Керамические конденсаторы применение: Керамические конденсаторы большой емкости

Керамические конденсаторы большой емкости

Керамические конденсаторы являются естественным элементом практически любой электронной схемы. Они применяются там, где необходимы способность работать с сигналами меняющейся полярности, хорошие частотные характеристики, малые потери, незначительные токи утечки, небольшие габаритные размеры и низкая стоимость.

Там же, где подобные требования пересекаются, керамические конденсаторы практически незаменимы. Но проблемы, связанные с технологией их производства, отводили этому типу конденсаторов, в основном, нишу устройств малой емкости.

Действительно, керамический конденсатор на 10 мкФ еще недавно воспринимался как удивительная экзотика, и стоило такое чудо как горсть алюминиевых электролитических тех же емкости и напряжения, либо как несколько аналогичных танталовых.

Однако, развитие технологий позволило сразу нескольким фирмам к настоящему времени сразу нескольким фирмам заявить о достижении их керамическими конденсаторами емкости в 100 мкФ и анонсировать начало производства еще больших значений еще до конца этого года.

А сопровождающее этот процесс непрерывное падение цен на все изделия данной группы заставляет внимательнее присмотреться ко вчерашней экзотике, чтоб не отстать от технического прогресса и сохранить конкурентоспособность.

Несколько слов о технологиях. Говоря о керамических конденсаторах, мы будем рассматривать многослойные керамические конденсаторы. На рис.1 представлена структура такого конденсатора, а на рис.2 фотография сильно увеличенного среза изделия одного из мировых лидеров их производства — японской фирмы Murata

Их емкость определяется формулой:
,         (1)
где
ε0 — константа диэлектрической проницаемости вакуума,
ε — константа диэлектрической проницаемости используемой в качестве диэлектрика керамики,
S0 – активная площадь одного электрода,

n – число слоев диэлектрика,
d – толщина слоя диэлектрика.

Таким образом, увеличения емкости конденсатора можно добиться уменьшением толщины слоев диэлектрика, увеличением числа электродов, их активной площади, увеличением диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Уменьшение толщины диэлектрика и связанная с этим возможность увеличения количества электродов – основной способ увеличения емкости керамических конденсаторов. Но снижение толщины диэлектрика приводит с снижению напряжения пробоя. Потому конденсаторы большой емкости трудно найти на высокое рабочее напряжение.

Увеличение числа слоев – процесс технологически связанный с уменьшением толщины единичного слоя. Рис.3 отображает технологические тенденции последних лет в этой области, представленные фирмой Murata.

Увеличение активной площади одного электрода – это увеличение габаритных размеров конденсатора — крайне неприятное явление, приводящее к резкому росту стоимости изделия.

Увеличение диэлектрической проницаемости при заметном увеличении емкости приводит к существенному ухудшению температурной стабильности и сильной зависимости емкости от приложенного напряжения.

Теперь рассмотрим возможности и особенности применения керамических конденсаторов большой емкости. Перед началом обсуждения стоит обратить внимание на уже имеющиеся предложения и ближайшие планы лидеров отрасли фирм Murata и Samsung Electro-Mechanics, представленные ниже.

Естественной областью применения подобного спектра керамических конденсаторов большой емкости может быть замена ими танталовых и алюминиевых конденсаторов для поверхностного монтажа в схемах подавления пульсаций, разделения постоянной и переменной составляющих электрического сигнала, интегрирующих цепочках.

Однако, при этом необходимо учитывать принципиальные различия между этими группами деталей, делающие, в большинстве случаев, бессмысленными замены типа: электролитический конденсатор номиналxнапряжения на аналогичные номиналxнапряжение керамического конденсатора.

Рассмотрим коротко основные причины этого:

Частотные свойства конденсаторов определяет зависимость их импеданса и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR)от частоты. Типичные зависимости такого рода для керамических, танталовых и алюминиевых конденсаторов приведены на рис.4 и рис.5.

Существенная разница в импедансе на частотах выше 1кГц с алюминиевыми электролитическими и свыше 10 кГц с танталовыми конденсаторами позволяет в некоторых случаях использовать для сглаживания пульсаций напряжения номиналы меньшей емкости для получения аналогичного эффекта.

Разница в величине сглаживания паразитных синусоидальных пульсаций различных частот конденсаторами разного типа, но одинаковой емкости — 10 мкФ, дана в следующей таблице:

Частота пульсации Входная амплитуда пульсации Выходная амплитуда пульсации, мВ
Алюминиевые эл-кие конденсаторы Танталовые эл-кие конденсаторы Керамические конденсаторы
10 кГц 2 В 534 204 196
100 кГц 336 64 16
500 кГц 346 38 12
1 МГЦ 332 30 3

Таким образом, для обеспечения одинакового с танталовым конденсатором в 10 мкФ уровня подавления пульсаций частотой 1 МГц можно использовать керамический конденсатор емкостью 1,0-2,2 мкФ. Экономия места на плате и денег очевидна.

Низкое эквивалентное последовательное сопротивление и связанные с ним малые потери позволяют значительно сильнее нагружать керамические конденсаторы, нежели электролитические, несмотря на их значительно более скромные габаритные размеры, не вызывая при этом критического для детали разогрева. Сравнительные кривые разогрева конденсаторов токами пульсации различной частоты приведены на рис.6.

Еще одним и немалым плюсом керамических конденсаторов является их способность кратковременно держать высокие напряжения перегрузки, многократно превышающие номинальные.

Тот, кто выбирал сглаживающие конденсаторы для импульсных источников питания, знает как это важно! Ибо там в моменты запуска и выключения могут генерироваться импульсы до нескольких значений выходного напряжения, заставляя использовать электролитические конденсаторы с большим запасом по напряжению.

Сравнительную характеристику напряжения пробоя для различных типов конденсаторов по результатам тестов, проведенных фирмой Murata, приведены на рис.

7

Теперь несколько слов о грустном.

При всех своих достоинствах, керамические конденсаторы большой емкости производятся с использованием диэлектриков типа X7R/X5R и Y5V.

Их отличительной особенностью является сильная зависимость диэлектрической проницаемости, а с ней, согласно (1), и емкости от температуры и приложенного напряжения.

Типичные зависимости такого рода для конденсаторов разных типов показаны на рисунках 8 и 9.

Из них видим, что при достаточно жестких требованиях к стабильности номинала, например во времязадающих цепях, или при развязке постоянной и переменной составляющих, на замену электролитическим конденсаторам можно рекомендовать только керамические с диэлектриками X5R/X7R, последний из которых может оказаться еще более интересным, если принять во внимание его допустимый диапазон рабочих температур: -55°С +125°С, позволяющий ему найти применение как в аппаратуре, рассчитанной на работу на улице в условиях севера, так и в автомобильной технике, с ее жесткими требованиями к сохранению работоспособности при высоких температурах.

Однако, для сглаживающего конденсатора стабильность номинала не является критическим параметром. Потому можно рассчитывать на высокую востребованность и емкостей на основе менее стабильной керамики Y5V, из которой можно получить детали меньшего габарита и стоимости.

Валерий Степуков


Испытательная лаборатория

услуги в области контроля качества ЭКБ отчественного и иностранного производства.

Задать вопрос

Контактная информация:
тел:
(812) 387-55- 06, 387-65-64, 387-86-94

тел/факс: (812) 327-96-60
e- mail: ,

<< Предыдущая  Следующая >>

Керамические конденсаторы, теория и примеры

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Главная Справочник Физика Керамические конденсаторы

Определение и общие сведения о керамических конденсаторах

В настоящее время существует широкий выбор разных типов конденсаторов. Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки. Некоторые из них имеют большую емкость, другие работают при высоких напряжениях, третьи имеют малый ток утечки, четвертые обладают небольшой индуктивностью. Преимущества того или иного типа конденсатора определяет их области использования.

Когда говорят о керамике в конденсаторах, то имеют в виду материалы, которые имеют структуру схожую с обожженной глиной, однако глины в таких материалах нет или ее крайне мало. В керамических конденсаторах диэлектриком в настоящее время часто является высококачественная керамика: ультрафарфор, тиконд, ультрастеатит и др. Обкладкой служит слой серебра, нанесенный на поверхность.

Керамические конденсаторы стали обычным элементом для почти любой электронной схемы. Их используют там, где необходимо работать с сигналами изменяющейся полярности, важны частотные характеристики, небольшие потери при утечке, малые размеры и невысокая стоимость.

Керамические конденсаторы делят на конденсаторы с постоянной емкостью и подстроечные.

Большую группу конденсаторов составляют керамические конденсаторы с сегнетоэлектриком в качестве диэлектрика, который имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Дисковые сегнетоэлектрические керамические конденсаторы изготавливают в виде круглых керамических пластинок, имеющих обкладки из тонкого слоя серебра. Имеются керамические трубчатые конденсаторы, которые представляют собой трубку с тонкими стенками, поверхности которой покрывают слоем серебра.

Керамические конденсаторы используют в разделительных цепях усилителей высокой частоты. Керамические конденсаторы устойчивые к перепадам температуры применяют в контурах генераторов.

Подстроечные керамические конденсаторы служат для подстройки колебательных контуров. Такой конденсатор имеет в составе основание (статор) из керамики и керамический ротор (подвижный диск). Ротор при помощи оси прикрепляется к статору и может вращаться. Обкладки из серебра имеют форму секторов, их наносят и на статор и на ротор. Емкость такого конденсатора изменяется при вращении обкладок. Существуют керамические подстроечные конденсаторы и в виде трубки. Одна из обкладок трубчатого построечного конденсатора — это стационарный металлический стержень с винтовой нарезкой, который наносят на внутреннюю поверхность трубки. Емкость такого конденсатора изменяют за счет ввода (вывода) стержня из трубки при помощи отвертки.

Долгое время керамические конденсаторы были приборами с малой емкостью из-за проблем технологии производства.

Керамические конденсаторы могут короткое время выдерживать перегрузки по напряжению, которые во много раз превышают номинальное рабочее напряжение.

К недостаткам керамических конденсаторов относят: сильную зависимость диэлектрической проницаемости (соответственно емкости) от температуры и разности потенциалов на обкладках. В настоящее время существуют керамические конденсаторы с диэлектриком (X7R), который позволяет работать элементу в диапазоне температур от -55oС до 125oС, но такой конденсатор является довольно дорогостоящим на сегодняшний момент.

Керамические однослойные конденсаторы

Керамические однослойные конденсаторы встречаются обычно в виде дисков. Они имеют относительно большую емкость при малых размерах. Она составляет от 1пФ до 220 нФ. Максимальное рабочее напряжение обычно составляет не более 50 В . Такие конденсаторы имеют малый ток утечки и низкую индуктивность, могут работать при высокой частоте и имеют большую стабильность емкости при повышении температуры. Данные конденсаторы можно применять в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Керамические многослойные конденсаторы

Электрическая емкость плоского конденсатора, который содержит N слоев диэлектрика толщина каждого , соответствующая диэлектрическая проницаемость i-го слоя , равна:

   

где S – площадь активной части одного электрода. Из выражения (1) следует, что ёмкость многослойного конденсатора можно увеличивать, если уменьшать толщину слоев диэлектрика (керамических пластин), увеличивая число слоев, диэлектрическую проницаемость керамики, активную площадь. Можно создавать конденсаторы с несколькими выводами. При этом следует учесть, что уменьшение единичного слоя диэлектрика ведет к барьера напряжения для пробоя. Увеличение активной площади неизбежно ведет к росту габаритов конденсатора. Кроме того, увеличение диэлектрической проницаемости керамики ухудшает температурную стабильность и вызывает существенную зависимость емкости конденсатора от напряжения.

Многослойные керамические конденсаторы используют для поверхностного монтажа в схемах для подавления пульсаций, деления электрического сигнала на постоянную и переменную компоненты.

Для создания малых многослойных конденсаторов применяют керамику на основе и .

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Основы конденсаторов [Урок 5] Применение керамических конденсаторов

В этой технической колонке описаны основные сведения о конденсаторах.
В этом уроке описываются различные типы керамических конденсаторов.

Урок 5: Применение керамических конденсаторов

Керамические конденсаторы

используются для всех типов цепей в ряде приложений.
Существует четыре основных применения конденсаторов, которые подробно описаны ниже: связь, развязка, сглаживание и фильтрация.

<Муфта>

Конденсаторы, используемые в соединении, используют характеристики конденсаторов для передачи только компонентов переменного тока, а не для передачи компонентов постоянного тока, и используются для извлечения компонентов переменного тока из компонентов постоянного и переменного тока.
Поскольку условия работы транзисторов, ИС и других активных элементов в цепях меняются, необходимо извлекать только требуемый сигнал переменного тока после установки оптимальных условий работы для каждой цепи.
Соединение относится к соединению цепей вместе, и, как следует из их названия, конденсаторы связи действуют как посредники для соединения цепей вместе.

Рисунок 1. Конденсаторы для связи

<Развязка>

Силовые линии в цепях имеют емкостные и индуктивные компоненты. Если эти компоненты вызывают увеличение колебаний напряжения в линиях электропередач, работа схемы становится нестабильной. В экстремальных случаях колебания источника питания могут накладываться на сигнальную линию, вызывая передачу неправильных сигналов.
Развязывающие конденсаторы используются для передачи шума, поступающего от источника питания, на клемму заземления, в то же время непрерывно подавая стабилизированный ток для борьбы с внезапными изменениями тока нагрузки в ИС и других схемах.
Как показано на рис. 2, даже если шум накладывается на линию, нежелательный шум может передаваться на клемму заземления через развязывающие конденсаторы.

Рисунок 2. Конденсаторы для развязки

<Сглаживание>

Сглаживающие конденсаторы подавляют пульсации, возникающие даже после выпрямления силовой цепью, чтобы сгладить сигналы, чтобы они приблизились к постоянным токам.
При установке сглаживающих конденсаторов после выпрямления избыточное напряжение накапливается в конденсаторе в периоды высокого напряжения и высвобождается в периоды низкого напряжения, тем самым устраняя колебания напряжения.

Рисунок 3. Конденсаторы для сглаживания

Конденсаторы в сочетании с резисторами и катушками индуктивности создают фильтры, передающие только сигналы определенной частоты.
В зависимости от частот, которые вы хотите передать, можно использовать различные фильтры, в том числе фильтры нижних частот, которые отфильтровывают низкочастотные компоненты, и фильтры высоких частот, которые отфильтровывают высокочастотные компоненты.

Murata Manufacturing Co., Ltd. Подразделение компонентов Отдел продаж, NW

Сопутствующие товары

Конденсатор

Керамический конденсатор

Связанные статьи

  • Сопротивление конденсаторов электростатическому разряду
  • Основы полимерных конденсаторов (часть 2): что такое полимерный конденсатор?
  • Основные сведения о полимерных конденсаторах (часть 1): что такое полимерные конденсаторы?

Будь в курсе!

Получайте электронные письма от Murata с последними обновлениями на этом сайте.
Информационный бюллетень Murata (электронный информационный бюллетень)

mail_outline

Керамический конденсатор

Электроника устройства и схемы >> Пассивные комплектующие >> Керамика конденсатор

Керамические конденсаторы являются наиболее широко используемыми конденсаторами. в электронных схемах. Эти конденсаторы в основном используется там, где требуется небольшой физический размер и большой запас заряда. требуется. Мы знаем, что конденсатор используется для хранения электрического обвинение. Метод, используемый для хранения электрического заряда, одинаков в все конденсаторы, кроме материала, из которого изготовлен конденсатор отличается.

Строительство керамического конденсатора

В керамическом конденсаторе керамический материал используются для изготовления диэлектриков и проводящих металлов. для изготовления электродов. Диэлектрик – это изолятор материал, помещенный между электродами конденсатора.

В качестве диэлектрика выбран керамический материал из-за его большой способности допускать электростатическое притяжение и отталкивание. Кроме того, керамические материалы являются плохими проводниками электричество. Поэтому они не пропускают электрический ток. заряжается через них. С другой стороны, электроды керамические конденсаторы являются хорошими проводниками электричества. Следовательно, они легко пропускают через себя электрический ток.

Другой формы керамического конденсатора

Керамические конденсаторы доступны в следующих форм или форм:

  • Дисковый керамический конденсатор
  • Трубчатый керамический конденсатор
  • Многослойный керамический конденсатор (MLCC)

Керамика дисковый конденсатор

Дисковые керамические конденсаторы изготавливаются покрытие серебром с обеих сторон керамического диска. Керамика диск действует как диэлектрик и покрыт серебром с обеих сторон диск действует как электроды. Для малой емкости один используется керамический диск, покрытый серебром, тогда как для высоких используются несколько слоев емкости.

Провода из меди крепятся к керамический диск методом пайки. Защитное покрытие применяется к керамическому дисковому конденсатору, чтобы защитить его от нагревать.

Площадь керамического диска или диэлектрика и Расстояние между серебряными электродами также определяет емкость дискового керамического конденсатора. Основной недостаток Использование керамического дискового конденсатора заключается в его высоком изменении емкости. с небольшим изменением температуры.

Керамика трубчатый конденсатор

Как следует из названия, керамический трубчатый конденсатор представляет собой полый цилиндрический керамический материал. Внутренний и внешние поверхности полого цилиндрического керамического материала покрыты серебряной краской. Полая цилиндрическая керамика материал действует как диэлектрик, а серебряные чернила покрывают внутренняя и внешняя поверхности действуют как электроды.

Многослойный керамический конденсатор (MLCC)

Многослойный керамический конденсатор (MLCC) изготовлен из нескольких слоев керамического материала и проводящего электроды, расположенные один над другим. Проводящие электроды помещаются между каждым слоем керамического материала. В MLCC, несколько слоев керамического материала действуют как диэлектрик.

Многослойная керамика и электроды соприкасаются через контактные поверхности. Таким образом, несколько создаются слои керамического материала и электроды. Немного MLCC содержат сотни керамических слоев и электродов, каждый из которых слой толщиной всего несколько микрометров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *