Jika suhu tidak menjadi masalah, apa yang bisa dikatakan tentang dielektrik keramik yang berbeda

Mari kita asumsikan kita memiliki sirkuit yang kisaran temperatur ambien operasinya diatur dengan baik hingga 25 + -5C. Selain biaya, apa yang akan menjadi kasus penggunaan untuk berbagai jenis dielektrik keramik? Dengan kata lain, apa yang akan menjadi aplikasi yang dielektrik keramik tertentu akan melakukan lebih baik atau lebih buruk daripada yang lain? Bisakah kita membuat generalisasi?

Saya tahu bahwa kode huruf kapasitor keramik seharusnya menunjukkan ketergantungan suhu pada dielektrik, tetapi apakah ada sesuatu yang lebih yang dapat dikatakan tentang hal itu seperti yang disarankan oleh semua pertanyaan ini?

Saya juga tahu bahwa ukuran paket mempengaruhi parasitics dan karenanya frekuensi resonansi dan hilangnya tutupnya. Bahwa beberapa dielektrik tidak tersedia dalam paket yang lebih kecil dan tegangan lebih tinggi, dan bahwa banyak keramik menunjukkan efek piezoelektrik / mikrofonik (yang mana?). Bisakah semua faktor ini diringkas dalam beberapa aturan praktis?

Saya juga memperhatikan bahwa lembar data pabrikan tampaknya mengasumsikan aplikasi spesifik untuk kapasitor, misalnya dengan tidak menentukan kebocoran, resonansi, atau kerugian pada beberapa di antaranya.

Tetapi, jika suhu lingkungan bukan merupakan faktor, kapasitor apa yang terbaik untuk pekerjaan tertentu. Apakah pemanasan sendiri merupakan masalah untuk jenis aplikasi / spesifik?

Semua sirkuit komersial saya sejauh ini belum sensitif biaya, jadi saya hanya menentukan X7R, X5R, atau NP0 untuk semua tutup keramik, seperti yang saya lihat di saran dalam lembar data IC. Tetapi apakah ada sesuatu yang lebih dari ketergantungan suhu di balik saran itu?

Haruskah saya lebih memperhatikan tujuan topi? Misalnya, gunakan X5R / X7R hanya untuk memotong listrik dan regulasi, tetapi NPx untuk apa pun yang ada di jalur sinyal? Dapatkah generalisasi dibuat, atau ini merupakan masalah yang membutuhkan pembacaan terperinci dari lembar data pabrikan (yang sangat tidak lengkap)?

Pendeknya. Apakah ada prinsip umum yang dapat diterapkan untuk mempermudah pencarian bagian selama desain?

— Edgar Brown
sumber

ESR bervariasi dengan frekuensi (saya tidak berbicara tentang efek 1 / (w * C), maksud saya ESR bervariasi dengan frekuensi berdasarkan urutan magntitude). Bias DC mengurangi kapasitansi, sehingga model sinyal besar dari tutup keramik, sebenarnya bukan kapasitor. Microphonics dapat terjadi (setiap guncangan mekanis ke kapasitor keramik akan membuat impuls tegangan melintasi tutup). Meskipun demikian, mereka sangat bermanfaat dan sangat banyak digunakan. Sedemikian rupa sehingga saat ini, mereka cukup sulit untuk menemukan karena banyak produsen telah menjual produksi masa depan 6 bulan atau lebih.

— mkeith

@ ingat kekurangan kapasitor itu nyata. Suatu hal baru yang harus saya tangani: tidak ada kapasitor 100V, 1uF, 1206, X7R / X7S yang tersisa di dunia dengan waktu tunggu 52 minggu. OTH 1UF 1210 100V berlimpah. Pasar komponen pasif itu aneh.

— crasic

Jawaban:

Bahkan jika suhu sekitar terkontrol dengan baik, arus udara dapat menyebabkan kebisingan jika ada tegangan yang signifikan pada kapasitor.

Degradasi kapasitansi dengan waktu berbeda untuk dielektrik yang berbeda. Dan yang besar, koefisien tegangan kapasitansi.

Jika Anda dapat menggunakannya, tutup NP0 menderita efek seperti itu jauh lebih sedikit daripada bagian X5R X7R dll, tetapi mereka tidak tersedia atau sangat besar dan mahal dalam nilai yang lebih tinggi. Ada banyak kasus di mana tutup X7R di jalur sinyal berfungsi dengan baik. Di sisi lain, saya telah menggunakan bagian NP0 sebagai tutup bypass dalam aplikasi khusus.

Karakteristik lain adalah bahwa bagian-bagian yang lebih kecil, terutama ketika Anda mendekati batas dari apa yang mungkin dalam jejak kaki tertentu, cenderung memiliki koefisien tegangan tinggi, sehingga sebagian besar kapasitansi (sebanyak 80%) dapat dengan mudah menghilang ketika bias pada normal. tegangan operasi. Jadi mungkin lebih baik menggunakan 0805 atau 0603 daripada 0402 atau 0201 bahkan jika mereka lebih besar dan mungkin lebih mahal.

Lembar data biasanya tidak lengkap, tetapi beberapa produsen menawarkan data yang jauh lebih lengkap dalam bentuk data online atau yang dihasilkan secara individu untuk setiap bagian. Misalnya, situs Murata ini (membutuhkan Flash) memungkinkan Anda untuk mengekstrak data CSV untuk berbagai karakteristik.

— Spehro Pefhany
sumber

Ya, tetapi adakah aturan umum yang dapat diterapkan? Misalnya, selalu gunakan Nx rating tegangan untuk tetap di bawah toleransi spesifik dengan X7R tetapi 1.1x cukup dengan NP0?

— Edgar Brown

@ EdgarBrown Saya memberi Anda satu - gunakan NP0 jika Anda dapat di jalur sinyal atau jika stabilitas penting. Saya akan menambahkan satu lagi di atas mengenai koefisien tegangan. Generalitas agaknya berarti Anda dapat memintas mendapatkan pemahaman yang mendalam tentang aplikasi dan karakteristik bagian, dan saya tidak yakin itu mungkin.

— Spehro Pefhany

Saya suka bahwa Anda menyebutkan kebisingan dulu. Perusahaan saya (sistem nanopositioning dan metrologi) menemukan tahun lalu bahwa pengukuran kebisingan naik ketika kami menutupnya, daripada perilaku yang diharapkan dari kebisingan yang lebih rendah karena perisai yang lebih baik. Ternyata beberapa tutup keramik di jalur sinyal memiliki perilaku piezoelektrik yang signifikan, jadi tutup mikrofonik menerima suara dari kipas pendingin. Bukan pengalaman yang menyenangkan saat Anda berharap papan Anda siap untuk bertemu pelanggan.

— Graham

+1 untuk @Graham - Saya memiliki tutup X7R sebagai pintasan pada pin REF LDO. Keluaran LDO akan bergetar dengan papan flex.

— peufeu

@peufeu Ya, itu akan merusak hari Anda. : /

— Graham

Realitas pasar akan sering mendikte pilihan Anda, menjadi sangat sulit untuk menemukan bagian dielektrik kelas 1 dalam paket umum dengan tegangan tinggi (> 10V) atau aplikasi berkapasitas tinggi (> 1uF), Anda mungkin tidak akan dapat dengan mudah "menentukan" dielektrik yang lebih baik dan berharap bahwa BOM Anda dapat direalisasikan.

Pasar telah memutuskan, secara umum, bahwa NP0 dan dielektrik kelas 1 lainnya adalah "tutup sinyal" dan katalog bagian mencerminkan itu. Sebagai contoh lain, bagian X7R / X7S menjadi lebih sulit ditemukan dalam paket yang lebih kecil (<0805) dan kapasitas tinggi.

Untuk berkontribusi pada diskusi desain faktor besar lainnya, ketika tidak termasuk suhu sebagai faktor:

Dielektrik Kelas 1 tidak menderita efek piezoelektrik. Efek ini bersifat dua arah. Tegangan riak akan menyebabkan bagian menyusut dan mengembang dan menghasilkan kebisingan fisik dan panas, getaran fisik akan menghasilkan tegangan pada bagian tersebut.

Dalam aplikasi marjinal dengan kapasitor kepadatan sangat tinggi dan tegangan riak besar ini dapat mengakibatkan tekanan yang signifikan pada terminal kapasitor dan bahkan retak.

Perhatikan bahwa kapasitor keramik retak berkerapatan tinggi gagal karena watt pendek yang keras dan dapat menyebabkan kerusakan parah dan bahkan kebakaran dalam situasi decoupling atau pasokan bypass. Jika ini merupakan masalah, dan ruang di premium untuk menggunakan skema lain, maka NP0 atau dielektrik kelas 1 lainnya dapat memberi Anda cukup buffer untuk kenyamanan.

Untuk menambahkan apa yang dijawab @SpheroPefhany, spesifikasi suhu dielektrik yang diberikan juga secara intrinsik terkait dengan perubahan kapasitansi dengan suhu. Bahkan jika Anda mengontrol suhu sekitar, jika itu dinaikkan maka Anda mungkin perlu menurunkan kapasitansi efektif komponen untuk aplikasi Anda, setiap fluktuasi suhu lokal akan muncul sebagai kebisingan di sirkuit Anda.

Kapasitor keramik juga memiliki kapasitansi efektif yang secara signifikan lebih rendah dengan Bias DC yang lebih tinggi, yang menjadi perhatian dalam situasi decoupling atau memotong, jika peringkat tegangan yang lebih tinggi tidak dimungkinkan, dielektrik kelas 1, karena aturan praktis yang kasar menderita dari ini ke tingkat yang lebih rendah.

SELESAI Catatan

Saya secara umum mengamati bahwa bagian-bagian yang setara dari perangkat MFG yang memiliki reputasi baik untuk ukuran dielektrik dan paket yang sama biasanya cukup dekat untuk dapat dipertukarkan untuk semua aplikasi. Daftar tidak lengkap: Murata, TDK, Samsung, Kemet, Yageo

Ketika Anda pergi ke tingkat kedua MFG dan bagian pasar massal Cina generik, maka semuanya ada di luar jendela.

— crasic
sumber

Anda mengatakan bahwa efek pasar menyulitkan untuk menemukan tutup NP0 dengan kapasitansi tinggi atau tegangan tinggi dalam paket biasa, yang tidak benar. Alasannya adalah karena sifat-sifat dielektrik, tidak mungkin membuat kapasitor 1uF 0805 NP0, karena konstanta dielektrik keramik terlalu rendah. Singkat dari terobosan dielektrik keramik, tidak ada yang akan mengubah ini

— C_Elegans

@C_elegans Anda membaca dua hal bersama-sama. ukuran paket adalah bagian dari itu, tetapi kelas 1 tidak sering tersedia dalam nilai yang lebih tinggi untuk ukuran paket apa pun. Tentu saja manufakturabilitas adalah batasan pada ujung kecil, tetapi jika ada permintaan untuk nilai Anda akan melihat bagian yang ditumpuk dan paket khusus seperti yang Anda miliki di nilai lain

— crasic

Paket apa yang Anda maksud? Mouser memiliki topi NP0 dari 0201-5550 (apa pun itu). Apakah maksud Anda melalui bagian lubang?

— C_Elegans

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

Mengapa ini menjadi masalah?
Sebagai hampir semua hal di dunia ini, sebuah kapasitor dapat menjadi objek dengan fungsi transfer yang terdefinisi dengan baik:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

$H_c(j\omega)$

\arg [H_{c} (j ω)] = {\begin{cases} j k ω & f > few k H z \\ j p (ω) \neq j k ω & f is below the above limit \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}$

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

$p(\omega)$

— Daniele Tampieri
sumber

Apa yang akan menjadi tipe kapasitor terbaik untuk aplikasi audio?

— Edgar Brown

Beberapa peneliti, seperti yang mereka diskusikan di diyAudio.com, hanya menggunakan kapasitor Teflon era Rusia / Soviet di sirkuit kompensasi RIAA vinyl audio kumparan bergerak mereka. Plus NJFET, dengan regulator shunt-VDD lownoise.

— analogsystemsrf

@EdgarBrown - secara umum, film adalah topi pilihan untuk aplikasi audio jalur-sinyal. Keramik dapat digunakan untuk mem-bypass / decoupling suplai apa pun jenis sirkuit yang Anda kerjakan.

— ThreePhaseEel

@EdgarBrown: seperti yang ditulis oleh ThreePhaseEel dalam komentarnya, kapasitor terbaik untuk ditempatkan pada jalur sinyal untuk aplikasi audio mungkin adalah kapasitor film, bahkan jika ada purist yang akan mengatakan bahwa kapasitor terbaik bukanlah kapasitor , yaitu kopling langsung. Namun, di sirkuit katup di mana lebih sulit untuk merancang rangkaian kopling langsung, saya juga melihat kapasitor mika metalisasi.

— Daniele Tampieri