Sıcaklık bir sorun değilse, farklı seramik dielektrikler hakkında ne söylenebilir?

Diyelim ki, çalışma ortam sıcaklığı aralığı 25 + -5C'ye iyi ayarlanmış bir devremiz var. Maliyetin yanı sıra, farklı seramik dielektrik tipleri için kullanım durumları ne olurdu? Başka bir deyişle, belirli bir seramik dielektriğin diğerlerinden daha iyi veya daha kötü performans göstereceği uygulamalar nelerdir? Herhangi bir genelleme yapabilir miyiz?

Seramik kapasitör harf kodlarının dielektriklerin sıcaklık bağımlılığını göstermesi gerektiğini biliyorum , ancak tüm bu soruların önerdiği gibi bunun hakkında söylenebilecek bir şey var mı?

Ayrıca paket boyutunun parazitleri ve dolayısıyla rezonans sıklığını ve kapak kaybını etkilediğini de biliyorum . Bazı dielektriklerin daha küçük paketlerde ve daha yüksek voltajlarda mevcut olmadığını ve birçok seramikte piezoelektrik / mikrofonik etkiler sergilediğini (hangileri?). Tüm bu faktörler birkaç kuralla yoğunlaştırılabilir mi?

Ayrıca üreticilerin veri sayfalarının, örneğin bazılarında sızıntı, rezonans veya kayıp belirtmeyerek kapasitörler için belirli bir uygulama olduğunu varsaydıklarını fark ettim.

Ancak, ortam sıcaklığı bir faktör değilse, belirli bir iş için en iyi kapasitör hangisidir. Kendi kendine ısınma uygulama / özel tip için bir sorun mu?

Şimdiye kadar tüm ticari devrelerim maliyet açısından hassas olmamıştı, bu yüzden IC veri sayfalarında önerilenleri gördüğüm için tüm seramik kapaklar için sadece X7R, X5R veya NP0 belirtiyorum. Ancak bu önerilerin arkasında sıcaklık bağımlılığından başka bir şey var mı?

Kapak amacına daha fazla dikkat etmeli miyim? Örneğin, X5R / X7R'yi sadece güç bypass ve regülasyonu için kullanın, ancak sinyal yolundaki herhangi bir şey için NPx kullanın? Herhangi bir genelleme yapılabilir mi, yoksa (çok eksik) üreticilerin veri sayfalarının ayrıntılı olarak okunmasını gerektiren bir konudur?

Kısacası. Bir tasarım sırasında parçaların aranmasını kolaylaştırmak için uygulanabilecek genel ilkeler var mı?

— Edgar Brown
kaynak

ESR frekansa göre değişir (1 / (w * C) etkilerden bahsetmiyorum, yani ESR frekansla büyüklük sıralarına göre değişir). DC bias kapasitansı azaltır, bu nedenle seramik bir kapağın büyük sinyal modeli, aslında bir kapasitör değildir. Mikrofonik meydana gelebilir (seramik bir kapasitöre herhangi bir mekanik şok, kapak boyunca bir voltaj impulsu yaratacaktır). Bununla birlikte, çok yararlı ve çok yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Öyle ki, şu anda, birçok üreticinin gelecekteki üretimi 6 ay veya daha fazla sattığı için bulmak oldukça zor.

— mkeith

mkeith bu kapasitör sıkıntısı gerçek. Son zamanlarda uğraşmak zorunda kaldım: 100V, 1uF, 1206, X7R / X7S kapasitörler 52 hafta teslim süresi ile dünyada kalmadı. OTH 1uF 1210 100V bol miktarda bulunur. Pasif bileşen pazarı garip.

— crasic

Yanıtlar:

Ortam sıcaklığı iyi kontrol edilmiş olsa bile, kondansatör üzerinde önemli bir voltaj varsa hava akımları gürültüye neden olabilir.

Farklı dielektrikler için zamanla kapasitans bozulması farklıdır. Ve büyük olan, voltaj kapasitans katsayısı.

Bunları kullanabiliyorsanız, NP0 kapakları X5R X7R vb. Parçalardan çok daha az bu tür etkilerden muzdariptir, ancak bunlar sadece mevcut değildir veya daha yüksek değerlerde çok büyük ve pahalıdır. Sinyal yolundaki bir X7R kapağının iyi çalıştığı birçok durum vardır. Diğer yandan özel uygulamalarda bypass kapakları olarak NP0 parçalarını kullandım.

Diğer bir özellik, daha küçük parçaların, özellikle de belirli bir ayak izi içinde mümkün olanın sınırlarına yaklaştığınızda, yüksek voltaj katsayısına sahip olma eğiliminde olması, bu nedenle kapasitansın (% 80 kadar) çoğu normal bir şekilde önyargılı olarak ortadan kaybolabilir çalışma gerilimi. Bu nedenle, daha büyük ve muhtemelen daha pahalı olsalar bile, 0402 veya 0201 yerine 0805 veya 0603 kullanmak daha iyi olabilir.

Veri sayfaları genellikle eksiktir, ancak bazı üreticiler her bir parça için çevrimiçi veya yerel olarak oluşturulmuş veri şeklinde çok daha eksiksiz veriler sunar. Örneğin, bu Murata sitesi (Flash gerektirir), çeşitli özellikler için CSV verilerini ayıklamanıza olanak tanır.

— Spehro Pefhany
kaynak

Evet, ancak uygulanabilecek genel kurallar kümesi var mı? Örneğin, X7R ile spesifik bir tolerans altında kalmak için her zaman voltaj değerini Nx kullanın, ancak NP0 ile 1.1x yeterlidir?

— Edgar Brown

@EdgarBrown Sana NP0 kullanmak Bir- verdi yapabilirsen sinyal yolunda veya istikrar önemliyse. Yukarıda voltaj katsayısı ile ilgili bir tane daha ekleyeceğim. Genellik muhtemelen uygulamanın ve parça özelliklerinin derinlemesine anlaşılmasını atlayabileceğiniz anlamına gelir ve bunun mümkün olduğundan emin değilim.

— Spehro Pefhany

İlk önce gürültüden bahsetmeni seviyorum. Şirketim (nanoppozisyon sistemleri ve metroloji) geçen yıl, daha iyi ekranlama nedeniyle daha düşük gürültünün beklenen davranışı yerine, kutuyu kapağa koyduğumuzda ölçüm gürültüsünün arttığını buldu. Sinyal yolundaki bazı seramik kapakların önemli piezoelektrik davranışa sahip olduğu ortaya çıkıyor, bu nedenle mikrofonik kapaklar soğutma fanlarından gürültü alıyor. Tahtanızın müşteriyle buluşmaya hazır olmasını umduğunuzda mutlu bir eğlence deneyimi değil.

— Graham

@Graham için +1 - LDO'nun REF pininde baypas olarak bir X7R kapağı vardı. LDO'nun çıkışı tahta esnekliği ile sallanacaktır.

— peufeu

@peufeu Evet, bu gününüzü mahvedecek. : /

— Graham

Piyasa gerçekliği genellikle seçimlerinizi dikte eder, yüksek voltajlı (> 10V) veya yüksek kapasiteli uygulamalarda (> 1uF) ortak paketlerdeki sınıf 1 dielektrik parçaları bulmak son derece zorlaşır, muhtemelen daha iyi bir dielektrik "spesifikasyon" yapamayacaksınız. ve ürün ağacınızın gerçekleştirilebilir olmasını bekleyebilirsiniz.

Piyasa genellikle NP0 ve diğer sınıf 1 dielektriklerin "sinyal kapsamaları" olduğuna ve parça kataloglarının bunu yansıttığına karar verdi. Başka bir örnek olarak, X7R / X7S parçalarının daha küçük paketlerde (<0805) ve yüksek kapasitede bulunması zorlaşır.

Sıcaklığı bir faktör olarak hariç tutarken, tasarım tartışmasına başka bir büyük faktör katkıda bulunmak:

Sınıf 1 Dielektrikler piezoelektrik etkilerden muzdarip değildir. Bu etki iki yönlüdür. Dalgalanma voltajı parçanın küçülmesine ve genişlemesine ve fiziksel gürültü ve ısı üretmesine neden olur, fiziksel titreşim parça üzerinde voltaj üretir.

Çok yüksek yoğunluklu kapasitörlere ve büyük dalgalanma voltajına sahip marjinal uygulamalarda bu, kapasitör terminallerinde önemli bir strese ve hatta çatlamaya neden olabilir.

Çatlaklı yüksek yoğunluklu seramik kapasitörlerin sert yüksek watt kısa devre olarak başarısız olduğunu ve ayrılma veya besleme baypas durumlarında ciddi hasara ve hatta yangına neden olabileceğini unutmayın. Bu bir endişe kaynağıysa ve alan diğer şemaları kullanmak için birinci sınıftaysa, bir NP0 veya başka bir sınıf 1 dielektrik size rahatlık için yeterli tampon verebilir.

@SpheroPefhany'nin cevapladığı şeye eklemek için, belirli bir dielektriğin sıcaklık spesifikasyonu da sıcaklık ile kapasitans değişikliğine özünde bağlıdır. Ortam sıcaklığını kontrol etseniz bile, yükseltilmişse, uygulamanız için parçanın etkin kapasitansını düşürmeniz gerekebilir, herhangi bir yerel sıcaklık dalgalanması devrenizde gürültü olarak görünecektir.

Seramik kapasitörler ayrıca yüksek DC Bias ile önemli ölçüde daha düşük etkin kapasitansa sahiptir, bu da dekuplaj veya baypas durumlarında bir endişe kaynağıdır, eğer daha yüksek voltaj derecesi mümkün değilse, sınıf 1 dielektrikler, kaba bir başparmak kuralı bundan daha az derecede acı çeker.

END Not

Genelde aynı dielektrik ve paket boyutu için saygın MFG setinden eşdeğer parçaların genellikle tüm uygulamalar için değiştirilebilir olacak kadar yakın olduğunu gözlemledim. Eksik bir liste: Murata, TDK, Samsung, Kemet, Yageo

İkinci katman MFG'ye ve genel Çin kitle pazarı parçalarına gittiğinizde, her şey pencereden dışarı çıkar.

— crasic
kaynak

Piyasa etkilerinin, normal ambalajlarda yüksek kapasitans veya yüksek voltajlı NP0 kapaklarını bulmayı zorlaştırdığını söylüyorsunuz, bu doğru değil. Bunun nedeni, dielektrik özelliklerinden dolayı, 1 uF 0805 NP0 kapasitör yapmak imkansızdır, çünkü seramiğin dielektrik sabiti çok düşüktür. Seramik dielektriklerde bir atılımın kısa olması, hiçbir şey bunu değiştirmeyecek

— C_Elegans

@C_elegans birlikte iki şey okuyor. paket boyutu bunun bir parçasıdır, ancak sınıf 1 genellikle herhangi bir paket boyutu için daha yüksek değerlerde bulunmaz. Kesinlikle üretilebilirlik küçük uçta bir sınırlamadır, ancak bir değer için talep olsaydı, yığılmış parçaları ve diğer değerlerde olduğu gibi özel paketleri görürdünüz

— görürdünüz crasic

Hangi paketlerden bahsediyorsunuz? Mouser, 0201-5550'den (her ne ise) NP0 kapaklarına sahiptir. Delik parçalarından mı bahsediyorsunuz?

— C_Elegans

Spehro Pefhany ve crasic, ana seramik kondansatör tiplerinin ana özelliklerini zaten ayrıntılı olarak detaylandırdıkları için, bu tam bir cevaptan daha tamamlayıcı bir nottur. Ancak, birkaç yıl öncesine kadar Ses Elektronik Mühendisleri çemberinde bilinen bir konuyu bıraktılar: seramikler , geçirgenliği tutarlı bir şekilde değişen dağıtıcı dielektriklerdir (vakum hariç neredeyse tüm mevcut dielektrikler) . $1\mathrm{Hz}$ ve birkaç tane $\mathrm{kHz}$ .
Makul sıcaklık ve uygulanan voltajdan bağımsız seramik kapasitörler bulsanız bile, bu ince problemle karşılaşabilirsiniz: bu cihazların kapasitansı, yukarıdaki frekanslar için sabit ve kararlı $1\mathrm{MHz}$ , ses bant genişliğinde önemli ölçüde değişebilir.

Bu neden bir sorun?
Belki de bu dünyadaki hemen hemen her şey gibi, bir kapasitör iyi tanımlanmış bir transfer fonksiyonuna sahip bir nesne olabilir:

şematik

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Transfer fonksiyonu $H_c(j\omega)$ seramik kapasitör aşağıdaki faz karakteristiğine sahiptir

\arg [{'H}_{c} (j ω)] = {\begin{cases} j k ω & f > az k'H z \\ j p (ω) \neq j k ω & f yukarıdaki sınırın altında \end{cases}

$\arg \big[H_c(j\omega)\big]= \begin{cases} jk\omega & f>\text{few $\mathrm{kHz}$}\\ jp(\omega)\neq jk\omega & f\text{ is below the above limit} \end{cases}$ nerede

her zaman oldugu gibi $\omega=2\pi f$ , nerede $f$ giriş sinyalinin frekansıdır,
$k$ sabittir, bazen faz gecikmesi denir
$p(\omega)$ , doğrusal olmayan (genellikle garip) bir işlevdir $\omega$ asimptotik olarak doğrusal fonksiyona eğilim $k\omega$ gibi $\omega\to\infty$

Bu, transfer fonksiyonunun faz karakteristiğinin doğrusal olmadığı frekans aralığında (yani dielektrik geçirgenliğin özel durumumuzda sabit olmadığı), giriş sinyalinin farklı spektral bileşenlerinin bağlı olarak farklı bir şekilde geciktiği anlamına gelir. değerinde $p(\omega)$ .
Bu, bu tür kapasitörlerin, dielektriklerinin dağıtıcı davranışının daha fazla vurgulandığı frekans aralığında kullanılmaması gerektiği anlamına gelir: sonuç olarak, düşük frekanslı ses sinyali devrelerinin sinyal yolu üzerinde seramik kapasitörlerin kullanılmasından kaçınmak daha iyidir.

— Daniele Tampieri
kaynak

Ses uygulamaları için en iyi kapasitör tipi hangisidir?

— Edgar Brown

Bazı deneyciler, diyAudio.com'da tartıştıkları gibi, hareketli bobin vinil ses RIAA dengeleme devrelerinde yalnızca Rus / Sovyet dönemi Teflon kapasitörlerini kullanıyorlar. Ayrıca düşük gürültülü şönt-VDD regülatörlere sahip NJFET'ler.

— analogsystemsrf

@EdgarBrown - genel olarak filmler, sinyal yolu içindeki ses uygulamaları için tercih edilen sınırlardır. Seramikler, ne tür bir devre üzerinde çalışırsanız çalışın, besleme bypassı / dekuplajı için kullanılabilir.

— ThreePhaseEel

@EdgarBrown: Yorumunda yazdığı gibi, ses uygulamaları için sinyal yoluna yerleştirilecek en iyi kapasitörler, en iyi kapasitörün kapasitör olmadığını , yani doğrudan bağlantı olduğunu söyleyebilecek saflar olsa bile muhtemelen bir film kapasitördür . Bununla birlikte, doğrudan bağlı bir devre tasarlamanın daha zor olduğu vana devrelerinde, metalize mika kapasitörler de gördüm.

— Daniele Tampieri