1.5 温度、湿度和霉菌因素影响

实践表明，电子元件的故障率随元件温度的升高呈指数关系而增加，设备线路的性能则与温度的变化成反比。因此，为了提高设备的工作性能和可靠性，在进行设备的结构设计时，必须对设备和元器件的热特性进行仔细的分析和研究，以便进行合理的热设计。

1.5.1 温度对元器件的影响

（1）温度对真空器件的影响

过高的温度对真空器件玻璃壳和内部结构均有不良的影响。此外，温度过高会使玻璃壳产生热应力而损坏，同时也能使管内的气体电离，电离后的离子将轰击阴极，破坏其涂覆层，导致发射率下降，加速老化，降低其工作寿命。因此，真空器件的玻璃壳温度不得超过150～200℃。

（2）温度对功率器件的影响

功率器件的结温是由功率器件的耗散功率、环境温度以及散热情况所决定的，而功率器件结温对其工作参数及可靠性有很大的影响。

① 功率器件的电流放大倍数随结温的升高而增大。这将引起工作点的漂移，增益不稳定，可能造成多级放大器自激或振荡器频率不稳定等不良后果，即使采用各种补救措施，其影响也不能完全消除。因此温度的变化是使设备性能不稳定的因素之一。

② 功率器件的热击穿。当功率器件的结温升高时，会使穿透电流和电流放大倍数迅速增加，由于集电极电流的增大促使结温进一步升高，而结温升高又使电流进一步增大，如此形成了恶性循环直至功率器件损坏。为了防止热击穿，功率器件的结温就不宜过高。

结温对功率器件损坏率的影响如表1-2所示。从表中可以看出，降低功率器件的结温可减小损坏率。

（3）温度对电阻和电容类器件的影响

温度的升高导致电阻的使用功率下降。如RTX型碳膜电阻，当环境温度为40℃时，允许的使用功率为标称值的100%；环境温度增至100℃时，允许使用功率仅为标称值的20%。又如RJ-0.125W金属电阻，环境温度为70℃时，允许使用功率为标称值的100%；当环境温度为125℃时，允许使用功率仅为标称值的20%。此外，温度的变化对阻值大小有一定的影响，温度每升高或降低10℃，电阻大约要变化1%。因此，各类电阻的使用环境温度都有一定的限制，如表1-3所示。

温度对电容器的影响主要是降低其使用时间。通常认为，在超过规定许用温度下，工作时每提高10℃，使用时间就要下降一半。此外，温度的变化也会引起电容和功率因素等参数的变化。因此，对各种电容器的允许工作温度也作了规定，如表1-4所示。

（4）温度对电感类器件（变压器和扼流圈）的影响

电感类器件常见的有变压器和扼流圈等。温度对这两类元件的影响除降低其使用时间外，绝缘材料的性能也下降。一般变压器、扼流圈的允许温度要低于95℃。

（5）温度对微波器件的影响

微波器件包括微波管（如磁控管、速调管和行波管）和微波半导体器件（如变容管、隧道二极管和微波晶体管）等。温度对微波管的影响主要表现在：温度过高将影响微波管的谐振频率、工作效率、工作稳定性及工作寿命等。通常，微波管需要冷却的部件包括收集极、管体和电磁线圈，有时输出窗和阴极引线也需要冷却。

用变容管做成的参量放大器，为了减小其热噪声，也需要采取适当的冷却措施。

1.5.2 湿度对整机的影响

在不良气候环境中，潮湿对设备的威胁最大，尤其在低温高湿条件下，使空气湿度达到饱和而使机内元器件和印制电路板上产生凝露现象，使电性能下降，故障率上升。若在高温高湿（如南方气候）的条件下，水分附着在材料表面或渗入内部，使材料表面电导率增加，造成短路，由短路造成的大电流会引起火灾。库存、闲置或周期性停机的设备，由于没有经常开机，失去了机内温升自动驱潮的机会，往往更容易发生故障。另外，潮湿能加速金属材料的锈蚀，在有盐雾和酸碱等腐蚀性物质的空气作用下，金属的腐蚀更加严重。在一定温度下，潮湿能促进霉菌的生长，并引起非金属材料的霉烂。因此，防湿、防盐雾和防霉菌三者很难截然分开。

在设计电子设备时采取防潮措施是必要的。首先要合理选用材料，在满足结构强度、性能要求和经济性的情况下，应采用耐腐蚀、耐湿、化学稳定性好的材料；同时还应采取如下措施：

① 浸渍。浸渍是将处理的元器件或材料浸入不吸湿的绝缘漆中，经过一定时间，使绝缘液体进入元器件或材料的小孔、缝隙和结构的空隙，从而提高元器件或材料的防潮性能。浸渍主要用于线绕产品（变压器和电感线圈等）。在浸渍时，空隙和气孔被填满的同时在绕组表面会形成绝缘层，由于浸渍的结果提高了电气强度和机械强度，以及因排挤出热导率低的空气而改善了线绕部件的导热性。

② 灌封。灌封是用热熔状态的树脂和橡胶等将元器件浇注封闭，形成一个与外界环境完全隔绝的独立整体。灌封除可以保护元器件避免潮湿和腐蚀外，还能避免强烈振动、冲击及剧烈温度变化对电子元器件造成的不良影响。此法适用于小型的单元电路、部件及元器件。因为维修时难以单独拆卸已灌封的内部个别元件，因而需整体更换。所以不适合大面积的灌封，只适用于对潮湿较为敏感的细小部件和单元电路。

对于灌封材料的要求是应具有优异的黏附力、很小的透湿性、较高的软化点以及优良的向物体缝隙渗透能力。

③ 密封。密封是一种机械防潮的手段。将元器件、部件或一些复杂的装置等安装在不透气的密封盒内，这是防止潮湿长期影响的有效方法。

④ 驱潮。对于一些不经常使用的仪器，通过定期定时通电加热的方法，让其自动驱除潮气。

⑤ 吸潮。将一些具有较大吸水性的吸潮剂（如硅胶）置于仪器内部进行吸潮。硅胶可以吸收其本身重量30%的水分，硅胶吸水达到饱和时呈蓝紫色，可在120～150℃的烘箱中烘干后继续使用，所以用硅胶作为吸潮剂是一种较为经济有效的办法。

1.5.3 霉菌对整机的影响

霉菌是指生长在营养基质上而形成的绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌丝体的真菌。霉菌的繁殖是它的孢子在适宜温度（如20～30℃）、湿度、pH值和其他条件下发芽和生长，繁殖非常迅速（其细胞每15～20 min即可分裂一次），霉菌可谓无孔不入，凡是空气能潜入的地方它都能进入。由于霉菌的繁殖既可通过自身分泌的酶在潮湿条件下分解有机物而获取养料，又可在元器件上的灰尘、人手留下的汗迹和油迹中摄取营养，这个摄取营养的过程就是霉菌侵蚀和破坏许多有机物的根本原因。霉菌对电子设备的危害分为直接危害和间接危害两种：

① 直接危害。由于霉菌在生长和繁殖过程中从有机材料中摄取营养成分，从而使材料结构发生破坏，强度降低，物理性能变坏，电性能恶化。同时，霉菌本身作为导体可以造成短路，给电子设备带来更严重的后果。

② 间接危害。由于霉菌在新陈代谢过程中分泌出的二氧化碳及其酸性物质引起金属腐蚀和绝缘材料的性能恶化。同时，霉菌还会破坏元器件和产品的外观，给人的身体健康造成危害。

在设计电子设备时采取防霉菌措施是必要的，首先要合理选用材料，在满足结构强度、性能要求和经济性的情况下，应采用抗霉、化学稳定性好的材料；同时还应采取如下措施：

① 控制环境条件。因为霉菌的生长和繁殖需要适当的环境，如能破坏其生长条件就能达到防霉菌的目的。如在产品内部放入干燥剂或采取密封措施，保持设备内部干燥。经常保持产品的清洁，有条件时可将产品处于低温（6℃是霉菌的最低生长温度）和通风良好的干燥环境中。

② 使用抗霉材料。材料的抗霉性主要取决于材料本身的性质。一般含有天然的有机材料，如皮革、木材、棉织品、丝绸和纸制品等极易受霉菌的侵蚀，而石英粉和云母等无机矿物质材料则不易长霉。因此，电子设备中应尽量避免使用上述各种有机材料，宜采用玻璃纤维、石棉、云母和石英等填料的层压塑料和层压材料；橡胶宜采用氟橡胶、硅橡胶和氯丁橡胶等合成橡胶；黏合剂及密封胶宜采用以环氧、环氧酚醛和有机硅环氧合成树脂（或合成橡胶）为基本成分的黏合剂；绝缘漆宜采用改性环氧树脂漆和以有机硅为基本成分的油漆。

③ 用紫外线杀菌。用足够强度的紫外线的辐射和日光的照射，不仅能防止霉菌对电子设备的侵入，而且可以消灭霉菌。

④ 防霉处理。当不得不使用不耐霉或耐霉性差的材料时，则必须使用防霉剂进行防霉处理。防霉剂是化学药品，能够抑制霉菌的生长和繁殖或将其杀灭。

防霉剂的使用方法有3种：①混合法把防霉剂与材料混合在一起，制成具有防霉能力的材料；②喷涂法把防霉剂和清漆混合后，喷涂于整机、零部件和材料表面；③浸渍法制成防霉剂溶液，对材料进行浸渍处理。

关于防霉处理见第5章的相关内容。