瓷片电容技术参数有哪些?
瓷片电容技术的发展历程:1900年意大利L.隆巴迪发明陶瓷介质电容;30年代末人们发现在陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长,因而制造出较便宜的瓷介质电容;1940年前后人们发现了现在的瓷片电容技术参数的主要原材料BaTiO3(钛酸钡)具有绝缘性后,开始将瓷片电容技术参数使用于对既小型、精度要求又极高的军事用电子设备当中
1960年左右陶瓷叠片电容作为商品开始开发
1970年,随着混合IC、计算机、以及便携电子设备的进步也随之迅速的发展起来,瓷片电容成为电子设备中不可缺少的零部件,而其中技术参数也是学者们研究的重点
现在的陶瓷介质电容的全部数量约占电容市场的70%左右
因为陶瓷介质电容的绝缘体材料主要使用陶瓷,其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠
陶瓷材料有几个种类
自从考虑电子产品无害化特别是无铅化后,高介电系数的PB(铅)退出瓷片电容技术参数领域,现在主要使用TiO2(二氧化钛)、BaTiO3,CaZrO3(锆酸钙)等
和其它的电容相比具有体积小、容量大、耐热性好、适合批量生产、价格低等优点
由于原材料丰富,结构简单,价格低廉,而且电容量范围较宽(一般有几个PF到上百μF),损耗较小,电容量温度系数可根据要求在很大范围内调整
瓷片电容技术参数品种繁多,外形尺寸相差甚大从0402(约1×0.5mm)封装的贴片电容到大型的功率瓷片电容
按使用的介质材料特性可分为Ⅰ型、Ⅱ型和半导体瓷片电容;按无功功率大小可分为低功率、高功率瓷片电容;按工作电压可分为低压和高压瓷片电容;按结构形状可分为圆片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、叠片、独石、块状、支柱式、穿心式等
瓷片电容的分类:瓷片电容技术参数从介质类型主要可以分为两类,即Ⅰ类瓷片电容技术参数和Ⅱ类瓷片电容技术参数
Ⅰ类瓷片电容技术参数(ClassⅠceramiccapacitor),过去称高频瓷片电容技术参数(High-freqencyceramiccapacitor),是指用介质损耗小、绝缘电阻高、介电常数随温度呈线性变化的陶瓷介质制造的电容
它特别适用于谐振回路,以及其它要求损耗小和电容量稳定的电路,或用于温度补偿
Ⅱ类瓷片电容技术参数(ClassⅡceramiccapacitor)过去称为为低频瓷片电容技术参数(Lowfrequencycermiccapacitor),指用铁电陶瓷作介质的电容,因此也称铁电瓷片电容技术参数
这类电容的比电容大,电容量随温度呈非线性变化,损耗较大,常在电子设备中用于旁路、耦合或用于其它对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中
常见的Ⅱ类瓷片电容技术参数有:X7R、X5R、Y5V、Z5U其中:X7R表示为:第一位X为最低工作温度-55℃,第二位的数字7位最高工作温度+125℃,第三位字母R为随温度变化的容值偏差±15%;X5R表示为:第一位X为最低工作温度-55℃,第二位的数字5位最高工作温度+85℃,第三位字母R为随温度变化的容值偏差±15%;Y5V表示为:第一位Y为最低工作温度-30℃,第二位的数字5位最高工作温度+85℃,第三位字母V为随温度变化的容值偏差+22%,-82%±15%
Z5U表示为:第一位Z为最低工作温度+10℃,第二位的数字5位最高工作温度+85℃,第三位字母U为随温度变化的容值偏差+22%,-56%
NTC被称为负温度系数热敏电阻,是由Mn-Co-Ni的氧化物充分混合后烧结而成的陶瓷材料制备而来,它在实现小型化的同时,还具有电阻值-温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点,可被用来做高灵敏度、高精度的温度传感器,在电子电路当中也经常被用作实时的温度监控及温度补偿等。随着本体的温度升高,NTC的电阻阻值会呈非线性的下降,这个是NTC的特性。为了更好地利用该特点,在应用前我们需要清楚地了解NTC的基本参数,本文将对此做出讨论,希望在实际的电路设计中对电子研发工程师有一些帮助。
电阻-温度特性
NTC热敏电阻的电阻-温度特性曲线如下图:
通常我们用以下几个参数来定义该曲线:
R25: 25℃时NTC本体的电阻值
B值:材料常数,是用来表示NTC在工作温度范围内阻值随温度变化幅度的参数,与材料的成分和烧结工艺有关。另外NTC的B值会受温度变化的影响,因此通常我们会选取曲线上两个温度点来计算。表示B值时要把选取的温度点标明,如B25/85。B值越大表明阻值随温度的升高降低得越快,B值越小则相反。如下图:
ɑ值:所谓电阻温度系数(α),是指在任意温度下温度变化1°C时的零负载电阻变化率。电阻温度系数(α)与B值的关系,可用下式表示:
这里α前的负号(-),表示当温度上升时零负载电阻降低。
以上三个参数是我们在选择NTC时应该初步了解的参数,下面我们对其他参数也做一些介绍。
散热系数
散热系数(δ)是指在热平衡状态下,热敏电阻元件通过自身发热使其温度上升1°C时所需的功率。
在热平衡状态下,热敏电阻的温度T1、环境温度T2及消耗功率P之间关系如下式所示。
规格中的数值一般为25°C静止空气条件下测定的典型值。
最大功率
在额定环境温度下,可连续负载运行的功率最大值, 也称“额定功率”。
通常是以25°C为额定环境温度、由下式计算出的值。
额定功率=散热系数×(最高使用温度-25°C)
对应环境温度变化的热响应时间常数
指在零负载状态下,当热敏电阻的环境温度发生急剧变化时,热敏电阻元件产生最初温度与最终温度两者温度差的63.2%的温度变化所需的时间。热敏电阻的环境温度从T1变为T2时,经过时间t与热敏电阻的温度T之间存在以下关系。
常数τ称为热响应时间常数。
上式中,若令t=τ时,则(T-T1)/(T2-T1)=0.632。
换言之,如上面的定义所述,热敏电阻产生初始温度差63.2%的温度变化所需的时间即为热响应时间常数。
容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10 μF/16V
容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
字母表示法:1m=1000 μF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
数字表示法:三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数字,第三位数字表示有效数字后面零的个数,它们的单位都是pF。
如:102表示标称容量为1000pF。
221表示标称容量为220pF。
224表示标称容量为22x10(4)pF。
在这种表示法中有一个特殊情况,就是当第三位数字用"9"表示时,是用有效数字乘上10的-1次方来表示容量大小。
如:229表示标称容量为22x(10-1)pF=2.2pF。
允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%
如:一瓷片电容为104J表示容量为0.1 μF、误差为±5%
瓷片电容的耐压一般在25V到50V之间。
瓷片电容:是电子元器件,主要由陶瓷的材料做成的隔离介子,属于绝缘体。大量用于中大型电子设备和微小型单片机。
耐压值:是一个设计标称值,表明这种类型的电容器能够在此电压以下长期工作。进行检验耐压值是在该电容器两端施加超过这个数值的电压。比如:标称耐压200V的电容器施加500V一分钟或几分钟没有发生放电或炸裂等现象,则说明其在200V电压下能够长期工作,以上举例只是假设数值,为了能够形象了解耐压参数,具体的施加电压要看制造厂的标准,也有可能不是逐个检验,只是抽样检验。
参考资料
卢本.设计与分析.天津:天津大学出版社,2003
表示方法:
瓷片电容: 多数在1μF以下,
①直接用数字表示。如: 10、22、0.047、0.1 等等, 这里要注意的是单位。凡用整数表示的, 单位默认pF; 凡用小数表示的,单位默认μF。如以上例子中, 分别是10P、22P、0.047μF、220μF 等。
②现在国际上流行另一种类似色环电阻的表示方法( 单位默认pF) :
前两个数字表示有效读数,第三个数字表示后面追加的“0”的个数。
如: “ 473”(即47加三个0)=47000pF=0.047μF ,
“ 103”即(10+000)pF=10000PF=0.01μF等等, 这种表示法已经相当普遍。