47Nk конденсатор какая емкость: Новое. Конденсаторы на интернет-аукционе Au.ru

Abstract

Реальность современных керамических конденсаторов малого форм-фактора является хорошим напоминанием о том, что всегда нужно читать техпаспорт. В этом руководстве объясняется, почему обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения. Инженеры должны проверять данные, чтобы знать, действительно знать, как конкретный конденсатор будет работать под напряжением.

Аналогичная версия этой статьи появилась на EDN , 26 ноября 2012 г.

Введение: я был удивлен

Несколько лет назад, после более чем 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Я работал над драйвером светодиодной лампочки, и постоянная времени RC-цепи в моем проекте просто не подходила.

Я сразу предположил, что на плате установлены неправильные номиналы компонентов, поэтому я измерил два резистора, составляющих делитель напряжения. Они были в порядке. Я выпаял конденсатор из платы и измерил его. Тоже было нормально. На всякий случай я купил новые резисторы и конденсатор, измерил и установил их. Я запустил схему, проверил правильность основных операций и пошел посмотреть, решена ли моя проблема с постоянной времени RC. Не было.

Я тестировал схему в ее естественной среде: в ее корпусе, который сам был в корпусе, имитирующем «банку» для потолочного освещения. Температуры компонентов в некоторых случаях превышали +100°C. Даже за то короткое время, которое мне понадобилось, чтобы перепроверить поведение RC, все могло стать довольно жарко. Мой следующий вывод, конечно же, заключался в том, что проблема заключалась в изменении температуры конденсатора.

Я скептически отнесся к этому заключению, так как использовал конденсаторы X7R, которые, как я знал много лет, изменялись только на ±15% до +125°C. Чтобы быть уверенным и подтвердить свою память, я просмотрел техпаспорт конденсатора, который использовал. Вот тогда и началось мое перевоспитание керамических конденсаторов.

Общие сведения о некоторых основных типах керамических конденсаторов

Для тех, кто не помнит этот материал (как практически все), в Таблице 1 показаны буквы и цифры, используемые для обозначения типов керамических конденсаторов, и их значение. В этой таблице описывается керамика класса II и класса III. Не вдаваясь в подробности, отметим, что конденсаторы класса I включают обычный тип COG (NPO). Они не так объемно эффективны, как представленные в нашей таблице, но они гораздо более стабильны в условиях окружающей среды и не проявляют пьезоэффекта. Однако те, что указаны в таблице ниже, могут иметь самые разные характеристики; они будут расширяться и сжиматься при подаче напряжения, иногда вызывая слышимое гудение или звон, пьезоэффекты.

Из многих типов конденсаторов, описанных выше, наиболее распространенными, по моему опыту, являются X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использую Y5V из-за чрезвычайно большого изменения емкости в зависимости от условий окружающей среды.

Когда производители конденсаторов разрабатывают продукты, они выбирают материалы с характеристиками, которые позволят конденсаторам работать в пределах указанного отклонения (3-й знак) в указанном диапазоне температур (1-й и 2-й знак). Конденсаторы X7R, которые я использовал, не должны отличаться более чем на ±15% в диапазоне температур от -55°C до +125°C. Итак, либо у меня была плохая партия конденсаторов, либо что-то еще происходило в моей схеме.

Не все X7R одинаковы

Поскольку моя проблема постоянной времени RC была намного больше, чем можно было бы объяснить заданным изменением температуры, мне пришлось копать глубже. Глядя на данные об изменении емкости в зависимости от приложенного напряжения для моего конденсатора, я был удивлен, увидев, насколько емкость изменилась в зависимости от условий, которые я установил. Я выбрал конденсатор на 16 В для работы со смещением 12 В. В техпаспорте указано, что мой конденсатор на 4,7 мкФ обычно обеспечивает емкость 1,5 мкФ в этих условиях! Сейчас этот объясняет проблему, с которой столкнулась моя RC-схема.

Затем в техпаспорте было показано, что если бы я просто увеличил размер своего конденсатора с 0805 до 1206, типичная емкость в этих условиях составила бы 3,4 мкФ. Это потребовало дополнительного расследования.

Я обнаружил, что на веб-сайтах Murata и TDK ^® есть отличные инструменты, которые позволяют отображать изменения конденсаторов в различных условиях окружающей среды. Я исследовал конденсаторы 4,7 мкФ различных размеров и номиналов напряжения. На рис. 1 представлены данные, полученные с помощью инструмента Murata для нескольких различных керамических конденсаторов емкостью 4,7 мкФ. Я рассмотрел оба типа X5R и X7R в размерах корпуса от 0603 до 1812 и с номинальным напряжением от 6,3 В _DC до 25V _DC .

Рис. 1. Изменение емкости в зависимости от напряжения постоянного тока для некоторых конденсаторов емкостью 4,7 мкФ.

Обратите внимание, во-первых, что по мере увеличения размера корпуса изменение емкости при приложенном постоянном напряжении существенно уменьшается.

Второй интересный момент заключается в том, что в пределах размера корпуса и типа керамики номинальное напряжение конденсаторов часто не имеет значения. Я ожидал, что использование конденсатора с номиналом 25 В при напряжении 12 В будет иметь меньше вариаций, чем конденсатор с номиналом 16 В при том же смещении. Глядя на трассировки для X5R в корпусе 1206, мы видим, что часть с номинальным напряжением 6,3 В действительно работает лучше, чем ее собратья с более высоким номинальным напряжением. Если бы мы рассмотрели более широкий диапазон конденсаторов, мы бы обнаружили, что такое поведение является обычным явлением. Набор конденсаторов, который я рассматривал, не проявляет такого поведения в такой степени, как керамические конденсаторы в целом.

Третье наблюдение заключается в том, что для одного и того же корпуса X7R всегда имеют лучшую чувствительность к напряжению, чем X5R. Я не знаю, справедливо ли это для всех, но в моем исследовании это действительно так.

Используя данные этого графика, в таблице 2 показано, насколько уменьшились емкости X7R при смещении 12 В.

Мы видим устойчивое улучшение по мере перехода к конденсаторам большего размера, пока не достигнем размера 1210. Выход за пределы этого размера не дает никаких улучшений.

В моем случае я выбрал наименьший доступный корпус для 4,7 мкФ X7R, потому что размер был проблемой для моего проекта. По своему невежеству я предполагал, что любой X7R столь же эффективен, как и любой другой X7R — очевидно, это не так. Чтобы получить надлежащую производительность для моего приложения, мне пришлось использовать пакет большего размера.

Правильный выбор конденсатора

Очень не хотелось переходить на 1210 пакет. К счастью, у меня была возможность увеличить номиналы задействованных резисторов примерно в 5 раз и, таким образом, уменьшить емкость до 1,0 мкФ. На рис. 2 показано поведение напряжения нескольких конденсаторов X7R на 16 В, 1,0 мкФ в сравнении с их аналогами на 4,7 мкФ, 16 В, X7R.

Рис. 2. Производительность конденсаторов 1,0 мкФ против 4,7 мкФ.

Конденсатор 0603 1,0 мкФ ведет себя примерно так же, как устройство 0805 4,7 мкФ. Конденсаторы 0805 и 1206 емкостью 1,0 мкФ работают немного лучше, чем конденсатор 1210 емкостью 4,7 мкФ. Таким образом, используя устройство 0805 1,0 мкФ, я смог сохранить размер конденсатора неизменным, в то же время получив конденсатор, который упал только до 85% от номинального, а не до 30% от номинального при смещении.

Но предстояло узнать больше. Я все еще был в замешательстве. У меня сложилось впечатление, что все конденсаторы X7R должны иметь одинаковые коэффициенты напряжения, так как используется один и тот же диэлектрик, а именно X7R. Я связался с коллегой и экспертом по керамическим конденсаторам.¹ Он объяснил, что есть много материалов, которые можно отнести к категории «X7R». Фактически, любой материал, который позволяет устройству соответствовать или превосходить температурные характеристики X7R, ±15% в диапазоне температур от -55°C до +125°C, может называться X7R. Он также пояснил, что для X7R или любых других типов не существует спецификации коэффициента напряжения.

Это очень важный момент, поэтому я повторю его. Поставщик может назвать конденсатор X7R (или X5R, или любой другой тип), если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения.

Как разработчику приложений, этот факт просто подкрепляет старую максиму (каламбур), которую знает любой опытный разработчик приложений: «Читайте техническое описание!»

По мере того, как поставщики конденсаторов изготавливали компоненты все меньше и меньше, им приходилось идти на компромисс в отношении используемых материалов. Чтобы получить необходимую объемную эффективность при меньших размерах, им пришлось принять худшие коэффициенты напряжения. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса. Следовательно, при использовании керамических конденсаторов в небольших корпусах или вообще каких-либо компонентов крайне важно читать техпаспорт. К сожалению, часто общедоступные таблицы данных сокращены и содержат очень мало такой информации, поэтому вам, возможно, придется запросить более подробную информацию у производителя.

А как насчет тех Y5V, которые я сразу отверг? Ради интереса рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду называть производителя этой детали, так как она ничем не хуже Y5V любого другого производителя. Я выбрал конденсатор емкостью 4,7 мкФ с номиналом 6,3 В в корпусе 0603 и посмотрел характеристики на 5 В и +85°C. При 5 В типичная емкость на 92,9% ниже номинальной или 0,33 мкФ. Это верно. Смещение этого конденсатора с номинальным напряжением 6,3 В на 5 вольт приведет к тому, что емкость будет в 14 раз меньше номинальной. При +85°C при смещении 0 В емкость уменьшается на 68,14%, с 4,7 мкФ до 1,5 мкФ. Теперь вы можете ожидать, что это уменьшит емкость при смещении 5 В с 0,33 мкФ до 0,11 мкФ. К счастью, эти два эффекта не сочетаются таким образом. В данном случае изменение емкости при смещении 5В при комнатной температуре хуже, чем при +85°С. Чтобы было ясно, с этой частью при смещении 0 В мы видим падение емкости с 4,7 мкФ при комнатной температуре до 1,5 мкФ при +85 ° C, а при смещении 5 В емкость увеличивается с температурой с 0,33 мкФ при комнатной температуре до 0,39.мкФ при +85°C. Это должно убедить вас в том, что вам действительно нужно тщательно проверять спецификации компонентов.

Заключение

В результате этого урока я больше не просто указываю конденсатор X7R или X5R коллегам или клиентам. Вместо этого я указываю конкретные детали от конкретных поставщиков, чьи данные я проверил. Я также предупреждаю клиентов, чтобы они проверяли данные при рассмотрении альтернативных поставщиков в производстве, чтобы убедиться, что они не столкнутся с этими проблемами.

Главный урок здесь, как вы могли догадаться, заключается в том, чтобы «читать техпаспорт» каждый раз, без исключений. Запрашивайте подробные данные, если техпаспорт не содержит достаточной информации. Помните также, что обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R, X5R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения. Инженеры должны проверять данные, чтобы знать, действительно знать, как конкретный конденсатор будет работать под напряжением.

Наконец, имейте в виду, что по мере того, как мы продолжаем безумно стремиться к все меньшим и меньшим размерам, это становится все более серьезной проблемой с каждым днем.