Что такое керамический конденсатор? Керамический конденсатор является одним из наиболее распространенных типов конденсаторов, используемых в большинстве электрических приборов, благодаря его высокой надежности и низкой стоимости. В таком виде керамические или фарфоровые диски используются для изготовления неполяризованных конденсаторов и применяются в различных отраслях промышленности. Плохая проводимость керамических материалов делает их отличными  диэлектриками, а также эффективными носителями электростатических полей.

Основы керамических конденсаторов

Керамические конденсаторы представляют собой конденсаторы постоянной емкости, изготовленные из керамического материала в качестве диэлектрика. Он состоит из двух или более слоев керамики и слоя металла, играющего роль  электродов. Электрические свойства и, следовательно, области применения керамических материалов определяются составом керамического материала. Керамика представляет собой неорганические, неметаллические соединения кристаллического оксида, нитрида или карбида, такие как углерод и кремний. Керамический конденсатор, особенно многослойный керамический конденсатор (MLCC), является сегодня одним из наиболее распространенных электрических компонентов.

Керамические конденсаторы обычно имеют диапазон емкости от 10 пФ до 0,1 мкФ.

На следующем рисунке показано обозначение керамического конденсатора:

Символ керамического конденсатора (Ссылка: elprocus.com)

Керамический конденсатор с тремя цифрами 101, 102, 103 и т. д. указывает, что он измеряется в пикофарадах. Однако, когда в том же конденсаторе вместо цифр используются буквы алфавита, значение равно AB x 10C пикофарад.

Типы керамических конденсаторов

Существует четыре основных типа керамических конденсаторов:

Керамические конденсаторы класса 1

Эти конденсаторы отличаются высокой стабильностью и малыми потерями в резонансных цепях. Благодаря низким потерям их можно использовать в генераторах и фильтрах. Их стабильные температурные коэффициенты делают их подходящими для конденсаторов с высокими допусками.

Керамические конденсаторы класса 2

В зависимости от приложенного напряжения конденсаторы имеют определенную емкость. Температурный коэффициент диэлектриков класса 2 нелинейный. Применение этих конденсаторов включает в себя связь и развязку.

Керамические конденсаторы класса 3

Диэлектрики класса 3 имеют значения диэлектрической проницаемости, которые до 50 000 раз выше, чем у диэлектриков класса 2. Конденсаторы зависят от напряжения и имеют большие потери.

Керамические конденсаторы класса 4

Конденсаторы класса 4 также называют конденсаторами с барьерным слоем.

Полярность керамических конденсаторов 

Полярность конденсатора является одним из наиболее важных соображений при подключении конденсаторов в электрическую цепь. По полярности конденсаторы можно разделить на две группы:

Поляризованные конденсаторы 

Поляризованные конденсаторы имеют две клеммы, известные как анод и катод.

Неполяризованные конденсаторы 

В отличие от поляризованных конденсаторов, неполяризованные конденсаторы имеют вывод и, следовательно, могут использоваться в любом направлении. Устройство без полярности относится к отсутствию полярности на конденсаторе.

Конструкция керамических конденсаторов

Керамические конденсаторы состоят из гранул параэлектрических или  сегнетоэлектрических  материалов, которые в сочетании с другими материалами обеспечивают желаемое поведение. При высоких температурах эти порошковые смеси спекаются в керамику. Диэлектрическая керамика используется в качестве носителя для металлических электродов. Размер зерна керамического порошка определяет минимальную толщину диэлектрического слоя. Для конденсаторов с более высоким напряжением диэлектрическая прочность конденсатора определяет толщину диэлектрика.

После наслоения применяется высокая температура, и материал спекается, в результате чего получается керамический материал с желаемыми свойствами. В результате конденсатор образуется путем параллельного соединения множества меньших конденсаторов, что приводит к увеличению емкости.

Керамический конденсатор бывает трех основных форм, хотя существуют и другие типы:

Керамические конденсаторы с выводами 

Они покрыты смолой для сквозного монтажа. Керамические диски покрыты с обеих сторон серебряными контактами. Дисковые конденсаторы имеют емкость от 10 пФ до 100 мкФ с номинальным напряжением от 16 В до 15 кВ. Устройства могут состоять из нескольких слоев для получения более высоких емкостей.

Керамический конденсатор дискового типа состоит из двух токопроводящих дисков по обе стороны от керамического изолятора. Эти пластины покрыты водонепроницаемым керамическим составом, к которому крепятся выводы. Этот тип керамического конденсатора доступен до значения 0,01 F. Они могут выдерживать постоянное напряжение 750 вольт и переменное напряжение 350 вольт.

Керамический конденсатор с выводным диском (ссылка: electronics-notes.com)

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) 

MLCC представляют собой прямоугольные блоки, состоящие из смеси параэлектрических и сегнетоэлектрических компонентов, покрытых металлическими контактами и предназначенные для поверхностного монтажа. В MLCC присутствует более 500 слоев с минимальной толщиной слоя около 0,5 мкм. Технологически возможно уменьшить толщину слоя при увеличении емкости в том же объеме.

Структура многослойного керамического конденсатора (Ссылка:passive-components.eu)

Конденсаторы MLCC имеют емкость (C), которая использует формулу плоского конденсатора с увеличенным количеством слоев.

В приведенном выше уравнении ε представляет собой диэлектрическую проницаемость; А обозначает площадь поверхности электрода; n — количество слоев, d — расстояние между электродами.

Бессвинцовые дисковые керамические конденсаторы

Специально разработанные микроволновые керамические конденсаторы устанавливаются в слоты на печатных платах.

Типы керамических диэлектриков 

В отличие от танталовых и электролитических конденсаторов, керамические конденсаторы могут быть изготовлены из различных диэлектрических материалов. Разные диэлектрики придают конденсаторам очень разные свойства. Таким образом, помимо выбора керамического конденсатора, может также потребоваться второе решение относительно того, какой тип диэлектрика использовать. Многие диэлектрики керамических конденсаторов упоминаются в списках дистрибьюторов, включая C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U и многие другие. Однако лучший тип требует дальнейшего изучения.

Применение керамических конденсаторов 

Керамические конденсаторы имеют множество применений, в том числе:

• В передающих станциях в резонансном контуре
• В источниках питания высоковольтных лазеров
• Индукционные печи
• Силовые автоматические выключатели
• Печатные платы
• Приложения высокой плотности
• Эти конденсаторы также можно использовать в качестве конденсаторов общего назначения и в качестве щеток для двигателей постоянного тока для снижения ВЧ-шума.

Преимущества керамических конденсаторов

Керамические конденсаторы имеют следующие преимущества:

• Он надежен и имеет хорошие частотные характеристики даже при работе на более высоких частотах.
• Они могут выдерживать более высокие напряжения до 100 вольт.
• Они весят меньше, чем другие конденсаторы.
• Стоимость таких товаров невысокая.
• Доступны различные формы и размеры.
• Они имеют низкое ESR (эффективное последовательное сопротивление) и низкую ESL (эффективную последовательную индуктивность) по сравнению с другими конденсаторами.

Недостатки керамических конденсаторов 

Ниже приведены некоторые недостатки керамических конденсаторов:

• С его конструкцией невозможно построить конденсаторы большей емкости. Максимальное значение емкости составляет 150 мкФ.
• Керамические конденсаторы с конструкциями, подобными приведенным выше, недоступны для более высоких напряжений. Силовые керамические конденсаторы имеют более крупные формы и размеры. Они могут работать с напряжением от 2 кВ до 100 кВ.
• Имеют более высокий температурный коэффициент.
• Значения допуска керамических конденсаторов выше.
• Некоторые цепи питания могут иметь проблемы с керамическими конденсаторами в качестве выходных конденсаторов.
• Ряд меньших конденсаторов используется параллельно, потому что большие блоки трескаются при изгибании печатной платы.

Источник: Линквип