Если температура не проблема, что можно сказать о различных керамических диэлектриках

Предположим, у нас есть схема, рабочий диапазон температур окружающей среды которой хорошо регулируется до 25 + -5 ° C. Помимо стоимости, какие будут варианты использования для различных типов керамических диэлектриков? Другими словами, в каких приложениях конкретный керамический диэлектрик будет работать лучше или хуже других? Можем ли мы сделать какие-либо обобщения?

Я знаю, что буквенные коды керамических конденсаторов должны указывать на температурную зависимость диэлектриков, но можно ли что-то сказать об этом, как предполагают все эти вопросы?

Я также знаю, что размер упаковки влияет на паразитов и, следовательно, на резонансную частоту и потерю пробок. Что некоторые диэлектрики недоступны в небольших упаковках и более высоких напряжениях, и что многие керамики демонстрируют пьезоэлектрические / микрофонные эффекты (какие?). Могут ли все эти факторы быть сведены в несколько практических правил?

Я также заметил, что таблицы изготовителей, кажется, предполагают определенное применение для конденсаторов, например, не указывая утечку, резонансы или потери в некоторых из них.

Но, если температура окружающей среды не является фактором, какой конденсатор будет лучше для конкретной работы. Является ли самонагревание проблемой для применения / конкретного типа?

До сих пор все мои коммерческие схемы не были чувствительными к затратам, поэтому я просто указываю X7R, X5R или NP0 для всех керамических колпачков, как я вижу в таблицах IC. Но есть ли нечто большее, чем температурная зависимость за этими предложениями?

Должен ли я уделять больше внимания цели кепки? Например, используйте X5R / X7R только для обхода мощности и регулирования, но NPx для всего, что находится на пути прохождения сигнала? Можно ли сделать какое-либо обобщение, или это проблема, которая требует подробного чтения (очень неполных) таблиц производителей?

Короче говоря. Существуют ли общие принципы, которые можно применять для упрощения поиска деталей во время проектирования?

capacitor circuit-design signal-integrity ceramic Эдгар Браун
источник

СОЭ изменяется с частотой (я не говорю о 1 / (w * C) эффектах, я имею в виду СОЭ с частотой на порядки величины). Смещение постоянного тока уменьшает емкость, поэтому модель керамического колпачка с большим сигналом, на самом деле, не является конденсатором. Может возникнуть микрофоника (любой механический удар по керамическому конденсатору создаст импульс напряжения на крышке). Тем не менее, они очень полезны и очень широко используются. Настолько, что на данный момент их довольно сложно найти, поскольку многие производители продали будущую продукцию на 6 месяцев и более.

mkeith

@ Мне кажется, что нехватка конденсаторов реальна. Недавно я столкнулся с проблемой: в мире не осталось конденсаторов 100 В, 1 мкФ, 1206, X7R / X7S с 52-недельным временем выполнения заказа. OTH 1 мкФ 1210 100 В в изобилии. Рынок пассивных компонентов странный.

авария

Ответы:

Даже если температура окружающей среды хорошо контролируется, воздушные потоки могут вызывать шум при наличии значительного напряжения на конденсаторе.

Ухудшение емкости со временем различно для разных диэлектриков. И большой, коэффициент напряжения емкости.

Если вы можете их использовать, колпачки NP0 страдают от таких эффектов гораздо меньше, чем детали X5R X7R и т. Д., Но они просто недоступны или являются очень большими и дорогими в более высоких значениях. Есть много случаев, когда ограничение X7R в тракте сигнала работает просто отлично. С другой стороны, я использовал детали NP0 в качестве обходных колпачков в специальных приложениях.

Другая особенность заключается в том, что более мелкие детали, особенно когда вы приближаетесь к пределам, которые возможны в пределах данного отпечатка, имеют тенденцию иметь высокий коэффициент напряжения, поэтому большая часть емкости (до 80%) может просто исчезнуть при смещении при нормальном рабочее напряжение. Поэтому может быть лучше использовать 0805 или 0603, а не 0402 или 0201, даже если они больше и, возможно, дороже.

Таблицы данных, как правило, неполные, но некоторые производители предлагают гораздо более полные данные в виде онлайн или локально сгенерированных данных, индивидуальных для каждой части. Например, этот сайт Murata (требуется Flash) позволяет извлекать данные CSV для различных характеристик.

Спехро Пефхани
источник

Да, но есть ли какой-нибудь общий набор правил, которые можно применять? Например, всегда используйте Nx номинальное напряжение, чтобы оставаться в пределах определенного допуска с X7R, но 1,1x достаточно с NP0?

Эдгар Браун

@ EdgarBrown Я дал вам одноразовое использование NP0, если вы можете на пути прохождения сигнала или если стабильность важна. Я добавлю еще один выше относительно коэффициента напряжения. Общность, по-видимому, означает, что вы можете обойти глубокое понимание приложения и характеристик деталей, и я не уверен, что это возможно.

Спехро Пефхани

Мне нравится, что вы упоминаете шум в первую очередь. Моя компания (системы нанопозиционного позиционирования и метрология) в прошлом году обнаружила, что при измерении шума на коробке повышается шум измерения вместо ожидаемого поведения более низкого шума из-за лучшего экранирования. Оказывается, что некоторые керамические колпачки на пути прохождения сигнала имели значительные пьезоэлектрические характеристики, поэтому микрофонные колпачки воспринимали шум от охлаждающих вентиляторов. Не очень весело, когда вы надеетесь, что ваша доска готова встретить клиента.

Грэм

+1 для @Graham - у меня была крышка X7R в качестве байпаса на выводе REF LDO. Выходной сигнал LDO будет колебаться с изгибом платы.

peufeu

@peufeu Да, это испортит твой день. : /

Грэм

Рыночная реальность часто будет диктовать ваш выбор: становится чрезвычайно трудно найти диэлектрические детали класса 1 в обычных упаковках с приложениями высокого напряжения (> 10 В) или большой емкости (> 1 мкФ), вы, скорее всего, не сможете просто «специфицировать» лучший диэлектрик и ожидайте, что ваша спецификация реализуема.

Рынок в целом решил, что NP0 и другие диэлектрики класса 1 являются «сигнальными заглушками», и каталоги деталей отражают это. В качестве другого примера, детали X7R / X7S труднее найти в небольших упаковках (<0805) и большой емкости.

Чтобы внести вклад в обсуждение дизайна еще один важный фактор, исключая температуру как фактор:

Диэлектрики класса 1 не страдают от пьезоэлектрических эффектов. Этот эффект является двунаправленным. Пульсационное напряжение приведет к сжатию и расширению детали, а также к генерации физического шума и тепла, а физическая вибрация создаст напряжение на детали.

В предельных приложениях с конденсаторами очень высокой плотности и большим пульсирующим напряжением это может привести к значительному напряжению на клеммах конденсатора и даже к растрескиванию.

Обратите внимание, что растрескавшиеся керамические конденсаторы высокой плотности выходят из строя из-за короткого замыкания на высокой мощности и могут привести к серьезным повреждениям и даже к пожару в ситуациях разъединения или обхода питания. Если это является проблемой, и пространство имеет преимущество при использовании других схем, то NP0 или другой диэлектрик класса 1 может дать вам достаточно буфера для комфорта.

Чтобы добавить к тому, что ответил @SpheroPefhany, температурные характеристики данного диэлектрика также неразрывно связаны с изменением емкости с температурой. Даже если вы контролируете температуру окружающей среды, если она повышена, вам может потребоваться снизить эффективную емкость детали для вашего приложения, любые локальные колебания температуры будут отображаться как шум в вашей цепи.

Керамические конденсаторы также имеют значительно более низкую эффективную емкость с более высоким смещением постоянного тока, что является проблемой в ситуациях разъединения или обхода, если более высокое номинальное напряжение невозможно, диэлектрики класса 1, так как грубое эмпирическое правило страдает от этого в меньшей степени.

КОНЕЦ Примечание

Я обычно отмечал, что эквивалентные детали из авторитетного набора MFG для одного и того же диэлектрика и размера упаковки обычно достаточно близки, чтобы быть взаимозаменяемыми для всех применений. Неполный список: Мурата, ТДК, Самсунг, Кемет, Ягео

Когда вы переходите на MFG второго уровня и общие китайские запчасти для массового рынка, тогда все выходит за рамки.

crasic
источник

Вы говорите, что рыночные эффекты затрудняют поиск колпачков NP0 с высокой емкостью или высоким напряжением в обычных упаковках, что не соответствует действительности. Причиной этого является то, что из-за свойств диэлектрика невозможно изготовить конденсатор 1uF 0805 NP0, поскольку диэлектрическая проницаемость керамики слишком мала. Если не

считать

@C_elegans вы читаете в две вещи вместе. Размер пакета является его частью, но класс 1 не всегда доступен в более высоких значениях для любого размера пакета. Конечно, технологичность является ограничением для малого конца, но если бы существовал спрос на стоимость, вы бы увидели сложенные детали и специальные пакеты, как у вас, в других значениях

сбой

На какие пакеты вы ссылаетесь? У Mouser есть шапки NP0 от 0201-5550 (что бы это ни было). Вы имеете в виду сквозные отверстия?

C_Elegans

$1\mathrm{Hz}$ $\mathrm{kHz}$
$1\mathrm{MHz}$

Почему это проблема?
Как и почти все в этом мире, конденсатор может быть как объект с четко определенной передаточной функцией:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

$H_c(j\omega)$

Arg [{ЧАС}_{с} (J ω)] знак равно {\begin{cases} J К ω & е > несколько К ЧАС Z \\ J п (ω) \neq J К ω & е ниже указанного предела \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}$

$\omega=2\pi f$ $f$
$k$
$p(\omega)$ $\omega$ $k\omega$ $\omega\to\infty$

$p(\omega)$

Даниэле Тампиери
источник

Какой тип конденсатора будет лучшим для аудио приложений?

Эдгар Браун

Некоторые экспериментаторы, как они обсуждают на diyAudio.com, используют только тефлоновые конденсаторы русской / советской эпохи в своих компенсационных цепях RIAA с виниловым звуком с подвижной катушкой. Плюс NJFET с низкоуровневыми шунтирующими VDD регуляторами.

analogsystemsrf

@EdgarBrown - в общем, фильмы - лучший выбор для аудио-приложений в пределах пути прохождения сигнала. Керамика может использоваться для обхода / развязки питания независимо от того, над какой цепью вы работаете.

ThreePhaseEel

@EdgarBrown: как писал ThreePhaseEel в своем комментарии, наилучшие конденсаторы, которые можно разместить на пути прохождения сигнала для аудиоприложений, - это, вероятно, пленочные конденсаторы, даже если существуют пуристы, которые говорят, что лучшим конденсатором является не конденсатор , то есть прямая связь. Тем не менее, в схемах клапанов, где сложнее спроектировать прямую цепь, я также видел металлизированные конденсаторы слюды.

Даниэле Тампьери