片式電容具有容量�,體積小,容易片式化等特�(diǎn),是�(dāng)今移�(dòng)通信�(shè)�、計(jì)算機(jī)板卡以及家電遙控器中使用多的元件之一。為了滿足電子設(shè)備的整機(jī)向小型化、大容量�、高可靠性和低成本方向發(fā)展的需�,片式電容本身也在迅速地�(fā)展:種類不斷增加,體積不斷縮�,性能不斷提高,技�(shù)不斷�(jìn)�,材料不斷更�,輕薄短小系列產(chǎn)品已趨向于標(biāo)�(zhǔn)化和通用�。其�(yīng)用正逐步由消�(fèi)類設(shè)備向投資類設(shè)備滲透和�(fā)��
此外,片式電容還在朝著多元化的方向發(fā)展:①為了適�(yīng)便攜式通信工具的需�,片�電容�正向低電�、大容量、超小和超薄的方向發(fā)�。②為了適應(yīng)某些電子整機(jī)(如軍用通信�(shè)�)的發(fā)�,高耐壓、大電流、大功率、超高Q�、低ESR型的中高�片式電容�也是目前的一�(gè)重要的發(fā)展方向。③為了適應(yīng)線路高度集成化的要求,多功能�(fù)合片式電容器正成為技�(shù)研究熱點(diǎn)�
片式疊層陶瓷介質(zhì)電容�
在片式電容器里用得多的是片式疊層陶瓷介質(zhì)電容��
片式疊層陶瓷電容�(MLCC),簡(jiǎn)稱片式疊層電容器(或�(jìn)一步簡(jiǎn)稱為片式電容�),是由印好電�(�(nèi)電極)的陶瓷介�(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來(lái),經(jīng)�(guò)一次性高�?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片,再在芯片的兩端封上金屬�(外電�),從而形成一�(gè)類似�(dú)石的�(jié)�(gòu)�,故也叫�(dú)石電容器,如�1所示�
�1表明,片式疊層陶瓷電容器是一�(gè)多層疊合的結(jié)�(gòu),其�(shí)�(zhì)是由多�(gè)�(jiǎn)單平行板電容器的并聯(lián)�。因�,該電容器的電容量計(jì)算公式為
C=NKA/t
式中,C為電容量;N為電極層�(shù);K為介電常�(shù)(俗稱K�);A為相�(duì)電極覆蓋面積;t為電極間�(介質(zhì)厚度)�
由此式可�,為了實(shí)�(xiàn)片式疊層陶瓷電容器大容量和小體積的要�。只要增大N(增加層數(shù))便可增大電容�。當(dāng)然采用高K值材�(降低�(wěn)定性能)、增加A(增大體積)和減小t(降低電壓耐受能力)也是可以采取的辦法�
這里特別�(shuō)一�(shuō)介電常數(shù)K�,它取決于電容器中填充介�(zhì)的陶瓷材�。電容器使用的環(huán)境溫�、工作電壓和頻率、以及工作的�(shí)�(�(zhǎng)期工作的�(wěn)定�)等對(duì)不同的介�(zhì)�(huì)有不同的影響。通常介電常數(shù)(K�)越大,穩(wěn)定�、可靠性和耐用性能越差�
常用的陶瓷介�(zhì)的主要成分是MgTiO3、CaTiO3、SrTiO3和TiO2再加入適量的稀土類氧化物等配制而成。其特點(diǎn)是介�(zhì)系數(shù)較大、介�(zhì)損耗低、溫度系�(shù)小、環(huán)境溫度適用范圍廣和高頻特性好,用在要求較高的�(chǎng)�(I類瓷介電容器)中�
另一類是低頻高介材料稱為�(qiáng)介鐵電陶�,常用作Ⅱ類瓷介電容器的介質(zhì),一般以BaTiO3為主體的鐵電陶瓷,其特點(diǎn)是介電系�(shù)特別�,達(dá)到數(shù)千,甚至上萬(wàn);但是介電系�(shù)隨溫度呈非線性變�,介電常�(shù)隨施加的外電�(chǎng)也有非線性關(guān)��
目前常用的多層陶瓷電容器介質(zhì)有三�(gè)類型:COG或NPO是超�(wěn)定材料,K值為10�100;X7R是較�(wěn)定的材料,K值為2 000�4 000;Y5V或Z5U為一般用途的材料,K值為5 000�25 000。在我國(guó)的標(biāo)�(zhǔn)里則分為I類陶�(C C 4和CC41)及Ⅱ類陶�(CT4和CT41)兩種。上述材料中,COG和NPO為超�(wěn)定材�,在-55℃~+125℃范圍內(nèi)電容器的容量變化不超�(guò)± 30ppm/℃�
其余材料是按其工作溫度的范圍和電容量的變化率�(lái)命名�。詳見表1�
幾種常用的片式電容器的介�(zhì)材料中:
X7R代表使用溫度范圍�-50℃至+125�;在此范圍內(nèi)的電容量變化可達(dá)到�15��
Z5U代表使用溫度范圍�+10℃至+85℃;在此范圍�(nèi)的電容量變化�-56%�+22%�
Y5V代表使用溫度范圍�-30℃至+85�;在此范圍內(nèi)的電容量變化�-82%�+22%�
這些�(guān)系表�,在�(shí)際使用時(shí),對(duì)片式電容器選擇不能一味只考慮體積和價(jià)�,如果有使用的環(huán)境溫度問�,還�(yīng)�(dāng)注意電容器的介質(zhì)帶來(lái)的電容量變化問題。圖2畫出了不同材�(zhì)電容器電容量以及介質(zhì)損耗隨溫度變化的曲��
下面是不同材�(zhì)電容器的性能和應(yīng)用事�(xiàng)�
①NPO電容�
NPO電容器是電容量和介質(zhì)損耗穩(wěn)定的電容�。它的填充介�(zhì)是由�、釤和一些其它稀有氧化物組成�。在溫度�-55℃到+125℃時(shí)容量變化�0±30ppm/℃,電容量隨頻率及相對(duì)使用壽命的變化都非常��
隨封裝形式不同,其電容量和介�(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同,大封裝尺寸的NPO電容器要比小封裝尺寸的頻率特性好�
NPO電容器適合用于振蕩器、諧振器的槽路電容,以及高頻電路中的耦合電容�
②X7R電容�
X7R電容器被稱為溫度�(wěn)定型的陶瓷電容器。當(dāng)溫度�-55℃到+125℃時(shí)其容量變化為15%,需要注意的是此�(shí)電容器容量變化是非線性的�
X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下是不同的,它也隨�(shí)間的變化而變�,但是要比Z5U和Y5V電容器好得多�
X7R電容器主要應(yīng)用于要求不高的工�(yè)�(yīng)�,而且�(dāng)電壓變化�(shí)其容量變化是可以接受的條件下。它的主要特�(diǎn)是在相同的體積下電容量可以做的比較大�
③Z5U電容�
Z5U電容器稱為“通用”陶瓷片式電容器。它主要�(yōu)�(diǎn)的是小尺寸和低成�。對(duì)于已�(jīng)講過(guò)的三種片式電容來(lái)�(shuō),在同樣的體積下,Z5U電容器具有大的電容量。但它的電容量受�(huán)境和工作條件影響較大,另外介�(zhì)損耗可以達(dá)�3��
盡管它的容量不穩(wěn)定,但是這種電容器所特有的體積小、等效串�(lián)電感(ESL)和等效串�(lián)電阻(ESR)低、以及良好的頻率響應(yīng)等優(yōu)�(diǎn),使得這種電容器還是獲得了廣泛的應(yīng)�,尤其是在退耦電路的�(yīng)用中�
④Y5V電容�
Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容�,在-30℃到+85℃范圍內(nèi)其容量變化可以達(dá)�+22%至-82%,另外介質(zhì)損耗可以達(dá)�5�。但是Y5V的高介電常數(shù)允許在較小的物理尺寸下制造出高達(dá)4�7μF的電容器�
下面是用以說(shuō)明片式電容器性能的主要技�(shù)指標(biāo)�
①容量與誤差:實(shí)際電容量和標(biāo)稱電容量允許的大偏差范圍�
常用的電容器其精度等�(jí)和電阻器的表示方法相�。用字母表示:D�(jí):�0�5%;F�(jí):�1�;G�(jí):�2%;J�(jí):�5�;K�(jí):�10%;M�(jí):�20��
②額定工作電壓:電容器在電路中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)�、可靠工作,所承受的大直流電壓,又稱耐壓。對(duì)于結(jié)�(gòu)、介�(zhì)、容量相同的器件,耐壓越高,體積越��
③溫度系�(shù):在一定溫度范圍內(nèi),溫度每變化1�,電容量的相�(duì)變化值。溫度系�(shù)越小越好�
④絕緣電阻:用來(lái)表明漏電大小�。一般小
容量的電容,絕緣電阻很大,在幾百兆歐姆或幾千兆歐姆。電解電容的絕緣電阻一般較�。相�(duì)而言,絕緣電阻越大越�,漏電也小�
⑤損耗:在電�(chǎng)的作用下,電容器在單位時(shí)間內(nèi)�(fā)熱而消耗的能量。這些損耗主要來(lái)自介�(zhì)損耗和金屬損�。通常用損耗角正切值來(lái)表示�
⑥頻率特性:電容器的電參�(shù)隨電�(chǎng)頻率而變化的性質(zhì)。在高頻條件下工作的電容�,由于介電常�(shù)在高頻時(shí)比低頻時(shí)�,電容量也相�(yīng)減小。損耗也隨頻率的升高而增�。另外,在高頻工作時(shí),電容器的分布參�(shù),如極片電阻、引線和極片間的電阻、極片的自身電感、引線電感等,都�(huì)影響電容器的性能。所有這些,使得電容器的使用頻率受到限制�
在實(shí)際使用中,除了要注意�(huán)境溫度變化對(duì)電容器電容量變化的影響外,還要注意工作電壓和�(chǔ)存時(shí)間對(duì)電容器電容量變化的影��
①電容器的使用電壓對(duì)電容器的電容量有影響,穩(wěn)定性低的介�(zhì),在施加額定工作電壓后容量會(huì)大幅度下�(見圖3),以至達(dá)不到使用效果,這一�(diǎn)在選擇電容器�(shí)必須給以充分注意(不能一味追求大容量和小體積,必須在容量和使用電壓上留有充分余地)�
②儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)電容器的容量也有影響,對(duì)超穩(wěn)定的電容�,如COG和X7R,隨�(shí)間增�(zhǎng)電容器容量的變化不大??墒�5U/Y5V這類電容,隨�(shí)間增�(zhǎng),存�1 000小時(shí)的電容量變化可以高達(dá)5%~10�,或更大。但是這類電容器容量的老化是可逆的。每次將電容溫度升到125�,老化�(guò)程便重新開始。所以當(dāng)這類電容器的存放�(shí)間超�(guò)1000小時(shí)后所�(fā)生的容量偏低�(xiàn)象不屬于�(chǎn)品的�(zhì)量問�,其特性是符合�(guó)際規(guī)范的。對(duì)于容量偏低的電容器的通用解決辦法�,即將電容器放在150℃左右的�(huán)境下�(yù)�1小時(shí)。其電容量就恢復(fù)正常��
2 片式電容器在�(shè)備電磁干擾抑制中的應(yīng)�
片式電容器在一般電子電路中的主要應(yīng)用有:濾泀耦合、去�、旁�、諧振、時(shí)間常�(shù)(定時(shí))和反饋等�。其中:
①濾波:并聯(lián)在電源電路的正負(fù)極之間,把電路中�(wú)用的交流去掉(�?qū)⒄骱蟮膯蜗蛎}�(dòng)電壓中的交流分量濾掉,使單向脈動(dòng)變成平滑的直�)�
②去耦:并接于電路電源接線的正負(fù)極之�,可防止各部分電路通過(guò)電源�(nèi)阻引起的相互干擾(�(yán)重時(shí)還會(huì)�(chǎn)生寄生振�)�
③旁路:并接在電阻兩端或由某�(diǎn)直接跨接至共用電位點(diǎn),為交直流信�(hào)中的交流或脈�(dòng)信號(hào)�(shè)置一條通路,避免交流成分在通過(guò)電阻�(shí)�(chǎn)生壓��
片式電容器在�(shè)備中的電磁干擾抑�,實(shí)際上只是片式電容器在電路中應(yīng)用的一�(gè)方面,只不過(guò)為了突出《片式電磁兼容對(duì)策器件》中的“對(duì)策”作�,才把它專門列成一節(jié)�
上面講到的電源線路濾波和去耦也是設(shè)備電磁干擾抑制應(yīng)用的一部分。此外還有信�(hào)線的共模濾波,信�(hào)線和電源線的輻射抑制等�
為了使片式電容干擾抑制的效果更加顯現(xiàn),有�(shí)往往還要與片式磁珠和片式電感器結(jié)合起�(lái)一起使�?,F(xiàn)�(shí)還有一種將電容和電感綜合在一�(gè)元件里的片式疊層�(fù)合器件可以供�(yīng),使得使用更加方便,使用效果也更��
3 片式電容器的線路形式
1)片式二端電容�
二端形式的片式電容器是使用普遍的片式電容器,這里以日本村田制作所�(chǎn)品為例給�(shuō)��
村田的片式電容器�(chǎn)品極其豐富,有一般的去耦和濾波用電容器(�(guī)格多、容量大,還有排容產(chǎn)�),以及頻率控�、調(diào)諧和阻抗匹配用電容器(帶溫度補(bǔ)�),高速和高頻電路去耦用電容�(低電感和低電�),中、高壓轉(zhuǎn)換用電容�(高電�、大容量),交流電路用電容�(符合安規(guī)要求)以及汽車傳動(dòng)與安全設(shè)備專用電容器等等。用戶可根據(jù)不同需要予以選擇合適的電容��
下面是村田制作所的GRM15�18�21�31系列的片式電容器,見�4�
①GRM18�21�31系列片式電容器適合于波峰及回流焊�;GRM15系列片式電容器只適合回流焊接�
②GRM1 5�18�21�31系列片式電容器備有長(zhǎng)×寬×厚度為1�0×0�5×0�5mm�3�2×1�6×1�6mm的多種尺寸可供選��
③GRM15�18�21�31系列片式電容器的適用電壓包括6�3V�10V�16V�25V�50V�100V�200V�500V等多�(gè)等級(jí);根�(jù)使用的介�(zhì)材料分,有COG至Y5V等多種片式電容器可以選擇�
④GRM15�18�21�31系列片式電容器可用在一般用途的電子�(shè)備中�
村田制作所還生�(chǎn)一種排�,在一�(gè)器件中有2�4�(gè)電容,尤其適合在單片�(jī)的總線上使用,見�5�
2)片式三端電容�
我們平常使用的陶瓷圓片電容器作為旁路電�,可以將高頻干擾短路到地,達(dá)到抗干擾的目�。但是電容器的引線電感及電容�(nèi)部的剩余電感卻限制了它的高頻特性發(fā)�。圖6是普通電容器做高頻旁路時(shí)的引線電感影響例�
從圖6中可�,電容器的插入損耗一開始隨頻率增加而增加,直至�(dá)到自諧振頻率(等效電感與電容的串聯(lián)諧振),插入損耗也�(dá)到大值。此�,由于等效電感的感抗增大,使插入損耗開始下��
為了在高頻時(shí)也有較好的旁路作用,必須讓旁路電容的自諧振頻率也較高,所以電容器的引線不能長(zhǎng)。另�,旁路電容也不是越大越好,電容大,自諧振的頻�(diǎn)偏低。所�,好的辦法是通過(guò)試驗(yàn)�(lái)選擇合適的電�,盡可能讓要抑制的干擾頻率與自諧振點(diǎn)一�,以便使�(dān)�(dāng)濾波的電容器帶來(lái)的插入損耗為大�
由于普通的兩端電容有引線電�,所以總的剩余電感較�,自諧振�(diǎn)也比較低。為了改�(jìn)普通引線式電容器的自諧振、且自諧振頻率偏低的問題,村田制作所曾發(fā)展了一種引線式三端電容�,見�7。與兩端電容相比,這�(gè)電容的上引線化成了兩�(所以三端電容有三根引線)。三端電容器的這兩根上引線化成了信�(hào)傳輸線的一部分,于是引線電感與電容器變成了一�(gè)“LC”濾波器。正是三端電容器巧妙地利用了引線電感,使得三端電容器�(duì)干擾的抑制作用更�。三端電容器也有自諧振問題,為了大限度地限制這�(gè)問題,使用時(shí)三端電容器接地的這根引腳的長(zhǎng)度應(yīng)該受到限制�
�(yīng)該說(shuō)片式二端電容器的出現(xiàn)�(duì)于改�(jìn)普通引線式電容器的自諧振問題是很有好處�,因?yàn)槠蕉穗娙萜鞯囊€長(zhǎng)度得到了大限度縮減。但由于電容器內(nèi)部的�(gòu)�,并不能夠消除內(nèi)部電極的殘留電感,這樣�(dāng)頻率�(dá)到使電容器的容抗XC同殘留電感的XL的值相等時(shí),二端電容依然會(huì)�(chǎn)生自諧振,參見圖8。由于自諧振頻率的存�,當(dāng)噪聲的頻帶超�(guò)自諧振頻率之�,噪聲的抑制效果�(huì)急速下�。但是與普通有引線的二端電容相比較,還是有很大改�(jìn)�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
已收錄詞�153979�(gè)