【电赛新兵训练营 】电子工程训练基础知识讲座_第4课时_常用电子元件4(接插件类)

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实用的电路板上一般都包含连接器和各种端子。选取合适的接插件不仅可以给电路板设计和测试带来各种便利,而且也往往关系到电路的安全和可靠性。
依据实际购买接插件常用的种类,我们将分别介绍以下接插件的特性和应用范围:

•        排针、排母
•        插拔式压线端子与导线
•        杜邦线
•        XH2.54系列连接器
•        FC压线头和DC2/DC3牛角座
•        其他2.54mm连接器
•        功率级连线端子
•        短路帽与测试点
•        IC座
•        FPC连接器

1、 排针、排母
排针和排母是电路板信号传输最常见的连接器件,广泛应用于各实验室和工厂产品中。标准间距的排针和排母的引脚间距为2.54mm(英制100mil),此外还有引脚间距2mm和1.27mm规格的排针排母(越小越贵)。排针和排母可以直接对插实现电气连接,如图1.1所示。

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图1.1 排针和排母

如表1.1所示,标准间距的针插型排针和排母主要有6种外形结构。
  • 排针和排母非定制最大是40针长度,小于40针的特定长度也可直接买到(每针平均单价要贵)。
  • 单排针非常易于掰开作为更短排针使用;双排针则需借助斜口钳或刀具才能进行分割。
  • 排母截取小段使用时必须使用斜口钳或刀具,而且会至少破坏掉1针,边缘也会不美观;对外管有要求,则建议直接采购特定针数的排母。


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表1.1 针插式排针排母的主要外形

几类特殊形态的排针和排母如图1.2-图1.6所示:
图1.2所示为彩色排针, 满足分类标识和个性化需求。

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图1.2彩色排针、彩色排母

图1.3中为加长排针和排母,有单面加长和两面都加长的款式都有。其中两面加长排针可以用于电路板两面都进行排针连接。加长排母则可实现电路板一面排针连接,另一面排母连接。

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图1.3 加长排针和排母

图1.4所示为双塑加高排针和排母。所谓双塑就是有两个塑料限位块,此类排针和排母常用于两块电路板间隔一定高度直接对插。

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图1.4 双塑加高排针和排母

如图1.5所示为贴片排针。分为单排直插、双排直插、单排侧插、双排侧插几种。

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图1.5 直插式贴片排针和侧插式贴片排针

如图1.6所示为贴片排母。同样分为单排直插、双排直插、单排侧插、双排侧插几种。

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图1.6 直插式贴片排母和侧插式贴片排母

作为接插件,连接可靠性是首位,所以接插件还有一个通用指标是镀金与否、镀金层的厚度。如图1.7所示,还有功能类似,接插更可靠的圆孔排针排母系列。

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图1.7 圆孔排针排母

除以上2.54mm间距排针排母外,比较常见的还有2mm和1.27mm排针排母,如图1.8和图1.9所示。这些排针排母也都有单双排、贴片或弯针等型号(无加长型号)。

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图1.8  2mm间距排针排母

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图1.9  2mm间距排针排母

2、插拔式压线端子与导线
如图2.1所示为各种插拔式连接线及其端子的特写图片。想要正确使用各种接插件的连接线,必须对压线端子和导线的知识有所了解。

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图2.1 插拔式连接线及其端子

如图2.2所示为插拔式压线端子的一般构造,分为三个部分:
  • 最前面是弹性插簧,以便和排针等元件构成电气接触。
  • 中间是压接导体的小开口,以便压接导线的多股铜线部分,构成导线与压接端子的电气连接。
  • 最后是压接绝缘层的大开口,以便压接带绝缘的导线,承担导线与压接端子的机械受力(耐拉力)。
  • 专用的压线钳钳口分大小两个部分,在同一时间,分别压接导体和绝缘层。压接效果如图2.1右所示。




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图2.2 插拔式压线端子及专用压线钳口的构造

压线端子需要选用多芯导线(不能用单股硬线),同一压线端子可匹配一定粗细范围的导线,具体线号由连接线电流决定。通常机箱内部电子线,可以选择美标UL1007系列(耐压300V,温度80℃)AWG30-AWG16系列镀锡电线。如表2.1所示为UL1007线缆主要规格参数。

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表2.1 UL1007系列8种线缆主要参数

需要说明的是,从可靠性角度出发,连接线的端子首选购买成品机器压制的,无合适产品(例如导线长度或线径不合适)时,才手工压制。

3、杜邦线
杜邦线(排线)、搭配排针、排母使用,构成最常用的电路板连线方式。如图3.1所示为常见的彩色杜邦线,一般10色循环、40条为一组,长度可以定制。
选择成品杜邦线时,需注意公头还是母头,以便与排针或者排母进行连接。

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图3.1 彩色杜邦排线

  • 如果选择如图3.2所示不带壳杜邦线,则可以插上合适孔数的一体杜邦塑料壳使用,以方便整体插拔。
  • 自行压制杜邦线时,适用导线线径AWG28~22。


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图3.2  2.54mm杜邦线胶壳及压线端子

如图3.3所示为TJC8系列带扣杜邦头和配套针座,可以防止意外脱落。注意,其金属压线端子外观与如图3.2所示普通2.54mm杜邦压线端子是不一样的,适用导线线径AWG28~22。

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图3.3 带扣杜邦头和针座

如图3.4所示,为匹配2mm排针的2mm杜邦头。注意对比图3.2中标准2.54mm杜邦头的长宽比例。其金属压线端子也与其他杜邦压线端子不一样,适用导线线径AWG30~26。

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图3.4 2mm间距杜邦头

4、XH2.54系列连接器
如图4.1所示为单排XH2.54白壳连接器,它比普通排针排母多了一圈外壳和卡槽,具备防呆功能不容易插错。压线端子适用导线线径AWG26~22。

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图4.1 XH2.54系列针插连接器

如图4.2所示为单排XH2.54连接器的贴片版本,分立贴和卧贴两种。

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图4.2 XH2.54系列贴片连接器

如图4.3所示为XHB2.54系列带扣白壳连接器。相比XH2.54连接器,XHB系列多了卡扣,防止脱落。

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图4.3 XHB2.54系列带扣白壳连接器

如图4.4所示为XHD2.54系列双排连接器。可以看到XHD2.54双排连接器的金属端子与普通XH2.54连接器的外观不一样,明显要长许多,更接近杜邦金属端子。

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图4.4 XHD2.54系列双排连接器

如图4.5所示为XH2.54 空中对接端子。相比普通XH2.54端子,空中对接端子不焊在电路板上,而是直接公母排线对接。

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图4.5 XH2.54 空中对接端子

与XH2.54系列具备对应功能,但引脚间距为2.0mm的有PH2.0单排连接器、HY2.0单排带扣连接器、PHD2.0双排连接器和PHB2.0双排带扣连接器。

5、FC压线头和DC2/DC3牛角座
如图5.1所示为DC2牛角座连接器和DC3简易(牛角)连接器,两者的区别是DC2带有锁紧装置,缺点是要占用更大的电路板面积。现在更多使用DC3简易(牛角)连接器。

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图5.1 DC2牛角座连接器和DC3简易(牛角)连接器

DC2和DC3使用如图5.2左所示的FC双头电缆进行连接。该电缆由图5.2中间所示FC压线头和图5.2右所示的线距1.27mm的UL2651灰排线压制而成(1.27mm彩色杜邦线也适用),有专用FC压线钳,也可以用榔头砸。FC双头电缆是压制最为简易的连接线,常用于LED显示屏和JTAG下载器。

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图5.2 FC双头电缆、FC压线头和灰排线

牛角连接器也有2mm和1.27mm间距的直针/弯针/贴片版本,这里就不一一说明了。

6、其他2.54mm连接器
如图6.1所示为KF2510系列连接器,适用线径AWG28-22。
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图6.1 KF2510系列连接器

如图6.2所示为SM2.54系列对插线连接器,适用线径AWG28-22。

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图6.2 SM2.54系列对插线连接器

如图6.3所示为JST/SYP2.54系列对插线连接器,适用线径AWG24-18。

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图6.3  JST/SYP2.54系列对插线连接器

上面这三种连接器多用于电源线的连接。KF2510为板载连接器,SM2.54和JST/SYP2.54为空中对插式,JST/SYP2.54以2P居多,多用于电池连线。

7、功率级连线端子
中等功率板载功率级连接端子按间距分有3.81mm、3.96mm、5.08mm、7.62mm、9.5mm几种常用规格,有插拔式和压线式,一般耐压300V。通常3.81/3.96mm间距的端子最大电流为10A,5.08mm间距端子最大电流15A,7.62mm间距端子最大电流20A,9.5mm间距端子最大电流30A。更大电流的接线端子则为PCB-xx系列纯金属焊接端子。

(1)3.96mm接线端子
如图7.1~图7.3所示为3.96mm间距的常见接线端子。
  • 如图7.1所示的HT3.96系列是可插拔式的,导线通过螺丝压接在公端子(按塑料外壳定义公母)上,母端子焊接在电路板上,母端子分直针和弯针。
  • 如图7.2所示的KF/KB3.96系列是导线通过螺丝直接压接在端子上,母端子焊接在电路板上,不能随意插拔,端子仅有直针,端子两端有槽,可以拼接使用。
  • 如图7.3所示的VH3.96和CH3.96系列是可插拔式的,但导线需要金属接压线端子后使用,使用不如HT3.96方便。VH3.96和CH3.96的区别主要在压线端子形状不一样。



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图7.1 HT3.96 插拔式接线端子

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图7.2  KF/KB3.96螺钉式可拼接接线端子

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图7.3  VH3.96和CH 3.96插拔式接线端子

(2)3.81mm接线端子
如图7.4所示为3.81mm间距的常见接线端子,具体型号为KF2EDG 3.81系列。
  • 可插拔,导线连接方式与HT3.96相同,母端子也分直针和弯针。
  • 与HT3.96系列相比,KF2EDG 3.81系列每一个针槽都是独立的,塑料卡扣结合更加紧密。
  • 如图7.4右所示,它还有两端带耳式款,可以通过螺丝将公母插槽机械固定,不会脱扣。


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图7.4 KF2EDG 3.81接线端子

(3)5.08mm接线端子
  • 如图7.5~图7.8所示为5.08mm间距的常见接线端子。
  • 如图7.5所示的KF2EDGK 5.08插拔式接线端子,外观与HT3.96接近,可随意插拔,母端子也分直针和弯针。
  • 如图7.6所示的KF128/129/301 5.08mm 接线端子,不能随意插拔,端子仅有直针,端子两端有槽,可以拼接使用。三者区别主要在端子的高度、压接簧片的构造不同。
  • 如图7.7所示的CH5.08接线端子,类似CH3.96系列,仅引脚间距不同。
  • 如图7.8所示的2EDGWC 5.08穿墙式接线端子,可以随意插拔,公母插头均为螺丝压线式,适用于安装在机箱面板上。


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图7.5  KF2EDGK 5.08插拔式接线端子

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图7.6 KF128/129/301 5.08mm 接线端子

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图7.7  CH 5.08插拔式接线端子

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图7.8  2EDGWC 5.08穿墙式接线端子

(4) 7.62mm接线端子
如图7.9所示为7.62mm间距的常见接线端子,具体型号为KF7.62系列。配合裸冷压端子UT、OT,或预绝缘冷压端子SV、RV使用。

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图7.9 KF7.62 接线端子与冷压端子

(5) 9.5mm接线端子
如图7.10所示为9.5mm间距的常见接线端子,具体型号为HB/KF9500系列,同样搭配冷压端子使用,有的还带有绝缘上盖。

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图7.10 HB/KF9500系列9.5mm接线端子

(6) PCB-XX系列焊接端子
如图7.11所示为大功率的PCB-XX系列焊接端子。
  • 根据不同大小,电流可由10A至200A。
  • 按引脚数目,有单脚、2脚、4脚、6脚、8脚,一般电流越大,引脚数越多。
  • 按外形,分贴片式/针插式,顶面接线/侧面接线。


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图7.11 PCB-XX系列焊接端子

如图7.12所示为全套使用的PCB-XX系列焊接端子,包括配套的螺丝、垫片(方或圆)、弹簧垫和冷压端子(OT、UT、SV、RV)。

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图7.12 PCB-XX系列焊接端子与螺丝、垫片、弹簧垫、冷压端子


8、短路帽与测试点
如图8.1所示,短路帽(跳线帽)插在排针上,用于信号的选择(代替开关)。

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图8.1 短路帽/跳线帽

如图8.2所示,为方便使用和标识,短路帽有多联、长款、彩色和其他间距多种型号。

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图8.2 形状各异的短路帽

如图8.3所示的测试点端子,用于连接各种设备的探针探头,测量调试电路板用。

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图8.3 板载针插式测试端子

如图8.4所示为贴片型板载测试端子,它们的尺寸和贴片电阻相当,例如图8.4的贴片测试端子的尺寸分别为2.7mm*1.0mm 和3.8mm*2.8mm。

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图8.4 板载贴片测试端子

9、IC座
如图9.1所示,对于DIP或PLCC封装的元件,可以直接焊接在电路板上,也可以选择使用IC座,以方便更换,其中圆孔的IC座有镀金款,更为可靠。

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图9.1  IC座

如图9.2-图9.5所示为典型的几种IC测试座。IC测试座用于测试芯片好坏,给芯片烧录程序。

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图9.2  DIP14封装芯片测试座


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图9.3 宽体DIP40封装芯片测试座

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图9.4  SOP28封装芯片测试座

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图9.5  TQFP48封装芯片测试座

10、FPC连接器
如图10.1所示的液晶显示器常使用柔性电路板(Flexible Printed Circuit 简称FPC)排线来进行与PCB板的连接。

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图10.1 使用FPC进行连接的液晶显示器

如图10.2所示,可以用两个FPC连接器+FPC排线来实现连接两块电路板。

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图10.2  FPC连接器与FPC排线









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使用插件可以提高电路系统稳定性,可以给学校下一届的进行基础知识更深层次的普及了,期待后续课程。

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发表于 2020-4-1 09:52:53   只看该作者
好好学习天天向上

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涨知识了,电赛党前来学习

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受教了受教了 感谢感谢

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支持支持!很详细!学到了

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有的时候板子上需要杜邦线链接,放久了就不记得接哪了

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没想到这节的元件基本全用过:lol
学起来好轻松~

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电路板中加入测试点能在最后简化测试过程

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后排留名,排针真的很好用

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后排留名,排针真的很好用

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我在选择这些端子的时候,就喜欢选择镀金的,请问一下老师镀金有没有必要

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学到了学到了,小白前来报到

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几个月前做最小系统的时候用到过一些

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