Какие бывают типы диэлектриков в конденсаторах. Как диэлектрик влияет на характеристики конденсатора. Какие диэлектрики лучше использовать в разных применениях. Как выбрать оптимальный тип диэлектрика для конденсатора.
Основные типы диэлектриков в конденсаторах
Диэлектрик играет ключевую роль в работе конденсатора, определяя его основные характеристики. Существует несколько основных типов диэлектриков, которые используются в современных конденсаторах:
- Воздух
- Керамика
- Слюда
- Бумага
- Пленка (полимерная)
- Стекло
- Электролит
Каждый тип диэлектрика обладает своими уникальными свойствами, которые определяют область применения конденсатора. Рассмотрим особенности основных типов диэлектриков подробнее.
Влияние типа диэлектрика на характеристики конденсатора
Тип используемого диэлектрика оказывает существенное влияние на ключевые параметры конденсатора:
- Емкость
- Рабочее напряжение
- Температурная стабильность
- Частотные характеристики
- Потери
- Габариты
- Стоимость
Как правило, чем выше диэлектрическая проницаемость материала, тем большую емкость можно получить при тех же габаритах. Однако высокая диэлектрическая проницаемость часто сопровождается повышенными потерями и худшей температурной стабильностью.
Керамические конденсаторы: классы диэлектриков
Керамические конденсаторы являются одними из самых распространенных. В зависимости от типа используемой керамики, они подразделяются на несколько классов:
Класс 1 (C0G/NP0)
Конденсаторы с диэлектриком класса 1 отличаются высокой стабильностью характеристик:
- Минимальный температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
- Высокая добротность
- Низкие потери
- Отличная частотная характеристика
Благодаря этим свойствам, конденсаторы C0G/NP0 широко применяются в высокочастотных цепях, генераторах, фильтрах и других прецизионных схемах.
Класс 2 (X7R, X5R)
Конденсаторы класса 2 обладают более высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет получить большую емкость в меньших габаритах. Однако это достигается ценой снижения стабильности:
- Более высокий ТКЕ
- Зависимость емкости от приложенного напряжения
- Повышенные потери на высоких частотах
Конденсаторы X7R и X5R широко используются для фильтрации и развязки в цепях питания.
Пленочные конденсаторы: особенности и применение
Пленочные конденсаторы используют в качестве диэлектрика тонкую полимерную пленку. Наиболее распространенные типы пленок:
- Полиэстер (PET)
- Полипропилен (PP)
- Поликарбонат (PC)
- Полифениленсульфид (PPS)
Основные преимущества пленочных конденсаторов:
- Высокая стабильность во времени
- Низкие потери
- Высокое сопротивление изоляции
- Способность выдерживать высокие импульсные токи
Благодаря этим свойствам, пленочные конденсаторы широко применяются в силовой электронике, аудиотехнике, измерительном оборудовании.
Электролитические конденсаторы: алюминиевые и танталовые
Электролитические конденсаторы позволяют получить очень высокую удельную емкость благодаря использованию электрохимических процессов. Различают два основных типа:
Алюминиевые электролитические конденсаторы
Особенности алюминиевых электролитических конденсаторов:
- Высокая удельная емкость
- Низкая стоимость
- Большие габариты
- Ограниченный срок службы
- Чувствительность к температуре
Применяются преимущественно в цепях фильтрации источников питания.
Танталовые конденсаторы
По сравнению с алюминиевыми, танталовые конденсаторы обладают рядом преимуществ:
- Меньшие габариты при той же емкости
- Более низкий ESR
- Лучшая температурная стабильность
- Больший срок службы
Танталовые конденсаторы широко используются в портативной электронике, где критичны габариты и надежность.
Выбор оптимального типа диэлектрика для конденсатора
При выборе типа диэлектрика для конденсатора необходимо учитывать множество факторов:
- Требуемая емкость
- Рабочее напряжение
- Диапазон рабочих температур
- Допустимые отклонения параметров
- Частотный диапазон
- Габаритные ограничения
- Стоимость
Для прецизионных высокочастотных схем оптимальным выбором будут керамические конденсаторы класса 1 (C0G/NP0) или пленочные конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком. В цепях фильтрации и развязки питания хорошо подойдут керамические конденсаторы класса 2 (X7R, X5R). Для получения большой емкости при ограниченных габаритах используют электролитические или танталовые конденсаторы.
Современные тенденции в технологии диэлектриков для конденсаторов
Технология производства конденсаторов постоянно совершенствуется. Основные направления развития:
- Повышение удельной емкости
- Улучшение температурной стабильности
- Снижение потерь
- Расширение частотного диапазона
- Уменьшение габаритов
- Повышение надежности
Одной из перспективных технологий является использование нанокомпозитных материалов в качестве диэлектриков. Это позволяет значительно улучшить характеристики конденсаторов при сохранении малых габаритов.
Влияние диэлектрика на надежность и срок службы конденсатора
Тип используемого диэлектрика во многом определяет надежность и долговечность конденсатора. Основные факторы, влияющие на срок службы:
- Стабильность параметров диэлектрика во времени
- Устойчивость к воздействию температуры
- Стойкость к электрическим и механическим нагрузкам
- Влагостойкость
Керамические и пленочные конденсаторы обычно обладают высокой надежностью и длительным сроком службы. Электролитические конденсаторы более чувствительны к условиям эксплуатации и имеют ограниченный срок службы из-за постепенного высыхания электролита.
Заключение
Выбор типа диэлектрика является ключевым фактором при разработке и применении конденсаторов. Каждый тип диэлектрика обладает своими уникальными свойствами, определяющими область применения конденсатора. Понимание особенностей различных типов диэлектриков позволяет оптимально подобрать конденсатор для конкретной задачи, обеспечив наилучшее соотношение характеристик, габаритов и стоимости.
Типы диэлектриков конденсаторов
Конструктивно любой конденсатор можно представить двумя токопроводящими областями обычно это пластины , на которых скапливаются электрические заряды противоположных знаков и зоны диэлектрика между ними. Используемые для них материалы и размеры пластин с различными свойствами изолирующего слоя влияют на электрические характеристики конструкции и область ее применения. Также они определяют варианты классификации. Принципы систематизации. Конденсаторы для общего назначения широко распространены, используются во многих сферах, особенно в радиоэлектронике.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Основные типы диэлектриков, применяемых в производстве конденсаторов
- Устройство и разновидности конденсаторов
- Электрические конденсаторы.
Определение, классификация, применение.
- Керамические конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD)
- Вы точно человек?
- Пассивные компоненты компании YAGEO
- X7R, X5R, C0G…: краткое руководство по типам керамических конденсаторов
Определение, классификация, применение.ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Все что нужно знать про конденсатор. Принцип работы, Маркировка, назначение
Основные типы диэлектриков, применяемых в производстве конденсаторов
В данной небольшой технической статье делается попытка рассеять туман, который окружает трехсимвольные криптограммы, используемые для описания керамических конденсаторов.
Почти каждый, кто проектировал печатную плату, знаком с трехсимвольными кодами, которые сопровождают описания конденсаторов, и я думаю, что большинство инженеров имеют общее представление о том, какие типы следует использовать, или, по крайней мере, какие типы должны не использоваться в заданной схеме. Что на самом деле означают эти коды? Почему примечания к приложениям почти всегда рекомендуют X7R или X5R? Почему всё еще существует Y5V? Если вы ищете в онлайн-магазине керамический конденсатор 0,1 мкФ размером , то почему поиск выдаст результатов для X7R и ноль для C0G он же NP0?
Для маркировки конденсаторов с диэлектриками классов 2 и 3 используется трехсимвольный код в формате буква-цифра-буква. C0G находится в классе диэлектриков 1, поэтому сюда не входит подробнее об этом позже. Поскольку он подходит для устройств, которые всегда работают при комнатной температуре или вблизи нее.
Однако у него есть один недостаток, который стал особенно актуальным в эту эпоху непреклонной миниатюризации: он неэффективен по размерам. Например, если вы будете искать конденсатор C0G на 0,1 мкФ, то самым маленьким будет размер И напротив, вы можете найти конденсатор X7R на 0,1 мкФ в корпусе и с номинальным напряжением 10 В , достаточно высоким для схем 3,3 В или даже 5 В.
Если вы разрабатываете аудиоустройства или просто предпочитаете тихие печатные платы, то у вас есть еще одна причина выбора C0G по сравнению с X7R или X5R: конденсаторы класса 2 демонстрируют пьезоэлектрическое поведение, которое может заставить их функционировать и как микрофон который преобразует звук в электрический шум , и как зуммер который преобразует сигналы переменного тока в звуковой шум.
У конденсаторов класса 1 такой проблемы нет.
Я уверен, что вы можете найти гораздо больше информации о типах конденсаторов и диэлектриков от таких производителей как Kemet, AVX и TDK. Если хотите увидеть полную таблицу трехсимвольных кодов, то смотрите следующую статью. На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus. Радиоэлектроника Электронные компоненты. Это было бы глупо! Сообщить об ошибке.
Ваше имя. Ваш email для ответа.
Устройство и разновидности конденсаторов
Конденсаторы являются одним из самых «древних» изделий электронной техники и электротехники. Первые конденсаторы, так называемые «лейденские банки», появились еще в середине 18 века, задолго до начала их практического применения. Одновременно с количественными изменениями в производстве конденсаторов происходят серьезные качественные изменения в их номенклатуре, связанные с внедрением новых материалов и технологий, новых конструктивных решений, отражающих требования и тенденции развития сферы применения.
АО «НИИ «Гириконд» более 60 лет является ведущим научным предприятием России в области конденсаторостроения и осуществляет научно-техническую и производственную деятельность в этом направлении от материаловедческих и технологических НИР до разработки новых типов конденсаторов по требованиям заказчиков и постановки их на производство.
Затем более подробная классификация таких конденсаторов производится по типу используемого диэлектрика, хотя некоторые типы диэлектриков.
Электрические конденсаторы. Определение, классификация, применение.
Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим. Это важный вопрос, так как существует множество факторов температурные характеристики, тип корпуса и так далее , которые делают тот или иной тип конденсаторов электролитический, керамический и пр. В статье будут рассмотрены популярные типы конденсаторов, их достоинства и особенности, а также области применения.
В каждом разделе помещены ссылки на результаты поисковых запросов для некоторых серий наиболее популярных конденсаторов из каталога компании Терраэлектроника. Конденсаторы Рис. В самом простом случае они состоят из двух параллельных пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Конденсаторы хранят электрический заряд. Единицей емкости является Фарад Ф. Это название было дано в честь Майкла Фарадея, который в свое время стал пионером в области практического использования конденсаторов.
Керамические конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD)
На нашем сайте собрано более бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике. Не можете решить контрольную?! Мы поможем! Более 20 авторов выполнят вашу работу от руб!
В радиоэлектронике используются огромное количество всевозможных конденсаторов. Все они различаются по таким основным параметрам как номинальная ёмкость, рабочее напряжение и допуск.
Вы точно человек?
Конденсатор — это устройство, которое может накапливать электрический заряд при подключении к постоянному источнику электроэнергии.
Иллюстрацией простейшего конденсатора могут послужить две металлические пластинки, разделенные диэлектриком. Такое свойство этих простых электрических устройств используют в фотовспышках, некоторых видах генераторов, электромагнитных ускорителях, компьютерной памяти. Они бывают разных видов и типов. Эти электрические устройства отличаются типом диэлектрика и способностью к изменению своей емкости.
Пассивные компоненты компании YAGEO
Типы конденсаторов. Металлические конденсаторы с воздушным диэлектриком. Огромное многообразие материалов и технологий, используемых при изготовлении обкладок конденсатора и диэлектрика, приводит к огромному количеству вариантов их применения и такому же многообразию конструктивного оформления рис. Приведенная на рис. Две основные ветви образуют конденсаторы, в которых используются полярные и неполярные диэлектрики.
Для уменьшения габаритов конденсаторов некоторые типы устройств сворачивают в бобины – диэлектрики и обкладки, образованные.
X7R, X5R, C0G…: краткое руководство по типам керамических конденсаторов
Датой возникновения бренда Yageo считается год. Однако компания начала свою деятельность еще в году с производства прецизионных резисторов для компьютерной техники. В этом же году фирма объединилась с ASJ производителем резисторов из Сингапура.
Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Решите задачу по физике 1 ставка. Какая польза народному хозяйству от астрономии и теории эволюции? Независимые ученые узнали, что Человечество не вызвало Глобального Потепления. А Кто вызвал?
Керамические конденсаторы разделяются на 4 класса 1, 2, 3, 4 , последние два практически не используются и даже не стандартизированы, поэтому речь будет только о первых двух 1, 2.
Группа РЛ Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком, таким, как воздух, газ, бумага, керамика или оксидный слой. Величина заряда будет зависеть от напряжения. Единица емкости — фарада Ф. Если число, пластин больше одной, то числители первой и второй формул умножаются на N — 1 , где N — число пластин.
Конденсатор может быть представлен в виде эквивалентной схемы рис.
Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3].
Как влияет тип диэлектрика на емкость конденсатора?
Плоские конденсаторы, будь то вакуумные или воздушные, т.е. имеющие вакуум или воздух между обкладками, обычно имеют небольшую емкость. Её можно увеличить, манипулируя размером конденсатора, например, увеличивая площадь поверхности обкладок или уменьшая расстояние между ними. Однако оба решения не очень эффективны, поскольку, например, слишком большой размер ограничивает применимость конденсатора на практике, а уменьшение расстояния между обкладками может привести к пробою.
Существует еще один способ увеличения емкости конденсатора: между его обкладками можно поместить материал с диэлектрическими свойствами.
Таким образом, в зависимости от используемого диэлектрика, емкость конденсатора может быть увеличена от нескольких до десятков раз.
Диэлектрики — это материалы, которые не проводят электричество. Во внешнем электрическом поле напряженностью E0 молекулы диэлектрика поляризуются.
Эта поляризация создает внутреннее электрическое поле в диэлектрике Ep. Это поле направлено противоположно внешнему полю. В результате напряженность результирующего электрического поля внутри диэлектрика: E = E0 + Ep , имеет меньшее значение, чем внешнее поле (рис. 1): E = E0 — Ep .
Рис. 1. Линии электрического поля внутри плоского вакуумного конденсатора (слева) и конденсатора с диэлектриком между обкладками (справа)Из-за поляризации внутри диэлектрика, заполняющего конденсатор, плотность линий электрического поля, а следовательно, и его напряженность, меньше, чем в вакуумном конденсаторе.
Отношение E0 к E зависит от свойств диэлектрика и называется относительной диэлектрической проницаемостью: E0 / E = εr .
Заметим, что константа εr безразмерна (не имеет определенных единиц) и ее значение удовлетворяет условию: εr ≥ 1 , где εr = 1 характеризует вакуум.
Заметим также, что если напряженность электрического поля внутри диэлектрика уменьшается в εr раз, то разность потенциалов (т.е. напряжение U) внутри диэлектрика также должна уменьшиться в εr раз: U0 / U = εr [5].
Что же произойдет, если мы заполним пространство между обкладками конденсатора диэлектриком? Это уменьшит значение разности потенциалов U, сохраняя заряд на обкладках неизменным. Итак, давайте рассмотрим, как это повлияет на емкость данного конденсатора.
Емкость вакуумного конденсатора, т.е. конденсатора, между обкладками которого имеется вакуум, определяется по формуле:
С0 = Q / U0
Таким образом, после введения диэлектрика емкость составит: C = Q / U = Q / ( U0 / εr ) = εr * Q / U0 = εr * C0 .
Это означает, что если между обкладками конденсатора поместить диэлектрик, то его емкость увеличится в εr раз: C = εr * C0 .
В таблице 1. приведены примеры значений относительной диэлектрической проницаемости выбранных диэлектриков при комнатной температуре.
| Материал | Относительная диэлектрическая проницаемость |
| Вакуум | 1,0000 |
| Воздух | 1,0005 |
| Тефлон | 2,1 |
| Полиэтилен | 2,3 |
| Бумага | 3,5 |
| Стекло | 4,5 |
| Фарфор | 6,5 |
| Вода | 78 |
Как измерить значение относительной диэлектрической проницаемости?
Мы не измеряем эту величину напрямую, а определяем ее. Один из способов определения этой величины, который можно использовать, например, на уроках физики, заключается в измерении разности потенциалов между обкладками плоского конденсатора.
Вам понадобятся: диэлектрическая пластина (например, кусок стекла или пластика), демонстрационный конденсатор (или две металлические пластины, которые можно расположить параллельно друг другу), электроскоп и электростатическая (индукционная) машина.
Мы раздвигаем обкладки конденсатора (или металлические пластины) так, чтобы диэлектрик заполнил пространство между ними (около 1-2 см). С помощью электростатической машины мы заряжаем одну из обкладок конденсатора. Вторую обкладку можно прикрепить к штативу или просто держать в руке — если ее заземлить, она выработает тот же заряд, что и первая. Считайте показания электроскопа (рис. 2.). Затем вставьте диэлектрик между крышками и снова считайте показания электроскопа.
Рис. 2. Исследование с помощью электроскопа напряжения между обкладками плоского конденсатора: а) с воздухом, б) с диэлектриком между обкладкамиКогда диэлектрик вставляется между обкладками конденсатора, напряжение между обкладками уменьшается, что заставляет створки электроскопа опускаться вниз.
Электроскоп измеряет напряжение между обкладками конденсатора. Подставив полученные результаты в формулу (5), определим относительную диэлектрическую проницаемость материала. Обратите внимание, что не имеет значения, в каких единицах мы измеряем напряжение — параметр εr является безразмерным.
The Many Ceramic Capacitor Dielectrics
Техническое примечание Дениса Лашапеля, инженера, февраль 2010 г.Редакция Сержа Тремблея, март 2021 г. диэлектрики, чтобы определить наилучший выбор для использования в каждом приложении, уточняя при этом использование символов для идентификации.
Что это за три символа?
Большинство керамических конденсаторов обычно сопровождаются тремя символами, определенными EIA-19.8, которые, как правило, принимают следующую форму: X7R, NP0, ZU5 и т. д. Эти три символа определяют не то, какая керамика используется в конденсаторах, а скорее ее температурные характеристики. Первый символ обозначает более низкую температуру, второй — более высокую температуру, а третий — допуск емкости.
В качестве примера можно отметить, что, как показано ниже в Таблице 2, керамический конденсатор диэлектрического типа X7R работает в диапазоне температур от -55 °C до +125 °C и имеет допуск по емкости в этом диапазоне ±15%. Другой пример, показанный в таблице 1, заключается в том, что конденсаторы типа NP0, относящиеся к классу 1, имеют наименьшую температурную зависимость среди керамических конденсаторов, которые могут иметь различные температурные коэффициенты.
Эти конденсаторы с различными температурными коэффициентами часто используются для компенсации влияния температуры на резонирующий индуктор. В обстоятельствах, когда TC катушки индуктивности составляет +200 ppm, а резонирует с конденсатором -200 ppm, суммарный температурный эффект будет заключаться в том, что резонансная частота не изменится с температурой.
Вы можете подключить параллельно и/или последовательно конденсаторы с различными температурными коэффициентами, чтобы они соответствовали коэффициенту катушки индуктивности, которую необходимо компенсировать.
Конденсаторы класса 2 маркируются в соответствии с изменением емкости в диапазоне температур.
Подобно стандарту EIA-198, стандарт EIA RS-198 использует три символа, где первый символ — буква:
- Первый символ — буква, обозначающая более низкую рабочую температуру.
- Вторая цифра указывает на более высокую рабочую температуру.
- Буква в конце указывает на изменение емкости в этом диапазоне температур.
Ниже приведены некоторые распространенные примеры:
- X7R (–55/+125 °C, ΔC/C0 = ±15%)
- X5R (-55/+85 °C, ΔC/C0 = ±15%)
- X7S (-55/+125 °C, ΔC/C0 = ±22%)
- Z5U (+10/+85 °C, ΔC/C0 = +22/–56%)
- Y5V (–30/+85 °C, ΔC/C0 = +22/–82%)
Обратите внимание, однако, что эти три символа не рассказывают всю историю о конкретном конденсаторе, поскольку существует множество других характеристик, которые необходимо учитывать, таких как коэффициент рассеяния, старение, ESR, ESL и утечка, некоторые из которых мы рассмотрим ниже.
Керамические конденсаторы легко доступны в Интернете и бывают разных типов, включая NP0, C0G, X5R, X7R, Z5U, Y5V, XR8, X7S, X6S и X7S.
Температурный режим
В условиях военного или автомобильного применения необходимо выбирать конденсатор с температурным диапазоном от -55 °C до +125 °C. Подходящим выбором будет большинство типов класса 1, а также тип X7R. Для промышленного применения следует выбирать между типами X7 и X5 в дополнение к типам Y5, если устройство не будет располагаться снаружи. В коммерческих и потребительских приложениях Y5, а также Z5 были бы хорошими вариантами. Важно учитывать температурную стабильность, поэтому, если ваш проект носит коммерческий характер, но требует большей стабильности, то использование X7R может быть лучшим вариантом.
Стандартные конденсаторы EIA-198, классы
, класс I
Компоненты этого типа представляют собой термокомпенсирующие керамические диэлектрики, конденсаторы постоянной емкости, подходящие для резонансных цепей или других применений, где требуется высокая добротность и стабильность емкостных характеристик.
Класс II
Компоненты этой классификации представляют собой фиксированные конденсаторы с керамическим диэлектриком, подходящие для применения в шунтирующих и развязывающих схемах или в цепях частотной дискриминации, где добротность и стабильность емкостных характеристик не имеют большого значения. Эта классификация дополнительно определяется как конденсаторы, имеющие температурные характеристики от A до S. Керамические диэлектрики класса II демонстрируют предсказуемые изменения со временем и напряжением. Компенсация эффекта старения производится путем привязки пределов емкости к будущему времени, которое считается наиболее полезным для покупателя; Обычно выбирается 1000 часов, но между покупателем и продавцом могут быть согласованы другие договоренности. Напряжение также вызовет временное изменение емкости, и последовательность испытаний должна быть такой, чтобы на измерения емкости не влияли предыдущие испытания напряжения.
Скорость старения диэлектрика практически постоянна в течение многих десятилетий, т.
е. от 10 до 100 часов, от 100 до 1000 часов, от 1000 до 10 000 часов и т. д., при измерении с момента последней плавки деполяризация в производстве. Восстановление исходной емкости на момент изготовления произойдет при нагреве до 150 °С в течение одного часа, после чего снова начнется нормальное старение. Конденсаторы, измеренные до истечения 24 часов, могут иметь временно высокие значения емкости, которые со временем будут уменьшаться.
Класс III
Стандартизованные здесь компоненты представляют собой фиксированные керамические диэлектрические конденсаторы типа, специально подходящего для использования в электронных схемах для шунтирования, развязки или других приложений, в которых диэлектрические потери, высокое сопротивление изоляции и стабильность емкости не имеют большого значения. Эта классификация идентична классу II, за исключением того, что она ограничена конденсаторами с температурными характеристиками от T до V.
Класс IV
Эта классификация ограничивается компонентами, в которых используется конструкция типа восстановленного титаната или барьерного слоя.
Хотя в основном они соответствуют описаниям класса II и класса III, можно отметить некоторые другие электрические различия, как описано в EIA-198-3-F этой спецификации.
Коэффициент рассеивания
DF/PF конденсатора показывает, какой процент входной полной мощности (Irms*Vrms) будет превращаться в тепло в конденсаторе. Коэффициент рассеяния связан с ESR таким образом, что ток, циркулирующий в конденсаторе, вызывает потери в ESR. 92)
Из приведенного выше уравнения знаменатель на очень низкой частоте равен 1/2*PI*F*C, тогда мы можем написать DF = 2 * PI * F * C * ESR.
Следовательно, чем ниже ESR, тем ниже коэффициент рассеяния. Обратите внимание, что DF зависит от частоты.
Старение
Старение — очень важный фактор, который следует учитывать при выборе конденсатора. Конденсаторы типа NP0, как правило, не стареют, но другие диэлектрики стареют на 2–5 % за десятилетие.
Например, конденсатор X7R будет терять 2 % за декаду в час, а конденсатор емкостью 1 мкФ станет 0,98 мкФ через 10 часов, 0,96 мкФ через 100 часов и 0,94 мкФ через 1000 часов.
В условиях, когда конденсатор X7R используется для синхронизации, частота со временем будет расти, что делает конденсатор типа NP0 лучшим вариантом из-за его стабильности во времени. Производители, как правило, указывают номинал конденсатора через 1000 часов эксплуатации; поэтому можно ожидать снижения на 2% через 10 000 часов, что составляет примерно чуть больше одного года.
Микрофонный эффект
Следует использовать керамику с очень высокой диэлектрической проницаемостью, чтобы получить конденсатор большой емкости в ограниченном пространстве. Эта керамика с очень высокой диэлектрической проницаемостью часто также является пьезоэлектрической, что означает, что они действуют как преобразователь. Механическое давление на керамику вызывает на ее поверхности разность потенциалов. Согласно заявлению AVX:
» Влияние механического напряжения — Керамические конденсаторы с высокой диэлектрической проницаемостью «K» демонстрируют некоторые пьезоэлектрические реакции низкого уровня при механическом воздействии.
Как правило, пьезоэлектрический выход тем выше, чем выше диэлектрическая проницаемость керамики. Желательно исследовать этот эффект, прежде чем использовать диэлектрики с высоким «K» в качестве разделительных конденсаторов в приложениях с очень низким уровнем».
Эта проблема часто возникает в схемах микрофонного усиления, поскольку для связи используется керамический конденсатор большой емкости. Кроме того, конденсаторы для поверхностного монтажа более микрофонны, чем конденсаторы из свинцовой керамики, что, возможно, вызвано более слабой механической связью между печатной платой и диэлектриком из-за того, что провода конденсатора действуют как гаситель вибрации.
Диэлектрическая проницаемость некоторых диэлектриков
Приведенная ниже таблица представляет собой упрощенную выдержку из Википедии и поможет понять, почему в конденсаторах используется керамика. Керамическая диэлектрическая проницаемость колеблется от 86 до 10 000, что намного выше, чем у полистирола, используемого в пленочных конденсаторах, и намного больше, чем у воздуха и вакуума.
Обратите внимание, что последние пять предметов — это керамика.
Заключение
Не являясь исчерпывающим, поскольку охватывает только некоторые аспекты керамических конденсаторов, основная цель этих указаний по применению состояла в том, чтобы дать разъяснения по некоторым важным сопутствующим факторам для оптимального выбора. Некоторые дополнительные важные факторы, не рассмотренные здесь, включают диапазон частот, ESL (эквивалентную последовательную индуктивность), резонансную частоту, изменение емкости в зависимости от поляризации постоянного тока, утечку постоянного тока и многое другое.
MLCC и керамические конденсаторы
В статье рассказывается о конструкции, изготовлении, применении и особенностях керамических конденсаторов.
Керамические диэлектрические электростатические конденсаторы доминируют на рынке конденсаторов в ряде областей:
Несмотря на все вышеперечисленные преимущества, существуют некоторые ограничения технологии, которые необходимо понимать для правильного использования и проектирования.
В следующих главах мы также обсудим две основные группы керамических диэлектрических материалов:
Основные типы конструкции включают простые – однослойные керамические конденсаторы SLCC и основные типы, выполненные по технологии стекирования – многослойные керамические конденсаторы MLCC.
Однослойный керамический конденсатор SLCC
- простая конструкция
- недорогая технология
- нижний ШРУС
- выше СОЭ
- широкий диапазон напряжения
- Высоковольтные, мощные приложения
- ВЧ/СВЧ приложения
Многослойные керамические конденсаторы MLCC
- масса, объем
- миниатюризация
- низкое СОЭ
- высокое резюме
- гибкая технология
Микросхемы MLCC на сегодняшний день являются ведущей технологией уменьшения размеров и миниатюризации среди пассивных компонентов.
На приведенной ниже диаграмме показано изменение соотношения размеров корпусов в MLCC. В то время как самым популярным размером корпуса в 1995 году был 0805, 0603 в 2000 году, 0402 в 2009 году, с 2018 года наиболее часто используемым размером корпуса является 0201, то есть конденсатор размером 0,6 × 0,3 × 0,3 мм. На данный момент самым маленьким MLCC в массовом производстве является корпус 008004, запущенный в серийное производство в 2019 году.с размерами всего 0,2×0,1×0,1 мм.
Огромное уменьшение объема показано на Рис. 1. и 2. ниже – примерно такой же объем, занимаемый 10 штуками в корпусе 1210, занимает 100 000 штук конденсаторов 008004!
Рис. 1. Размер корпуса керамического конденсатора MLCC Тенденция доли размеров; источник: Murata Рис. 2. Объемное сравнение размеров корпуса керамического конденсатора MLCC; источник: Murata Классификация керамических диэлектриков Различные керамические диэлектрические материалы, используемые для керамических конденсаторов с линейным (параэлектрическим), сегнетоэлектрическим, релаксорно-ферроэлектрическим или антисегнетоэлектрическим поведением (рис.
3), влияют на электрические характеристики конденсаторов. Использование смесей линейных веществ, в основном на основе диоксида титана, приводит к очень стабильному и линейному поведению значения емкости в заданном диапазоне температур и низким потерям на высоких частотах. Но эти смеси имеют относительно низкую диэлектрическую проницаемость, так что значения емкости этих конденсаторов относительно невелики.
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 3 ниже для сравнения поляризационных кривых между линейными диэлектриками (класс 1), сегнетоэлектриками (класс 2) и антисегнетоэлектрическими материалами.
Мы обсудим больше в главе о керамических конденсаторах класса 2.
Более высокие значения емкости для керамических конденсаторов могут быть достигнуты при использовании смесей сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария, вместе со специфическими оксидами. Эти диэлектрические материалы имеют гораздо более высокие диэлектрические проницаемости, но в то же время их величина емкости более или менее нелинейна в температурном диапазоне, а потери на высоких частотах значительно выше. Эти различные электрические характеристики керамических конденсаторов требуют их группировки по «классам применения».
Определения классов приложений, данные в двух стандартах, различаются. В следующей таблице показаны различные определения классов применения керамических конденсаторов:
