缘失效,从而产生电弧,损坏电路板,甚至引起火灾。连接器由三种不同的额定电压:
- 击穿电压:超过此电压,产品将无法工作。该电压也被称为故障电压。
- 介电耐压:击穿电压的 75%。这是产品工作时应使用的无损电压。该电压也称为耐受电压或测试电压。
- 额定电压(DWV 的 1/3):产品工作时应使用的最大连续电压。该电压也称为工作电压或运行电压。
有关这些问题和更多信息,请访问技术论坛:击穿电压、介电耐压和额定电压之间的区别
对互连组件(连接器、电缆或电线)进行屏蔽有什么作用?解答
电磁干扰 (EMI) 是在一个系统中运行多个电源或数据信号时产生的固有噪声。随着信号功率的增加或互连器件之间空间的缩小,电磁干扰效应会被放大。带屏蔽的互连组件会确保信号完整性,甚至直接决定合规测试的合格与否。
图示为带屏蔽的导体。来源:Digikey 零件编号:WM20205-ND
军用和航空航天级连接器
Mil-Spec(军用规格的简称)连接器和配件符合美国国防部制定的环境保护和设备互换标准化要求。顾名思义,这些标准最初是为航空航天等军事应用而制定的,但军规连接器在恶劣环境下稳定的性能以及可定制特性,迅速被工业、汽车、高频计算及电信等领域广泛采用,这些应用已远超连接器最初设计所针对的军事领域。如今,大多数军用连接器制造商都为民用市场提供广泛的圆形连接器产品。
目前使用的通用军用标准有哪些?解答
如今美国国防部使用的电气连接器与光纤连接器,其规格标准的制定基础最初形成于 20 世纪 30 年代,现已逐步拓展至多个应用领域及市场。
- MIL-DTL-38999
- MIL-DTL-26482
- MIL-DTL-5015
COTS(商用现货)
商用现货 (COTS) 产品是由制造商提供的现成的通用部件或解决方案。由于制造商掌控着设计、制造和生产环节,因此这类产品无法直接符合军用规格要求。
航空航天
航空航天应用是电气连接器所处的最苛刻环境之一。极端的冷热温度范围、压差、持续振动和高功率要求,以及对稳定可靠的数据链路的需求,都要求任何连接器必须符合最高规格。符合各种不同军规要求的圆形连接器通常也用于航空航天领域。
密封连接器可为客舱或机载传感器套件等加压舱壁提供密封保护。