Nehmen wir an , wir eine Schaltung , deren Betrieb haben Umgebungstemperaturbereich ist gut geregelt zu 25 + -5 ° C. Was wären neben den Kosten die Anwendungsfälle für die verschiedenen dielektrischen Keramiktypen? Mit anderen Worten, welche Anwendungen würde ein bestimmtes Keramikdielektrikum besser oder schlechter als andere ausführen? Können wir irgendwelche Verallgemeinerungen machen?
Ich weiß, dass Buchstabencodes für Keramikkondensatoren die Temperaturabhängigkeit der Dielektrika anzeigen sollen , aber kann darüber noch etwas gesagt werden, wie all diese Fragen nahelegen?
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Ich weiß auch, dass die Packungsgröße die Parasiten und damit die Resonanzfrequenz und den Verlust der Kappen beeinflusst. Dass einige Dielektrika nicht in kleineren Gehäusen und höheren Spannungen erhältlich sind und dass viele Keramiken piezoelektrische / mikrophonische Effekte aufweisen (welche?). Können all diese Faktoren in wenigen Faustregeln zusammengefasst werden?
Mir ist auch aufgefallen, dass die Datenblätter der Hersteller eine bestimmte Anwendung für die Kondensatoren anzunehmen scheinen, beispielsweise indem in einigen von ihnen keine Leckagen, Resonanzen oder Verluste angegeben werden.
Wenn jedoch die Umgebungstemperatur keine Rolle spielt, welcher Kondensator für einen bestimmten Auftrag am besten geeignet ist. Ist die Selbsterwärmung ein Problem für die Anwendung / den spezifischen Typ?
Alle meine kommerziellen Schaltkreise waren bisher nicht kostensensitiv, daher spezifiziere ich nur X7R, X5R oder NP0 für alle Keramikkappen, wie ich in den IC-Datenblättern vorgeschlagen sehe. Aber steckt hinter diesen Vorschlägen mehr als nur eine Temperaturabhängigkeit?
Sollte ich dem Zweck der Obergrenze mehr Aufmerksamkeit schenken? Verwenden Sie beispielsweise X5R / X7R nur für die Leistungsumgehung und -regelung, aber NPx für alles, was sich im Signalpfad befindet? Kann eine Verallgemeinerung vorgenommen werden oder ist dies ein Problem, das ein detailliertes Lesen der (sehr unvollständigen) Datenblätter der Hersteller erfordert?
Zusamenfassend. Gibt es allgemeine Prinzipien, die angewendet werden können, um die Suche nach Teilen während eines Entwurfs zu vereinfachen?
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Antworten:
Selbst wenn die Umgebungstemperatur gut geregelt ist, können Luftströme Rauschen verursachen, wenn am Kondensator eine erhebliche Spannung anliegt.
Die Kapazitätsverschlechterung mit der Zeit ist für verschiedene Dielektrika unterschiedlich. Und der große, der Spannungskoeffizient der Kapazität.
Wenn Sie sie verwenden können, leiden NP0-Kappen unter solchen Effekten viel weniger als X5R X7R usw. Teile, aber sie sind einfach nicht verfügbar oder sind in höheren Werten sehr groß und teuer. Es gibt viele Fälle, in denen eine X7R-Kappe im Signalpfad einwandfrei funktioniert. Andererseits habe ich NP0-Teile in speziellen Anwendungen als Bypass-Kappen verwendet.
Ein weiteres Merkmal ist, dass kleinere Teile, insbesondere wenn Sie sich den Grenzen des Möglichen innerhalb eines bestimmten Footprints nähern, tendenziell einen hohen Spannungskoeffizienten aufweisen, sodass der größte Teil der Kapazität (bis zu 80%) bei normaler Vorspannung einfach verschwinden kann Betriebsspannung. Daher ist es möglicherweise besser, einen 0805 oder 0603 anstelle eines 0402 oder 0201 zu verwenden, selbst wenn diese größer und möglicherweise teurer sind.
Die Datenblätter sind normalerweise unvollständig, aber einige Hersteller bieten viel vollständigere Daten in Form von online oder lokal generierten Daten an, die für jedes Teil individuell sind. Auf dieser Murata-Site (für die Flash erforderlich ist) können Sie beispielsweise CSV-Daten für verschiedene Merkmale extrahieren.
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Die Marktrealität bestimmt oft Ihre Wahl. Es wird äußerst schwierig, dielektrische Teile der Klasse 1 in gängigen Gehäusen mit Hochspannungs- (> 10 V) oder Hochleistungsanwendungen (> 1 uF) zu finden. Sie werden wahrscheinlich nicht in der Lage sein, einfach ein besseres Dielektrikum zu "spezifizieren" und erwarten Sie, dass Ihre Stückliste realisierbar ist.
Der Markt hat im Allgemeinen entschieden, dass NP0 und andere Dielektrika der Klasse 1 "Signalkappen" sind, und die Teilekataloge spiegeln dies wider. Als weiteres Beispiel sind X7R / X7S-Teile in kleineren Gehäusen (<0805) und hoher Kapazität schwerer zu finden.
Um zur Designdiskussion beizutragen, ist ein weiterer wichtiger Faktor, wenn die Temperatur als Faktor ausgeschlossen wird:
Dielektrika der Klasse 1 leiden nicht unter piezoelektrischen Effekten. Dieser Effekt ist bidirektional. Durch die Welligkeitsspannung schrumpft und dehnt sich das Teil aus und erzeugt physikalisches Rauschen und Wärme. Durch physikalische Vibration wird Spannung am Teil erzeugt.
Bei Randanwendungen mit Kondensatoren mit sehr hoher Dichte und großer Welligkeitsspannung kann dies zu einer erheblichen Belastung der Kondensatoranschlüsse und sogar zu Rissen führen.
Beachten Sie, dass gerissene Keramikkondensatoren mit hoher Dichte als harter Kurzschluss mit hoher Leistung versagen und in Entkopplungs- oder Versorgungsbypass-Situationen schwere Schäden und sogar Brände verursachen können. Wenn dies ein Problem darstellt und der Platz für die Verwendung anderer Schemata knapp ist, bietet Ihnen ein NP0- oder ein anderes Dielektrikum der Klasse 1 möglicherweise genügend Puffer für Komfort.
Um die Antwort von @SpheroPefhany zu ergänzen, ist die Temperaturspezifikation eines bestimmten Dielektrikums auch untrennbar mit der Kapazitätsänderung mit der Temperatur verbunden. Selbst wenn Sie die Umgebungstemperatur steuern und diese erhöhen, müssen Sie möglicherweise die effektive Kapazität des Teils für Ihre Anwendung verringern. Lokale Temperaturschwankungen werden als Rauschen in Ihrem Stromkreis angezeigt.
Keramikkondensatoren haben auch eine signifikant geringere effektive Kapazität mit höherer Gleichstromvorspannung, was in Entkopplungs- oder Bypass-Situationen ein Problem darstellt. Wenn eine höhere Nennspannung nicht möglich ist, leiden Dielektrika der Klasse 1 als grobe Faustregel in geringerem Maße darunter.
ENDE Hinweis
Ich habe allgemein beobachtet, dass äquivalente Teile aus seriösen MFG-Sätzen für das gleiche Dielektrikum und die gleiche Gehäusegröße normalerweise nahe genug sind, um für alle Anwendungen austauschbar zu sein. Eine unvollständige Liste: Murata, TDK, Samsung, Kemet, Yageo
Wenn Sie zu zweitrangigen MFG- und generischen chinesischen Massenmarktteilen gehen, ist alles aus dem Fenster.
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Warum ist das ein Problem?
Wie vielleicht fast alles auf dieser Welt kann ein Kondensator jedoch ein Objekt mit einer genau definierten Übertragungsfunktion sein:
simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab
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