Якщо температура не є проблемою, що можна сказати про різні керамічні діелектрики

Припустимо, у нас є схема, робочий діапазон температур навколишнього середовища добре регулюється до 25 + -5С. Окрім вартості, якими були б корисні випадки для різних типів керамічного діелектрика? Іншими словами, що було б у застосуванні, який конкретний керамічний діелектрик був би кращим чи гіршим, ніж інші? Чи можемо ми зробити якісь узагальнення?

Я знаю, що літери керамічного конденсатора повинні вказувати на температурну залежність діелектриків, але чи можна сказати про це щось більше, як підказують усі ці питання?

• ltc3525-таблиця даних-станів, що конденсатори повинні бути-x5r-або-x7r-not-y5v-чому
• Чому виробники-сильно перешкоджають використанню-x7r-конденсаторів-в-змінного сигналу-і ...
• Для чого хороші конденсатори Y5V або Z5U?
• Керамічні конденсатори мікрофонічної пропускної здатності
• Чи змінюються специфікації багатошарового керамічного конденсатора в межах діелектричного класу?

Я також знаю, що розмір упаковки впливає на паразитиків і, отже, на резонансну частоту та втрати ковпачків. Що деякі діелектрики недоступні в менших упаковках і більш високих напругах, і що багато кераміки виявляють п'єзоелектричні / мікрофонічні ефекти (які?). Чи всі ці фактори можуть бути зведені в кількох правилах?

Я також зауважив, що, схоже, таблиці даних виробників передбачають конкретне застосування конденсаторів, наприклад, не вказуючи витоку, резонанси або втрати в деяких з них.

Але якщо температура навколишнього середовища не є фактором, який конденсатор буде найкращим для конкретної роботи. Чи є проблемою самозагрівання для конкретного типу застосування?

Всі мої комерційні схеми до цього часу не були чутливими до витрат, тому я просто вказую X7R, X5R або NP0 для всіх керамічних ковпачків, як я бачу ті, що пропоновані в таблицях даних ІС. Але чи є щось більше, ніж температура залежно від цих пропозицій?

Чи варто звертати більше уваги на призначення шапки? Наприклад, використовувати X5R / X7R тільки для обходу енергії та регулювання, але NPx для всього, що знаходиться на шляху сигналу? Чи можна зробити якесь узагальнення, або це питання, яке вимагає детального ознайомлення з (дуже неповними) таблицями даних виробників?

Коротко. Чи є загальні принципи, які можна застосувати для спрощення пошуку деталей під час проектування?

Навіть якщо температура навколишнього середовища добре контролюється, повітряні струми можуть викликати шум, якщо на конденсаторі є значна напруга.

Деградація ємності з часом різна для різних діелектриків. І великий, коефіцієнт напруги ємності.

Якщо ви можете їх використовувати, кришки NP0 страждають від таких ефектів набагато менше, ніж деталі X5R X7R тощо, але вони просто недоступні або дуже великі і дорогі за більш високих значень. Існує маса випадків, коли кришка X7R в сигнальному шляху працює чудово. З іншого боку, я використовував деталі NP0 як обхідні ковпачки в спеціальних програмах.

Ще одна характеристика полягає в тому, що більш дрібні деталі, особливо коли ви наближаєтесь до меж того, що можливо в межах даного сліду, мають високий коефіцієнт напруги, тому більша частина ємності (аж 80%) може просто зникати, коли зміщуватися в нормі робоча напруга. Тому може бути краще використовувати 0805 або 0603, а не 0402 або 0201, навіть якщо вони більші і, можливо, дорожчі.

Аркуші даних зазвичай неповні, але деякі виробники пропонують набагато більш повні дані у вигляді онлайнових або локально генерованих даних, індивідуальних для кожної частини. Наприклад, цей сайт Мурата (вимагає Flash) дозволяє витягувати дані CSV за різними характеристиками.

Ринкова реальність часто диктує ваш вибір, стає важко знайти діелектричні деталі класу 1 у звичайних пакетах з високою напругою (> 10 В) або додатками з високою ємністю (> 1uF), ви, швидше за все, не зможете просто «проаналізувати» кращий діелектрик і очікуйте, що ваш BOM реалізується.

Ринок, як правило, вирішив, що NP0 та інші діелектрики першого класу є "кришками сигналу", і каталоги деталей це відображають. В якості іншого прикладу, деталі X7R / X7S стає складніше знайти в менших упаковках (<0805) та великій ємності.

Щоб зробити внесок у обговорення дизайну ще одним важливим фактором, якщо виключити температуру як фактор:

Діелектрики першого класу не страждають від п'єзоелектричних ефектів. Цей ефект є двонаправленим. Напруга пульсації призведе до усадки та розширення деталі та генерування фізичного шуму та тепла, фізична вібрація створить напругу на деталі.

У граничних програмах з дуже високою щільністю конденсаторів і великою напругою пульсації це може призвести до значного навантаження на клеми конденсатора і навіть до розтріскування.

Зауважте, що тріщини керамічних конденсаторів високої щільності виходять з ладу, оскільки важкий короткий заряд, і може призвести до серйозних пошкоджень і навіть пожежі при роз'єднанні або переході в обхід. Якщо це викликає занепокоєння, а простір вигідний для використання інших схем, то NP0 або інший діелектрик класу 1 може дати вам достатній буфер для комфорту.

Щоб додати те, на що відповів @SpheroPefhany, температурний спектр даного діелектрика також невід'ємно пов'язаний зі зміною ємності з температурою. Навіть якщо ви контролюєте температуру навколишнього середовища, якщо вона підвищена, можливо, вам знадобиться знизити ефективну ємність деталі для вашого застосування, будь-які локальні коливання температури відображатимуться як шум у вашій схемі.

Керамічні конденсатори також мають значно нижчу ефективну ємність з більш високим зміщенням постійного струму, що викликає занепокоєння при роз'єднанні або обході ситуацій, якщо більш високий показник напруги неможливий, діелектрики першого класу, оскільки грубе правило великої міри страждає від цього в меншій мірі.

Кінцева примітка

Я, як правило, зауважував, що еквівалентні частини з авторитетного набору MFG для одного і того ж діелектрика та розміру упаковки зазвичай досить близькі, щоб бути взаємозамінними для всіх застосувань. Неповний список: Murata, TDK, Samsung, Kemet, Yageo

Коли ви переходите до другого рівня МФГ та загальної частини китайського масового ринку, то все у вікні.

Це скоріше завершальна записка, ніж повна відповідь, оскільки Spehro Pefhany та Cris вже детально описали основні характеристики основних типів керамічних конденсаторів. Однак вони залишили тему, яка була відома в колі інженерів аудіоелектроніки до декількох років тому: кераміка є дисперсійними діелектриками (як практично всі існуючі діелектрики, крім вакууму, але) , проникність яких постійно змінюється між$1\mathrm{Hz}$ і кілька $\mathrm{kHz}$.
Навіть якщо вам вдається знайти керамічні конденсатори, що не залежать від температури та напруги, ви можете зіткнутися з цією тонкою проблемою: ємністю цих пристроїв, при цьому постійною та стабільною для частот вище$1\mathrm{MHz}$, може суттєво змінитися в ширині смуги звуку.

Чому це проблема?
Як, мабуть, майже що-небудь у цьому світі, конденсатор може бути, як об'єкт із чітко визначеною функцією передачі:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Функція передачі $H_c(j\omega)$ керамічного конденсатора має таку фазову характеристику

• як завжди $\omega=2\pi f$, де $f$ - частота вхідного сигналу,
• $k$є постійною, яку іноді називають затримкою фази
• $p(\omega)$ є нелінійною (як правило, непарною) функцією $\omega$ асимптотично тяжіє до лінійної функції $k\omega$ як $\omega\to\infty$

Це означає, що в частотному діапазоні, де фазова характеристика функції передачі є нелінійною (тобто діелектрична проникність, в нашому конкретному випадку не є постійною), різні спектральні компоненти вхідного сигналу затримуються по-різному, залежно на значення$p(\omega)$.
Це означає, що такі конденсатори не повинні використовуватися в частотному діапазоні, де більш виражена дисперсивна поведінка їх діелектрика: як наслідок, краще уникати використання керамічних конденсаторів на шляху сигналу низькочастотних ланцюгів звукового сигналу.