Типы диэлектриков керамических конденсаторов

Типы диэлектриков керамических конденсаторов

17 Января 2017 В керамических конденсаторах используется обширный класс диэлектрических материалов — в основном это различные соединения на основе титанатов или ниобатов. Дли инженера важна классификация диэлектриков для керамики по признаку температурной стабильности, для оценки которой используется т.н. температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ).

В зарубежной системе классификации используется деление керамических конденсаторов на три класса:

  • Класс 1 — точные термостабильные конденсаторы с практически линейной зависимостью ТКЕ от температуры;
  • Класс 2 — конденсаторы с меньшей температурной стабильностью, но, в основном, с большей объёмной ёмкостью.
  • Класс 3 (устаревшие) — т.н. барьерные керамические конденсаторы, имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость и поэтому более высокую объемную ёмкость, чем конденсаторы второго класса. Тем не менее, эти конденсаторы имеют худшие электрические характеристики, в том числе более низкую точность и стабильность. Так как не представляется возможным создание многослойного конденсатора такого типа, на рынке присутствуют лишь выводные конденсаторы третьего класса. По состоянию на 2013-й год конденсаторы третьего класса считаются устаревшими, так как современная многослойная керамика 2 класса может обеспечить более высокую емкость и лучшие параметры в более компактном корпусе.

Для обозначения диэлектриков керамических конденсаторов зарубежом используются два стандарта: EIA RS-198 и IEC/EN 60384-8/21. Согласно этой системе, к первому классу принадлежат следующие диэлектрики:

Тип диэлектрика
(согласно IEC/EN 60384-8/21)
Тип диэлектрика
(согласно EIA-RS-198)
Температурный коэффциент ёмкости
(10 -6 /K)
Допустимое отклонение ТКЕ на градус
(10 -6 /K)
NP0 C0G ±30
P100 M7G 100 ±30
N33 H2G -33 ±30
N75 L2G -75 ±30
N150 P2H -150 ±60
N220 R2H -220 ±60
N330 S2H -330 ±60
N470 T2H -470 ±60
N750 U2J -750 ±120
N1000 Q3K -1000 ±250
N1500 P3K -1500 ±250

По стандарту EIA RS-198 керамические конденсаторы 2-го класса различаются по допустимому изменению ёмкости и рабочему диапазону температур.

Нижняя рабочая температура
(первый индекс)
Верхняя рабочая температура
(цифровой индекс)
Допустимое изменение ёмкости в температурном диапазоне
(третий индекс)
X = -55°
Y = -30°
Z = +10°
2 = +45°
4 = +65°
5 = +85°
6 = +105°
7 = +125°
8 = +150°
9 = +200°
A = ±1.0%
B = ±1.5%
C = ±2.2%
D = ±3.3%
E = ±4.7%
F = ±7.5%
P = ±10%
R = ±15%
S = ±22%
T = +22%, -33%
U = +22%, -56%
V = +22%, -82%

Пример обозначения, одни из самых распространённых типов диэлектриков:
X7R — ёмкость изменяется на ±15% в диапазоне от -55° до +125°
Y5V — ёмкость может измениться на +22% или -82% в диапазоне от -30° до +85°

В отечествнной системе классификации диэлектрики керамических конденсаторов по типу ТКЕ разделяются на три группы:

  • Конденсаторы с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры
  • Керамические конденсаторы различающиемя по допускаемому изменению емкости в интервале температур
  • Слюдяные конденсаторы

Классификация конденсаторов с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры приведена в таблице ниже. Там же указано соответствие отечественной системы и импортной, чтобы подобрать замену импортному конденсатору по типу диэлектрика:

Обозначение группы ТКЕ
По отечественной классификации
Обозначение группы ТКЕ
По импортной классификации
Номинальное значение ТКЕ в диапазоне 20 — 85°С
П100 (П120) P100 +100 (+120)
П33 +33
МП0 NP0
М33 N030 -33
М47 -47
М75 N75 -75
М150 N150 -150
М220 N220 -220
М330 N330 -330
М470 N470 -470
М750 N750 -750
М1500 N1500 -1500
М2200 N2200 -2200
Читайте также:  Как определить местонахождение сайта

Группы керамических конденсаторов классифицируемые по допускаемому изменению емкости в интервале температур:

Обозначение группы ТКЕ Допускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
H10 ±10
H20 ±20
H30 ±30
H50 ±50
H70 ±70
H90 ±90

Для слюдяных конденсаторов используется следующее деление по типам ТКЕ:

Обозначение группы ТКЕ Допускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
А ±200
Б ±100
В ±50
Г ±20

Остальные конденсаторы могут иметь различный ТКЕ, в зависимости от конкретного диэлектрика и конструкции. При расчётах необходимо сверяться с документацией на конкретный тип конденсатора. Для примера можно руководствоваться следующими значениями:

Полистирольные конденсаторы — ТКЕ в диапазоне 40 — 200 (10 -6 /°К).
Поликарбонатные конденсаторы — ТКЕ около ±50 (10 -6 /°К).
Полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) конденсаторы — ТКЕ у них не нормирован, но, как правило, они относительно термостабильные.
Полипропиленовые конденсаторы (серия К78) имеют достаточно высокий ТКЕ: -500 (10 -6 /°К).

Обратите внимание. Ёмкость конденсаторов изменяется не только из-за температуры окружающей среды, но также и в зависимости от приложенного напряжения. Данная особенность освещена в отдельной заметке.

17 Января 2017 В керамических конденсаторах используется обширный класс диэлектрических материалов — в основном это различные соединения на основе титанатов или ниобатов. Дли инженера важна классификация диэлектриков для керамики по признаку температурной стабильности, для оценки которой используется т.н. температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ).

В зарубежной системе классификации используется деление керамических конденсаторов на три класса:

  • Класс 1 — точные термостабильные конденсаторы с практически линейной зависимостью ТКЕ от температуры;
  • Класс 2 — конденсаторы с меньшей температурной стабильностью, но, в основном, с большей объёмной ёмкостью.
  • Класс 3 (устаревшие) — т.н. барьерные керамические конденсаторы, имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость и поэтому более высокую объемную ёмкость, чем конденсаторы второго класса. Тем не менее, эти конденсаторы имеют худшие электрические характеристики, в том числе более низкую точность и стабильность. Так как не представляется возможным создание многослойного конденсатора такого типа, на рынке присутствуют лишь выводные конденсаторы третьего класса. По состоянию на 2013-й год конденсаторы третьего класса считаются устаревшими, так как современная многослойная керамика 2 класса может обеспечить более высокую емкость и лучшие параметры в более компактном корпусе.

Для обозначения диэлектриков керамических конденсаторов зарубежом используются два стандарта: EIA RS-198 и IEC/EN 60384-8/21. Согласно этой системе, к первому классу принадлежат следующие диэлектрики:

Тип диэлектрика
(согласно IEC/EN 60384-8/21)
Тип диэлектрика
(согласно EIA-RS-198)
Температурный коэффциент ёмкости
(10 -6 /K)
Допустимое отклонение ТКЕ на градус
(10 -6 /K)
NP0 C0G ±30
P100 M7G 100 ±30
N33 H2G -33 ±30
N75 L2G -75 ±30
N150 P2H -150 ±60
N220 R2H -220 ±60
N330 S2H -330 ±60
N470 T2H -470 ±60
N750 U2J -750 ±120
N1000 Q3K -1000 ±250
N1500 P3K -1500 ±250

По стандарту EIA RS-198 керамические конденсаторы 2-го класса различаются по допустимому изменению ёмкости и рабочему диапазону температур.

Нижняя рабочая температура
(первый индекс)
Верхняя рабочая температура
(цифровой индекс)
Допустимое изменение ёмкости в температурном диапазоне
(третий индекс)
X = -55°
Y = -30°
Z = +10°
2 = +45°
4 = +65°
5 = +85°
6 = +105°
7 = +125°
8 = +150°
9 = +200°
A = ±1.0%
B = ±1.5%
C = ±2.2%
D = ±3.3%
E = ±4.7%
F = ±7.5%
P = ±10%
R = ±15%
S = ±22%
T = +22%, -33%
U = +22%, -56%
V = +22%, -82%
Читайте также:  Программы для создания rpg игр

Пример обозначения, одни из самых распространённых типов диэлектриков:
X7R — ёмкость изменяется на ±15% в диапазоне от -55° до +125°
Y5V — ёмкость может измениться на +22% или -82% в диапазоне от -30° до +85°

В отечествнной системе классификации диэлектрики керамических конденсаторов по типу ТКЕ разделяются на три группы:

  • Конденсаторы с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры
  • Керамические конденсаторы различающиемя по допускаемому изменению емкости в интервале температур
  • Слюдяные конденсаторы

Классификация конденсаторов с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры приведена в таблице ниже. Там же указано соответствие отечественной системы и импортной, чтобы подобрать замену импортному конденсатору по типу диэлектрика:

Обозначение группы ТКЕ
По отечественной классификации
Обозначение группы ТКЕ
По импортной классификации
Номинальное значение ТКЕ в диапазоне 20 — 85°С
П100 (П120) P100 +100 (+120)
П33 +33
МП0 NP0
М33 N030 -33
М47 -47
М75 N75 -75
М150 N150 -150
М220 N220 -220
М330 N330 -330
М470 N470 -470
М750 N750 -750
М1500 N1500 -1500
М2200 N2200 -2200

Группы керамических конденсаторов классифицируемые по допускаемому изменению емкости в интервале температур:

Обозначение группы ТКЕ Допускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
H10 ±10
H20 ±20
H30 ±30
H50 ±50
H70 ±70
H90 ±90

Для слюдяных конденсаторов используется следующее деление по типам ТКЕ:

Обозначение группы ТКЕ Допускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
А ±200
Б ±100
В ±50
Г ±20

Остальные конденсаторы могут иметь различный ТКЕ, в зависимости от конкретного диэлектрика и конструкции. При расчётах необходимо сверяться с документацией на конкретный тип конденсатора. Для примера можно руководствоваться следующими значениями:

Полистирольные конденсаторы — ТКЕ в диапазоне 40 — 200 (10 -6 /°К).
Поликарбонатные конденсаторы — ТКЕ около ±50 (10 -6 /°К).
Полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) конденсаторы — ТКЕ у них не нормирован, но, как правило, они относительно термостабильные.
Полипропиленовые конденсаторы (серия К78) имеют достаточно высокий ТКЕ: -500 (10 -6 /°К).

Обратите внимание. Ёмкость конденсаторов изменяется не только из-за температуры окружающей среды, но также и в зависимости от приложенного напряжения. Данная особенность освещена в отдельной заметке.

development and research

В этой заметке будет показано различие между диэлектриками керамических конденсаторов (или, более правильно, различия в температурном коэффициенте емкости, ТКЕ), часто используемых как в радиолюбительской практике, так и в серьезных разработках. Речь о трёхсимвольном коде из букв и цифр в даташите или в описании магазина на тот или иной керамический конденсатор, чаще всего можно увидеть такие коды: X7R, X7S, X5R, X8R, Z5U,Y5V, C0G.

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).

Конденсаторы 1-го класса:

Ключевые особенности конденсаторов это типа:

  • Высокая точность — точность 1% и лучше (бывают допустимые погрешности ёмкости в ±0.1 пФ!);
  • Отсутствие деградации со временем — практически отсутствует благодаря применённым материалам при изготовлении конденсаторов этого класса;
  • Отсутствие токов утечки — так же благодаря хорошим материалам они практически отсутствуют (крайне малы, особенно в сравнении с классом 2);
  • Нет зависимости ёмкости от приложенного напряжения — этот эффект здесь не проявляется, особенно в сравнении с конденсаторами класса 2, из которого некоторые конденсаторы могут терять до половины ёмкости с увеличением напряжения до максимально допустимого для них;
  • Линейный температурный коэффициент — ёмкость этих конденсаторов линейна с изменениями температуры.
Читайте также:  Airplay что это на айфоне

Благодаря совокупности или даже некоторым по отдельности особенностям керамических конденсаторов этого класса их применяют в резонансных схемах, осцилляторах, PLL, фильтрах с высокой добротностью и даже для фильтрации ВЧ помех по критическим шинам питания.

Тип диэлектрика конденсаторов этого класса обозначается тремя символами в следующем порядке (пример обозначения):

Расшифровать ТКЕ можно по следующей таблице:

Более подробное описание можно найти в стандарте EIA-RS-198.

Конденсаторы 2-го класса:

Ключевые особенности конденсаторов это типа:

  • Средняя или низкая точность — по этой причине конденсаторы этого класса в основном используются для фильтрации питания или как накопительные;
  • Деградации со временем — возможно ощутимое изменение параметров с течением времени;
  • Токи утечки — возможно наличие ощутимого значения тока утечки, особенно в сравнении с конденсаторами первого класса;
  • Большая зависимость ёмкости от приложенного напряжения — с увеличением приложенного напряжения (в пределах допустимого) ёмкость может уменьшаться в 2 и более раз!
  • Нелинейный температурный коэффициент — ёмкость этих конденсаторов нелинейно изменяется с изменениями температуры;
  • Высокая диэлектрическая проницаемость — благодаря этому столь малые габаритные размеры (как 0201, 0402, 0603 и т. д.) имеют значения ёмкости не единицы нФ, а сотни нФ.

Такие конденсаторы зачастую применяются как разделительные, фильтрующие или накопительные.

Тип диэлектрика конденсаторов этого класса обозначается тремя символами в следующем порядке (пример обозначения):

Расшифровать ТКЕ можно по следующей таблице:

Более подробное описание можно найти в стандарте EIA-RS-198.

Вывод

Эти таблицы помогут вам понять, что случается с ёмкостью конденсаторов во всём температурном диапазоне и какая ёмкость конденсатора будет «реальной» по сравнению с номинальной.

В качестве примера:

  • Конденсатор X7R, в этом обозначении первые символы X7 — значит производителем декларировано применение этого конденсатора в диапазоне температур -55…+125 °C, последний символ R — декларировано допустимое отклонение в ±15%, что значит, что на всём заявленном диапазоне температур ёмкость этого конденсатора не будет изменяться более чем на 15%;
  • Конденсатор Y5V, в этом обозначение первые символы Y5 — значит производителем декларировано применение этого конденсатора в диапазоне температур -30…+85 °C, последний символ V — декларировано допустимое отклонение в +22/-82%, что значит, что на всём заявленном диапазоне температур ёмкость этого конденсатора, возможно, увеличится на 22% (маловероятно), но нужно рассчитывать на худший случай — допустимо её уменьшение на 82%.

В итоге можно выделить наиболее рекомендуемые к применению типы конденсаторов — X7R, X7S, X8R, X5R и не рекомендуемые к применению типы конденсаторов — Y5V, Z5U. В идеале, конечно же, собирать всё на C0G или аналогичных типах, но они зачастую имеют огромные размеры для таких рядовых номиналов, как 0,1 мкФ, а ещё более решающим фактором их применения будет стоимость — такие номиналы стоят в разы дороже, чем аналогичные конденсаторы типа X7R или X5R.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector