Как правильно измерять емкость конденсаторов. Какие существуют единицы измерения емкости. Как перевести емкость из одних единиц в другие. Как характеристики конденсаторов зависят от напряжения и температуры.
Основные единицы измерения емкости конденсаторов
Емкость конденсаторов измеряется в фарадах (Ф). Однако на практике чаще используются более мелкие единицы:
- пикофарад (пФ) = 10^-12 Ф
- нанофарад (нФ) = 10^-9 Ф
- микрофарад (мкФ) = 10^-6 Ф
Почему используются разные единицы? Это связано с широким диапазоном емкостей применяемых конденсаторов — от единиц пФ до тысяч мкФ. Использование подходящих единиц упрощает запись номиналов.
Таблица перевода единиц емкости конденсаторов
Для удобства пересчета между единицами можно использовать следующую таблицу:
| пФ | нФ | мкФ |
|---|---|---|
| 1 | 0.001 | 0.000001 |
| 1000 | 1 | 0.001 |
| 1000000 | 1000 | 1 |
Как пользоваться таблицей? Например, чтобы перевести 470 пФ в нФ, нужно умножить на 0.001. Получаем 0.47 нФ.
Маркировка емкости на конденсаторах
На корпусах конденсаторов емкость часто указывается в сокращенном виде. Рассмотрим основные варианты маркировки:
- 104 = 100000 пФ = 100 нФ = 0.1 мкФ
- 2n2 = 2.2 нФ
- 4u7 = 4.7 мкФ
Как расшифровать такую маркировку? Цифры обозначают значащие цифры, а буква — множитель и единицу измерения. Например, 4u7 означает 4.7 мкФ.
Влияние напряжения на емкость керамических конденсаторов
Емкость керамических конденсаторов может меняться при подаче постоянного напряжения. Это явление называется «смещение по постоянному току». Насколько сильно изменяется емкость?
Степень изменения зависит от типа керамики:
- Конденсаторы с высокой диэлектрической проницаемостью (X5R, X7R) могут терять до 80% номинальной емкости при номинальном напряжении
- Конденсаторы с температурной компенсацией (C0G/NP0) практически не меняют емкость
Почему это происходит? У керамики с высокой диэлектрической проницаемостью под действием электрического поля меняется кристаллическая структура, что приводит к уменьшению емкости.
Температурная зависимость емкости конденсаторов
Емкость конденсаторов также зависит от температуры. Насколько сильно? Это определяется температурным коэффициентом емкости (ТКЕ).
Типичные значения ТКЕ для разных типов конденсаторов:
- C0G/NP0: ±30 ppm/°C
- X7R: ±15% в диапазоне -55…+125°C
- Y5V: +22%/-82% в диапазоне -30…+85°C
Как выбрать подходящий тип? Для прецизионных цепей лучше использовать C0G/NP0. Для общего применения подойдет X7R. Y5V применяется только там, где точность не важна.
Частотные свойства конденсаторов
На высоких частотах реальный конденсатор ведет себя не как идеальная емкость. Какие паразитные эффекты проявляются?
- Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
- Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL)
Как это влияет на работу? ESR приводит к потерям энергии и нагреву конденсатора. ESL ограничивает максимальную рабочую частоту. На определенной частоте конденсатор начинает вести себя как индуктивность.
Выбор конденсаторов для различных применений
Как правильно выбрать тип конденсатора? Это зависит от требований схемы:
- Для развязки питания: керамические X5R/X7R большой емкости
- Для прецизионных фильтров: C0G/NP0 с малыми потерями
- Для больших емкостей: электролитические алюминиевые или танталовые
- Для высоких напряжений: пленочные или керамические специальных серий
Почему важно учитывать применение? Неправильный выбор может привести к нестабильной работе схемы, повышенным потерям или даже выходу из строя.
Практические советы по применению конденсаторов
Чтобы обеспечить надежную работу схемы, следует соблюдать несколько правил:
- Не превышать максимальное рабочее напряжение конденсатора
- Учитывать снижение емкости керамических конденсаторов при подаче напряжения
- Для ответственных узлов использовать конденсаторы с температурной компенсацией
- Располагать развязывающие конденсаторы максимально близко к выводам питания микросхем
- В высокочастотных цепях учитывать паразитные параметры конденсаторов
Почему важно следовать этим правилам? Это поможет избежать нестабильной работы, повышенных шумов и других проблем в схеме.
Особенности применения электролитических конденсаторов
Электролитические конденсаторы имеют ряд особенностей:
- Полярные — нельзя подавать обратное напряжение
- Имеют ограниченный срок службы
- Чувствительны к повышенной температуре
- Обладают значительными утечками тока
Как учесть эти особенности? Следует правильно подключать полярность, обеспечивать хороший теплоотвод, периодически заменять в ответственных узлах.
Применение конденсаторов в импульсных схемах
В импульсных преобразователях к конденсаторам предъявляются повышенные требования:
- Низкий ESR для уменьшения потерь
- Высокая допустимая пульсация тока
- Стабильность параметров при изменении напряжения и температуры
Какие типы конденсаторов лучше использовать? Для входных и выходных цепей — специализированные электролитические с низким ESR. Для высокочастотной фильтрации — керамические.
Измерение емкости конденсаторов
Для точного измерения емкости используются специальные приборы — измерители RLC. Как правильно проводить измерения?
- Выбрать подходящий диапазон измерений
- Учесть рабочую частоту измерительного сигнала
- При необходимости провести калибровку щупов
- Для электролитических конденсаторов соблюдать полярность
Почему важна точность измерений? Реальная емкость может отличаться от номинальной на 5-20%. Точные измерения позволяют правильно подобрать компоненты.
Измерение емкости мультиметром
Многие мультиметры имеют функцию измерения емкости. В чем особенности такого метода?
- Ограниченная точность, обычно 1-5%
- Небольшой диапазон измерений, часто до 100-200 мкФ
- Фиксированная частота измерительного сигнала
Для каких целей подходит? Для быстрой проверки исправности конденсаторов и грубой оценки емкости. Для точных измерений лучше использовать специализированные приборы.
Изменяется ли емкость при подаче постоянного напряжения на керамические конденсаторы? Есть ли какие-либо моменты, о которых следует знать в отношении изменения емкости? | Часто задаваемые вопросы по конденсаторам
Существует два типа керамических конденсаторов: с высокой диэлектрической проницаемостью и с температурной компенсацией.
Обратите внимание, что емкость может отличаться от номинального значения (характеристика смещения постоянного тока) при подаче постоянного напряжения в качестве характеристики конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью (XR5, X6S, X7R и т. д.)
Кроме того, конденсаторы с температурной компенсацией (C0G и т. д.) не имеют характеристики смещения по постоянному току.
Фарад (Ф) — это единица измерения емкости керамических конденсаторов.
Показывает, сколько заряда хранится в конденсаторе. Емкость часто указывается в описании продукта как «номинальное значение».
Обратите внимание, что емкость керамических конденсаторов, особенно конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью (характеристика B/X5R, R/X7R), может отличаться от номинального значения при подаче постоянного напряжения.
Например, как показано на диаграмме, чем больше постоянное напряжение, подаваемое на конденсаторы с высокой диэлектрической проницаемостью, тем больше снижается эффективная емкость.
На следующей диаграмме по горизонтальной оси показано напряжение постоянного тока, приложенное к конденсатору (В), а по вертикальной оси показан коэффициент изменения емкости по сравнению с начальным значением.*
Таким образом, характеристика изменения емкости в зависимости от приложенное напряжение называется «характеристикой смещения постоянного тока».
Исходя из вышеизложенного, при использовании конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью следует учитывать их характеристики. Кроме того, целесообразность использования должна быть подтверждена на основе фактических условий, а также фактического оборудования.
К вашему сведению, не только наши продукты имеют смещение постоянного тока; это явление обычно наблюдается в конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью.
Характеристики смещения, температурные характеристики, частотные характеристики и т. д. могут быть подтверждены с помощью этого программного обеспечения. (Симсерфинг)
SimSurfing
Как использовать
Механизм характеристики смещения постоянного тока
В керамических конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью в настоящее время в качестве основного компонента с высокой диэлектрической проницаемостью используется в основном BaTiO3 (титанат бария).
Кристаллическая структура керамики BaTiO3
При температуре Кюри (около 125°C) или выше он имеет кубическую кристаллическую структуру, а ниже температуры Кюри и в диапазоне температур окружающей среды одна ось (ось C) вытягивается, а другая ось сжимается и превращается в тетрагональный кристалл.
состав.
В этом случае поляризация возникает в результате единичного смещения вытянутого в осевом направлении кристалла иона Ti4+. Эта поляризация происходит без приложения внешнего электрического поля или давления и известна как «спонтанная поляризация». Как объяснялось выше, характеристика, которая имеет спонтанную поляризацию и свойство изменять ориентацию спонтанной поляризации внешним электрическим полем на обратную, называется «сегнетоэлектричеством».
Обращение спонтанной поляризации на единицу объема эквивалентно относительной диэлектрической проницаемости. Относительная диэлектрическая проницаемость наблюдается как емкость.
Без постоянного напряжения спонтанная поляризация может происходить свободно. Однако при внешнем приложении постоянного напряжения спонтанная поляризация связана с направлением электрического поля в диэлектрике, и независимая инверсия спонтанной поляризации подавляется. В результате емкость становится меньше, чем до подачи смещения.
Механизм уменьшения емкости после подачи постоянного напряжения.
К сведению, в конденсаторах с температурной компенсацией (характеристики CH, C0G и т.д.) емкость не изменяется, так как в качестве основного материала используется параэлектрическая керамика, что придает конденсаторам характеристику постоянного напряжения.
<Ссылка на часто задаваемые вопросы>
> Пожалуйста, предоставьте данные о температурных характеристиках и характеристиках смещения постоянного тока, характеристиках напряжения переменного тока, импедансе/ESR и других частотных характеристиках, экзотермических характеристиках пульсаций и других основных электрических характеристиках многослойных керамических конденсаторов. Кроме того, возможно ли предоставление таких данных в формате CSV?
> Пожалуйста, предоставьте данные о характеристиках смещения постоянного тока в случае изменения условий измерения (температура окружающей среды и приложенное напряжение переменного тока) многослойных керамических конденсаторов.
(Пример: данные характеристики смещения постоянного тока при 40 ℃ и 10 мВ среднеквадратичное значение)
> Пожалуйста, предоставьте данные о температурных характеристиках в случае изменения условий измерения (приложенное напряжение постоянного/переменного тока) многослойных керамических конденсаторов. (Пример: данные температурной характеристики при 3 В постоянного тока и 10 мВ среднеквадратичного значения)
> Пожалуйста, предоставьте данные о частотных характеристиках в случае изменения условий измерения (температура окружающей среды и приложенное напряжение постоянного тока) многослойных керамических конденсаторов. (Пример: данные частотной характеристики при 40 ℃ и 3 В постоянного тока)
> Пожалуйста, предоставьте лист технических данных с указанием электрических характеристик многослойных керамических конденсаторов. Кроме того, предоставьте сравнительные данные для нескольких артикулов.
> В чем разница в характеристиках и применении между типами с высокой диэлектрической проницаемостью (X5R/X6S/X7R и т.
д.) и типами с температурной компенсацией (COG/U2J и т. д.)?
Таблица преобразования емкости и калькулятор емкости
технология
26 декабря 2021 г.
Уилсон
Таблица преобразования емкости может быть ценным инструментом при проектировании электроники. В этой таблице описывается разница между конденсаторами мкФ и нФ. В этой таблице объясняется разница между конденсаторами мкФ и нФ. Используя преобразователь, вы сможете создавать свои собственные схемы без помощи профессионала. В следующей статье будут объяснены различия этих конденсаторов и их использование в электронных схемах.
Конденсатор можно описать как устройство, которое удерживает электрические заряды. Емкость конденсатора может быть измерена в фарадах (пФ), нФ или нанофарадах. В схеме это измеряется в нанофарадах. Конденсатор — это название единицы измерения емкости. Ищите описания и символы при сравнении номиналов конденсаторов. Чтобы убедиться, что вы правы, обратитесь к таблице преобразования единиц измерения емкости.
Зная номинал одного конденсатора, можно вычислить напряжение другого. Вы также должны принять во внимание обратную величину последовательного сопротивления, если два конденсатора были соединены вместе. Вы получите сумму всех емкостей в ряду. Это число ниже, чем индивидуальная емкость любого отдельного конденсатора. И ток, и напряжение конденсаторов должны быть равны. Чтобы обеспечить последовательную работу, последовательное напряжение должно быть одинаковым.
Таблица преобразования емкости (также доступна в формате PDF) — еще один удобный инструмент. Эквивалент каждого конденсатора можно найти в этих таблицах преобразования. Эти диаграммы зависят от количества конденсатора. Вы также можете найти разницу между пФ и нФ с помощью калькулятора. Если вы хотите преобразовать конденсатор большего размера, значение написано сбоку. Вы можете использовать таблицу, чтобы найти разницу между различными размерами.
Сначала определите, какие единицы измерения вы конвертируете из NF в MF.
Затем вы должны конвертировать между NF и MF. Для одного и того же конденсатора NF и MMF имеют разные размеры. В отличие от нФ, мФ являются микрофарадами. Эти две единицы взаимозаменяемы в производстве конденсаторов, поэтому таблица преобразования будет полезна не только при измерении небольших конденсаторов, но и для микропреобразователей.
Измерение высоковольтных конденсаторов более сложное. Вы должны увеличить емкость, чтобы поднять напряжение. Регулируя напряжение, вы можете увеличить или уменьшить количество заряда в конденсаторе. Более высокое напряжение соответствует большему заряду. Более низкое напряжение означает более низкий заряд, и наоборот. Противоположное верно для низковольтных конденсаторов. Малая емкость соответствует высокому напряжению. Низкие значения эквивалентны нулю.
Таблица преобразования значений емкости может оказаться чрезвычайно полезной. В этой таблице показано, сколько стоит конденсатор в микроФ и миллиФ. Он также сравнивает это значение с nF.
