Что такое температурный коэффициент емкости X7R. Как он влияет на характеристики керамических конденсаторов. Почему важно учитывать ТКЕ при выборе конденсаторов для электронных схем. Какие преимущества дает использование конденсаторов с X7R.
Что такое температурный коэффициент емкости X7R
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) X7R — это характеристика керамических конденсаторов, показывающая изменение их емкости в зависимости от температуры. Обозначение X7R расшифровывается следующим образом:
- X — нижняя граница рабочего диапазона температур -55°C
- 7 — верхняя граница +125°C
- R — максимальное изменение емкости ±15% в этом диапазоне
Таким образом, конденсаторы с ТКЕ X7R гарантируют изменение емкости не более чем на ±15% при температурах от -55°C до +125°C. Это обеспечивает их стабильную работу в широком температурном диапазоне.
Особенности керамических конденсаторов с X7R
Керамические конденсаторы с температурным коэффициентом X7R обладают следующими ключевыми особенностями:
- Высокая стабильность емкости в широком диапазоне температур
- Хорошее соотношение емкость/габариты
- Низкие диэлектрические потери
- Высокая надежность
- Доступность в различных типоразмерах и номиналах
Благодаря этим свойствам конденсаторы X7R широко применяются в электронной аппаратуре различного назначения. Они обеспечивают стабильную работу схем в условиях значительных колебаний температуры окружающей среды.
Влияние напряжения на емкость конденсаторов X7R
Важно отметить, что обозначение X7R характеризует только температурную зависимость емкости. При этом емкость керамических конденсаторов также существенно зависит от приложенного напряжения. Эта зависимость может быть даже более выраженной, чем температурная.
С увеличением приложенного напряжения емкость керамических конденсаторов X7R снижается. Степень снижения зависит от конкретного типа диэлектрика, габаритов конденсатора и других факторов. В некоторых случаях при номинальном напряжении емкость может уменьшаться на 50-80% от номинального значения.
Поэтому при выборе керамических конденсаторов X7R важно учитывать не только температурный коэффициент, но и зависимость емкости от напряжения. Эти данные обычно приводятся в документации производителя в виде графиков или таблиц.
Преимущества использования конденсаторов с X7R
Несмотря на зависимость емкости от напряжения, конденсаторы с ТКЕ X7R обладают рядом важных преимуществ:
- Стабильная работа в широком диапазоне температур
- Высокая надежность и длительный срок службы
- Малые габариты при высокой емкости
- Низкая стоимость по сравнению с другими типами конденсаторов
- Широкий выбор номиналов и типоразмеров
Эти преимущества делают конденсаторы X7R оптимальным выбором для многих применений в электронике, где требуется стабильная емкость в широком диапазоне условий эксплуатации.
Применение керамических конденсаторов X7R
Благодаря своим характеристикам конденсаторы с ТКЕ X7R широко используются в различных областях электроники:
- Фильтрация и развязка в цепях питания
- Времязадающие цепи
- Генераторы и осцилляторы
- Источники питания
- Телекоммуникационное оборудование
- Автомобильная электроника
- Промышленная автоматика
Конденсаторы X7R особенно востребованы в устройствах, работающих в жестких условиях эксплуатации с большими перепадами температур. Их стабильность обеспечивает надежное функционирование электронных схем.
Рекомендации по выбору конденсаторов X7R
При выборе керамических конденсаторов X7R для конкретного применения следует учитывать ряд факторов:
- Требуемую емкость и допуск
- Рабочее напряжение
- Диапазон рабочих температур
- Габаритные размеры
- Зависимость емкости от напряжения
- Последовательное сопротивление (ESR)
- Частотные характеристики
Важно внимательно изучить документацию производителя и выбрать конденсатор с оптимальными параметрами для конкретной схемы. При необходимости можно использовать параллельное соединение нескольких конденсаторов для получения требуемой емкости и снижения зависимости от напряжения.
Сравнение X7R с другими типами ТКЕ
Помимо X7R существуют и другие типы температурных коэффициентов для керамических конденсаторов. Наиболее распространенные из них:
- X5R: ±15% в диапазоне -55°C…+85°C
- X8R: ±15% в диапазоне -55°C…+150°C
- Y5V: +22%/-82% в диапазоне -30°C…+85°C
По сравнению с ними X7R обеспечивает оптимальное сочетание температурной стабильности и диапазона рабочих температур. X5R имеет меньший температурный диапазон, X8R — более дорогой, а Y5V обладает очень большим изменением емкости.
Поэтому X7R является наиболее универсальным и широко используемым типом ТКЕ для керамических конденсаторов общего применения.
Влияние размера корпуса на характеристики X7R конденсаторов
Размер корпуса керамического конденсатора оказывает существенное влияние на его характеристики, в том числе на стабильность емкости. Для конденсаторов X7R можно отметить следующие закономерности:
- Конденсаторы большего размера обычно имеют меньшую зависимость емкости от напряжения
- Более крупные корпуса обеспечивают лучшую температурную стабильность
- С увеличением размера снижается последовательное сопротивление (ESR)
- Крупные конденсаторы имеют более высокие значения допустимого тока пульсаций
Поэтому при прочих равных условиях предпочтительнее выбирать конденсаторы X7R большего размера. Однако это не всегда возможно из-за ограничений по габаритам устройства. В таких случаях можно использовать параллельное соединение нескольких конденсаторов меньшего номинала.
Особенности монтажа и эксплуатации конденсаторов X7R
При работе с керамическими конденсаторами X7R следует учитывать некоторые особенности их монтажа и эксплуатации:
- Чувствительность к механическим напряжениям — следует избегать изгиба печатной платы в месте установки конденсатора
- Возможность растрескивания при пайке — необходимо соблюдать рекомендованный температурный профиль
- Снижение емкости со временем — это нормальное явление, называемое старением диэлектрика
- Зависимость характеристик от частоты — на высоких частотах возрастают потери
- Пьезоэффект — под действием напряжения возможно появление механических колебаний
Учет этих особенностей позволит обеспечить надежную работу конденсаторов X7R в течение всего срока службы устройства. При необходимости можно применять дополнительные меры, например, использование эластичных клеев для снижения механических напряжений.
Все своими руками Керамические конденсаторы SMD, параметры • Все своими руками
Керамический конденсатор в условиях изменения температуры и напряжения
Автор: Марк Фортунато
Ссылка на оригинал статьи на английском языке.
Данная статья является сокращенным техническим переводом статьи Mark Fortunato.
Аннотация: Реальность параметров современных керамических конденсаторов SMD — хорошее напоминание о том, что всегда нужно читать техническое описание. В этой публикации объясняется, как обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения.
Введение: я был удивлен тому, что после 25 лет работы с этими конденсаторами, я узнал кое-что новое. Я работал над драйвером светодиодной лампы, и постоянная времени RC-цепи в моем проекте бала не стабильной.
На всякий случай я купил новые резисторы и конденсатор, измерил и установил их. Я включил схему, проверил, но моя проблема постоянной времени RC так и осталась.
Я тестировал схему в корпусе, который сам находился в корпусе, имитирующем «банку» для потолочного освещения. Температура компонентов в некоторых случаях превышала + 100 ° C. Следующим моим выводом, конечно же, было то, что проблема заключалась в изменении температуры конденсатора.
Я скептически отнесся к этому выводу, так как использовал конденсаторы X7R, которые, как я знал много лет, изменялись только на ± 15% до + 125 ° C. Чтобы убедиться в этом, я просмотрел документацию на конденсатор, который я использовал. Тогда и изменилось мое мнение о керамических конденсаторах.
Справочная информация о некоторых основных типах керамических конденсаторов
Для тех, кто не запомнил эти вещи (как практически все), в таблице 1 показаны буквы и цифры, используемые для обозначения типов керамических конденсаторов, и их значение. В таблице приведены данные керамических конденсаторов классов II и III. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что конденсаторы класса I включают обычный тип COG (NPO).
Таблица 1. Типы керамических конденсаторов
По моему опыту, из множества типов конденсаторов, перечисленных выше, наиболее распространенными являются X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использую Y5V из-за очень большого изменения емкости в зависимости от условий окружающей среды. Когда производители конденсаторов разрабатывают продукты, они выбирают материалы с характеристиками, которые позволят конденсаторам работать в заданном диапазоне (3-й символ) в заданном температурном диапазоне (1-й и 2-й символы). Конденсаторы X7R, которые я использовал, не должны изменяться более чем на ± 15% в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C.
Не все X7R одинаковые
Поскольку моя проблема с постоянной времени RC была намного сложнее, чем можно было бы объяснить указанным 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 его емкость зависит от условий, которые я установил. Я выбрал конденсатор на 16 В для работы с напряжением 12 В. В техническом паспорте указано, что мой конденсатор 4,7 мкФ обычно обеспечивает емкость 1,5 мкФ в этих условиях! Теперь это объясняет проблему, возникшую в моей RC-цепи.
Я исследовал конденсаторы 4,7 мкФ различных размеров и приложенных напряжений. На рис. 1 показаны данные, полученные мною с помощью инструмента Murata, для нескольких различных керамических конденсаторов 4,7 мкФ. Я рассмотрел оба типа X5R и X7R в размерах корпуса от 0603 до 1812 и с номинальным напряжением от 6,3 до 25 В постоянного тока.
Figure. 1. Изменение емкости в зависимости от напряжения постоянного тока для выбранных конденсаторов 4,7 мкФ.
Обратите внимание, во-первых, что по мере увеличения размера корпуса изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения постоянного тока уменьшается, причем существенно. Второй интересный момент заключается в том, что в зависимости от размера корпуса и керамического типа конденсатора номинальное напряжение последних часто не оказывает никакого влияния. Я ожидал, что использование конденсатора с номиналом 25 В при 12 В будет иметь меньшие отклонения, чем конденсатор с номиналом 16 В при том же смещении.
Глядя на кривые для X5R в корпусе 1206, мы видим, что компонент с номинальным напряжением 6,3 В действительно работает лучше, чем его братья и сестры с более высоким номинальным напряжением. Если бы мы рассмотрели более широкий спектр конденсаторов, мы бы обнаружили, что такое поведение является обычным. Примерный набор конденсаторов, который я рассматривал, не проявляет такого поведения, как большинство керамических конденсаторов.
Третье наблюдение заключается в том, что для одного и того же корпуса X7R всегда имеют лучшую чувствительность к изменению напряжения, чем X5R. Я не знаю, верно ли это всегда и везде, но в моем исследовании так казалось.
Используя данные этого графика, в таблице 2 показано, насколько уменьшились емкости X7R при смещении 12 В.
Таблица 2. Конденсаторы X7R со смещением 12 В
Мы видим улучшение по мере перехода к конденсаторам большего размера, пока не достигнем размера 1210. Выход за пределы этого размера не приводит к улучшению.
В моем случае я выбрал самый маленький из доступных пакетов для 4,7 мкФ X7R, потому что размер был проблемой для моего проекта.
По своему незнанию я предположил, что любой X7R так же эффективен, как и любой другой X7R — очевидно, что это не так. Чтобы обеспечить надлежащую работоспособность моей схемы, мне пришлось использовать конденсатор большего размера.
Очень не хотелось переходить на пакет 1210. К счастью, у меня была возможность увеличить номиналы резисторов примерно в 5 раз и, таким образом, уменьшить емкость до 1,0 мкФ. На рис. 2 показан график зависимости емкости в процентах от напряжения нескольких конденсаторов X7R на 16 В, 1,0 мкФ от их «собратьев» на 4,7 мкФ, 16 В, X7R.
Конденсатор 0603 1,0 мкФ ведет себя примерно так же, 0805 4,7 мкФ. Конденсаторы 1 мкФ 0805 и 1206 работают немного лучше, чем конденсаторы 1210 4,7 мкФ. Используя конденсатор 0805 1,0 мкФ, я, таким образом, смог сохранить размер конденсатора неизменным, в то же время получив конденсатор, емкость которого упала только примерно до 85% от номинала, а не до 30%.
Но нужно было узнать еще кое-что. Я связался с коллегой и экспертом по керамическим конденсаторам ». Он объяснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как« 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 нет спецификаций коэффициента напряжения для X7R или любых других типов. Это очень важный момент, поэтому я повторю его. Производитель может назвать конденсатор X7R (или X5R, или любого другого типа), если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения.
Этот факт просто подтверждает старую истину, которую знает любой опытный разработчик: «Прочтите техническое описание!»
Скачать данную Статью
Скачать “Керамический_конденсатор_в_условиях_изменения_T_U”
Керамический_конденсатор_в_условиях_изменения_T_U.
rar – Загружено 433 раза – 191 КБ
Просмотров:1 771
Метки: SMD, керамический, Конденсатор, параметры
Конденсатор чип 1206 X7R 0.15uF 10% 50V YAGEO
Похожие товары
Доступно к заказу
Артикул: 130800 конденсатор чип 0805 X7R 0.10uF 10% 16V конденсатор чип 0805 X7R 0.10uF 10% 16V Производитель: MURATA
128 Р
Подробнее
Керамический ЧИП-конденсатор 0805 X7R 0.1мкФ ±10% 16В
КУПИТЬ В 1 КЛИК
Оптовая цена В избранное
Доступно к заказу
Артикул: 108970
конденсатор чип 0603 X5R 4.
7uF 10% 25V
конденсатор чип 0603 X5R 4.7uF 10% 25V
Производитель: MURATA
4 Р
Подробнее
Керамический ЧИП-конденсатор 0603 X5R 4.7мкФ ±5% 25В
КУПИТЬ В 1 КЛИК
Оптовая цена В избранное
В наличии
Артикул: 11450 конденсатор чип 0805 NP0 1.0pF 5% конденсатор чип 0805 NP0 1.0pF 5% Производитель: <нет>
4 Р
Подробнее
Керамический ЧИП-конденсатор 0805 NP0 1.
0пФ ±5% 50В
КУПИТЬ В 1 КЛИК
Оптовая цена В избранное
В наличии
Артикул: 11481 конденсатор чип 0805 NP0 150pF 5% конденсатор чип 0805 NP0 150pF 5% Производитель: <нет>
4 Р
Подробнее
Керамический ЧИП-конденсатор 0805 NP0 150пФ ±5% 50В
КУПИТЬ В 1 КЛИК
Оптовая цена В избранное
В наличии
Артикул: 11498 конденсатор чип 0805 X7R 1800pF 10% конденсатор чип 0805 X7R 1800pF 10% Производитель: <нет>
4 Р
Подробнее
КУПИТЬ В 1 КЛИК
Оптовая цена В избранное
Доступно к заказу
Артикул: 130173
конденсатор чип 1210 X5R 220uF 20% 6.
3V
конденсатор чип 1210 X5R 220uF 20% 6.3V
Производитель: SAM
80 Р
Подробнее
Керамический ЧИП-конденсатор 1210 X5R 220мкФ ±20% 6.3В
КУПИТЬ В 1 КЛИК
Оптовая цена В избранное
Изменение температуры и напряжения керамических конденсаторов, или Почему ваш конденсатор на 4,7 мкФ становится конденсатором на 0,33 мкФ
Скачать PDF
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.
| 1-й символ: Низкотемпературный | 2-й символ: высокая температура | 3-й символ: изменение температуры (макс.) | |||
| Символ | Температура (°C) | Номер | Температура (°C) | Символ | Изменение (%) |
| З | +10 | 2 | +45 | А | ±1,0 |
| Д | −30 | 4 | +65 | Б | ±1,5 |
| Х | −55 | 5 |
+85 | С | ±2,2 |
| – | – | 6 | +105 | Д | ±3,3 |
| – | – | 7 | +125 | Е | ±4,7 |
| – | – | 8 | +150 | Ф | ±7,5 |
| – | – | 9 | +200 | Р | ±10 |
| – | – | – | – | Р | ±15 |
| – | – | – | – | С | ±22 |
| – | – | – | – | Т | +22, −33 |
| – | – | – | – | У | +22, −56 |
| – | – | – | – | В | +22, −82 |
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 изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения для моего конденсатора, я был удивлен, увидев, насколько емкость изменилась в зависимости от заданных условий. 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 25 В 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.
| Размер | С | % от ном. |
| 0805 | 1,53 | 32,6 |
| 1206 | 3,43 | 73,0 |
| 1210 | 4.16 | 88,5 |
| 1812 | 4,18 | 88,9 |
| Номинальный | 4,7 | 100 |
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, поскольку диэлектрик использовался один и тот же, 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 информации такого рода, 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. 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.
использованная литература
Примечание по применению 6014, «Как измерить емкость в зависимости от напряжения смещения на MLCC».
Благодарности
Автор хотел бы поблагодарить Криса Беркетта, FAE в TDK, за его объяснения того, «что, черт возьми, здесь происходит?»
Керамические конденсаторы класса II
C 2.11 КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ КЛАССА 2
Керамические конденсаторы класса 2 можно разделить на две основные группы, одна с умеренной температурной зависимостью для класса – ΔC ≤ ±15% в диапазоне температур – и другая с такими изменениями, что только часть емкости остается на температурных пределах. Первая группа в наших таблицах и диаграммах представлена керамическим типом, обозначаемым X7R или 2C1, последняя — Z5U или 2F4.
C 2.11.1 Введение в класс 2
Конденсаторы класса 2 характеризуются высокой диэлектрической проницаемостью, часто обозначаемой буквой K, за которой следует εr.
Отсюда K2000 означает εr ≈ 2000. Температурная зависимость емкости велика. Поэтому EIA характеризует керамику тремя символами, которые по порядку указывают нижний и верхний предел температурного диапазона и определяют изменение емкости в пределах диапазона.
| Буквенный код низкая температура | Цифровой код верхняя температура | Буквенный код изменение емкости в диапазоне температур |
| X = −55 °C (−67 °F) °F) | P = ±10% | |
| Y = −30°C (−22°F) | 5 = +85°C (+185°F) | R = ±15% |
| Z = +10°C (+50°F) | 6 = +105°C (+221°F) | S = ±22% |
| 7 = +125°C (+257°F) | T = +22/−33% | |
| 8 = +150°C (+302°F) | U = +22/−56 Таблица C2-10. Коды EIA для температурных пределов и изменения емкости, ΔC. Пример: X7R означает с обозначениями EIA диапазон температур -55/+125 °C, при котором изменение емкости не превышает ±15 % при условии, что постоянное напряжение равно нулю. Код EIA не учитывает, что керамика класса 2 реагирует уменьшением емкости на постоянное напряжение. Таблица C2-11. Сравнение классов керамики. ΔC в зависимости от температуры и VDC. Таблица C2-11 содержит две основные группы керамики класса 2: В этих группах есть еще много материалов, например недавний материал Y5V, но в наших диаграммах и табличной информации мы в основном ограничимся X7R/2C1 и Z5U/2F4. По спецификации Z5U находится в более ограниченном диапазоне температур, чем 2F4, но это связано только с указанным ΔC, а не с его способностью выдерживать более низкие температуры. Если мы примем изменения емкости, вызванные холодом, керамика выдержит -55°C. В разделе диаграммы мы более подробно рассмотрим температурную зависимость емкости. Однако не следует превышать верхний предел температуры. Допустимые отклонения емкости для X7R обычно составляют ±5, ±10 или ±20%. Обычные допуски Z5U составляют ±10, ±20 или -20/+80%. Диэлектрическое поглощение высокое: C 2.11.2 Условия измеренияТаблица C2-12. Керамика 2 класса. То, что измеряемое напряжение определено и ограничено, зависит, среди прочего, от емкости, которая изменяется с приложенным переменным напряжением. См. примеры на рисунках C2-89 и –93. Рисунок C2-89. Примеры зависимости ΔC от измерительного напряжения для X7R/2C1 с разными номинальными напряжениями. Рисунок C2-90. Примеры зависимости ΔC от электрического напряжения для Z5U/2F4 при различных номинальных и эталонных напряжениях. C 2.11.3 Температура КюриКерамические конденсаторы имеют кристаллическую структуру и диполи, которые придают материалам их уникальные диэлектрические постоянные ε r . Но выше определенной температуры хрупкого перехода, так называемой температуры Кюри, керамика теряет свои диэлектрические свойства. Температура Кюри для керамики класса 2 обычно находится в пределах 125⋅⋅⋅150 °C. Влияния не проявляются ни при какой точной температуре переключения, но становятся постепенно заметными вблизи температуры Кюри. Таким образом, мы должны скорее говорить о диапазоне Кюри. C 2.11.4 Зависимость емкости от приложенного напряженияДиэлектрическое поглощение (DA) и ферроэлектричество Различные типы керамики класса 2 основаны на титанатах бария. Их кристаллическая структура состоит из диполей, которые при поляризации имеют диэлектрический гистерезис. По образцу кривой гистерезиса магнитных материалов их называют сегнетоэлектриками. На рис. C2-91 показана зависимость заряда конденсатора от приложенного напряжения. Рисунок C2-91. Конденсатор с сегнетоэлектрическим гистерезисом. При увеличении напряжения от нуля до предельного значения и последующем снижении зарядная кривая следует другой ветви, которая при напряжении V = 0 оставляет остаточный заряд + ΔQ. Переменное напряжение той же величины заставит кривую зарядки проходить по контурам большой петли гистерезиса на рисунке. Если переменное напряжение мало, а постоянное напряжение = 0, петля гистерезиса будет соответствовать маленькому овалу в центре рисунка. Небольшие изменения напряжения соответствуют большим изменениям заряда, то есть большой емкости. Но если мы наложим небольшое переменное напряжение на значительное постоянное напряжение, то увидим, что ΔV1 соответствует более слабым изменениям заряда ΔQ1. Емкость упала. На рис. C2-91 показано, как ферроэлектрический материал удерживает остаточный заряд ΔQ на поверхности электрода, когда напряжение на конденсаторе падает до нуля (короткое замыкание внешней цепи). Сегнетоэлектрическая кривая поворачивается к оси V, в то время как общая кривая DA выглядит как увеличенное изображение центрального овала. В обоих случаях связанный остаточный заряд ΔQ зависит от времени. Если внешняя цепь замкнута накоротко (V = 0), последовательно освобождаются заряды на поверхности электродов, в то время как ΔQ уменьшается. Поглощение сегнетоэлектрической энергии зависит от полярности. Таким образом, полная реполяризация потребует больше энергии, чем первоначальная поляризация. Но, например, в цифро-аналоговых преобразователях длительность импульса может оказаться недостаточной для удовлетворительной переполяризации. Значительное диэлектрическое поглощение керамики класса 2 делает ее непригодной для использования в прецизионных интеграторах, таких как цифро-аналоговые преобразователи, особенно при наличии положительных и отрицательных импульсов. Особой группой материалов являются антисегнетоэлектрические диэлектрики. В отличие от сегнетоэлектриков, у которых диэлектрическая проницаемость уменьшается с приложенным напряжением, диэлектрическая проницаемость антисегнетоэлектриков мала при низком напряжении и увеличивается с увеличением электрического поля/приложенного напряжения. Эти материалы можно использовать для достижения высокой CV и высокой емкости в приложениях с высоким напряжением, таких как производство энергии или транспортные средства EV / HEV в автомобильной промышленности. См. рисунок ниже для сравнения поляризационных кривых между линейными диэлектриками (класс 1), сегнетоэлектриками (класс 2) и антисегнетоэлектрическими материалами: Кривые ФЭ для линейных, сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических диэлектриков; источник: TDKПьезоэлектричество Если мы подвергнем керамический материал класса 2 воздействию напряженности электрического поля, это вызовет слабые движения в керамике. Если мы подключим конденсатор X7R к осциллографу и ударим молотком по компоненту, то иногда получим скачки высокого напряжения, а иногда нет. Это зависит не только от способа нанесения удара, но и варьируется от одного образца к другому. Выходное напряжение зависит как от производителя, так и от партии. Зависимость от постоянного напряжения Только рассуждениями вокруг сегнетоэлектрической кривой мы показали, как емкость уменьшается с увеличением постоянного напряжения. Как напряжение постоянного тока влияет на емкость, показано на рисунке C2-9.2. Обратите внимание, как требования спецификации по зависимости от напряжения влияют на другие эквивалентные материалы. Для X7R требования не предъявляются – зависимость будет большая – , для 2C1 зависимость максимальная до –30%. Рисунок C2-92. Типовой диапазон кривой зависимости ΔC от напряжения постоянного тока для различных классов материалов. Зависимость от переменного напряжения Переменное напряжение оказывает обратное влияние на емкость, чем постоянное напряжение. Рисунок C2-93. Примеры зависимости ΔC от напряжения переменного тока в процентах от номинального напряжения VR. Подчеркнем, что рис. C2-93 представляет собой один пример. Возможны большие вариации. В любом случае значение норм для измерения емкости очевидно. При измерениях ИК-излучения и испытаниях напряжения MIL и IEC/CECC устанавливают ограничение заряда и разряда не более 50 мА. Комментарий: Ограничения сомнительны. Некоторые производители решили исключить эти требования из своих каталожных листов. Некоторые даже определяют время нарастания напряжения 1000 В/мкс, что для емкостей выше 1 нФ означает импульсные токи ≥ 1 А! Если для вашего приложения требуются значительные токи заряда/разряда, уточните у производителя или проверьте сами, какой конденсатор может выдержать, и ограничьте применение одиночными импульсами. Керамика 2 класса не выдерживает интенсивных периодических импульсных нагрузок. C 2.11.5 СтарениеКерамика класса 2 со временем теряет емкость. Снижение называется старением. Оно подчиняется логарифмическому закону и убывает на определенный процент за десятилетие времени. Рисунок C2-94. Пример диаграммы старения керамики X7R и Z5U. На диаграмме емкость керамики Z5U уменьшается примерно на 6% за декаду времени, а емкости керамики X7R примерно на 1,3%. Типичные константы старения обычно равны Постоянная старения k, выраженная в процентах за десятилетие времени, соответствует общей формуле Снижение емкости определяется при запуске через 1 час после охлаждения. Во избежание споров о поставленной стоимости соответствующие нормы гласят, что стоимость должна быть гарантирована на момент 1000 часов. При исходной точке по формуле C2-2 значение за 1000 часов рассчитывается как [C2-2] В таблице C2-11 учтено влияние постоянного напряжения. Если приложить временное напряжение постоянного тока с величиной VR, будет наблюдаться затяжной эффект в виде уменьшения емкости более или менее, как если бы компонент подвергался старению в течение 1⋅⋅⋅1½ декады времени (рис. C2-9).5). Рисунок C2-95. Эффект старения от кратковременного постоянного напряжения величиной VR . На рисунке мы также видим, как значение емкости увеличивается в некоторой степени, когда напряжение постоянного тока – здесь примерно VR – удаляется. Увеличение может составить примерно Старение начинается по определению через 1 час после охлаждения. Теперь, если нагреть конденсатор выше точки Кюри и дать ему остыть, кристаллические структуры ориентируются так же, как и после изготовления, и емкость возвращается к исходному значению, прежде чем снова начнет спадать в соответствии с кривой старения. Одни говорят о «омоложении». Имейте в виду, что каждая пайка чип-керамики приводит к ее старению. Эффекты замедления старения могут проявляться уже в нижней части диапазона Кюри, если расстояние до точки Кюри компенсируется соответствующим увеличением времени. C 2.11.6 Температурная зависимостьЗависимость емкости от температуры и напряжения Рисунок C2-96. Типовой диапазон кривой зависимости емкости от температуры для X7R/2C1 с подачей номинального напряжения и без него. Рисунок C2-97. Типовой диапазон кривой зависимости емкости от температуры для Z5U/2F4 с приложенным номинальным напряжением и без него. Tan δ в зависимости от температуры Рисунок C2-98. Типичные диапазоны кривых и средние кривые для Tan δ в зависимости от температуры в X7R/2C1 и Z5U/2F4. ИК в зависимости от температуры Рисунок C2-99. Типичные примеры зависимости ИК от температуры в керамических чипах. Сопротивление изоляции в керамических конденсаторах класса 2 уменьшается в среднем на одну мощность от комнатной температуры до +125°C. C 2.11.7 Частотные зависимостиЕмкость и тангенс угла поворота δ в зависимости от частоты Рисунок C2-100. Типичные диапазоны кривых для емкости и Tan δ в зависимости от частоты в керамике X7R и 2C1. Рисунок C2-101. Типичные диапазоны кривых и средние линии для емкости и Tan δ в зависимости от частоты в керамике Z5U/2F4. Импеданс и ESR в зависимости от частоты Рисунок C2-102. Рисунок C2-103. Другие примеры частотной зависимости импеданса и ESR. Рисунок C2-104. Примеры частотной зависимости импеданса и ЭПР в керамике 2Ф4/З5У. C 2.11.8 Режимы отказаСм. режимы отказа в разделе C2.9.2, Керамические конденсаторы в целом здесь. Просто давайте помнить о важности предотвращения температурных градиентов в керамике во время процессов пайки, особенно в отношении SMD. Ремонт с заменой чипов требует особой осторожности. Таблица C2-13. Ceramics Class 2 / X7R-2C1 / Z5U-2F4 Источник изображения Источник изображения: TDK ABC CLR: Глава C КонцентрацииCeramic Compacitors Class 2
Ceramic Compacitors. [1] EPCI Эксперты Европейского института пассивных компонентов оригинальные статьи |
Другими словами, речь идет о диэлектрическом поглощении (DA) в соответствии с разделом C1.1.3 здесь. Но есть и разница. 
Кристаллическая структура сегнетоэлектрических материалов сохраняется вплоть до температуры Кюри. 
И наоборот, механическое давление создаст электрические заряды в конденсаторе. Явление называется пьезоэлектричество. Керамика BX (K900⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅K1800), подвергшаяся воздействию ударов/вибраций, произвела в эксперименте выходное напряжение до 40 мВ3. 
В классах материалов зависимость от напряжения увеличивается с увеличением номинального напряжения. Толщина диэлектрика не увеличивается пропорционально номинальному напряжению. Таким образом, напряженность электрического поля увеличивается с увеличением номинального напряжения, что, в свою очередь, приводит к несколько усиленной зависимости от напряжения. 
Примеры импеданса и ESR в зависимости от частоты в керамике X7R и 2C1. 
