陶瓷电容的介电常数及介质有损耗吗?
早在19世纪开始人们就开始了对电容器的研究,并且先后出现了以各种材料作为介质的电容器,如薄膜电容、云母电容器、电解电容器和陶瓷电容器等
近年来,随着电子工业的飞速发展,高压陶瓷电容器的应用领域越来越广泛
陶瓷电容器不仅可以耐高温、耐腐蚀,而且有较高的介电常数,这对当前集成电路对电容器小型化、高容量的要求是很适宜的
电容器的性能直接取决于陶瓷介质的性能,材料介电常数越大,抗电强度越高,则小型化程度越好
因此制造厂家在围绕提高瓷料性能和发展新材料方面竞相在积极开展工作
人们开发出使用高介电常数的电容器陶瓷钛酸钡一氧化钛挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质,并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极的方法制成陶瓷电容,这种做法的陶瓷电容介电常数高,但损耗大
虽然介电常数高对于减小电容器的尺寸极为有利,但损耗大将会引起瓷片发热,从而导致电容器的击穿
陶瓷电容器的介质损耗主要由三部分组成:1、玻璃相中的电导损耗这部分损耗主要是由玻璃中的离子引起的电导损耗
2、晶相中的损耗它主要是由于晶界附近的晶格容易产生畸变和晶格问题,因而产生弱联系离子造成松池损耗
3、结构不均匀性导致的附加夹层损耗
要降低电容器的介质损耗,主要是减小弱联系离子和弱束缚电子,目前的技术仍在研究发展着
正常情况下使用高压陶瓷电容是不会发生烧坏现象的,那么在什么状态下高压陶瓷电容会发生烧坏现象呢?
一:潮湿对电参数恶化的影响。空气中温度过高,会使高压陶瓷电容的表面绝缘电阻下降,对于半密封结构电容器来说,水分会渗透到电容器的介质内部使电容器介质的绝缘电阻绝缘能力下降。因此,高温,高湿环境对瓷片电容的损坏影响较大。
二:银离子的迁移。无机介质电容器多半采用银电极,半密封电容器在高温条件下工作,渗入电容器内部的水分子产生电解。产生氧化反应,银离子与氢氧根离子结合产生氢氧化银。由于电极反应,银离子迁移不仅发生在无机介质表面,还扩散到无机介质内部,引起漏电流增大,严重时会使两个银电极之间完全短路,导致高压陶瓷电容损坏或击穿。
三:有的高压陶瓷电容,在运用测试操作时,电容器投入时的电流过大,无任何无电压保护措施,也无串联电抗器,使电容器过热,绝缘降低或损坏,如果操作频繁,也会影响陶瓷电容损坏,甚至爆炸。
四:从单颗陶瓷电容分析,电容碰到了强大的电流,导致内部材料发热,散热不及时,造成热击穿损坏。
智旭电子高压陶瓷电容外观小巧,精莹剔透,粉涂均匀,还可以为客人需求订制观型尺寸。
薄膜电容的损耗一般分为介质损耗和金属损耗,介质损耗一般是介质漏电流和介质极化引起的损耗,金属损耗一般是极板与引脚的接触电阻,接触极板电阻,引脚电阻三部分构成,要控制薄膜电阻的损耗,主要也取决与薄膜电容的制程工艺。
减少薄膜电容的损耗,可以这样做:
卷绕错边,根据电容器的品种、电容量、额定电压选取适当的材料,薄膜电容器选取适当的金属化薄膜,电容器在卷绕时要选取适当的材料错边,如果错边较小,电容器芯子端面在喷涂金属时,颗粒就会喷到芯子内部,造成电容器短踣,如果错边过大,电容器芯子端面的金属层附近不牢,影响电容器的高频损耗。
由上述可见,我们可以知道薄膜电容是与工艺的制造有关系,因此选择正规的薄膜电容生产厂家很重要。JEC薄膜电容厂家,型号齐全,品质有保障,尺寸可以定制。智旭电子安规电容厂家,已经通过ISO9001:2015质量管理体系认证;安规电容器(X电容及Y电容),压敏电阻器通过各国认证,陶瓷电容器,薄膜电容器均符合环保指标。
我们常被模仿,但从未被超越。JEC陶瓷电容厂家拥有15年的制造经验,用经验铸造好品质,您值得信赖!如您有技术上的疑问或者需要样品需求,可联系我们。东莞市智旭电子制造安规电容,陶瓷电容,独石电容,压敏电阻,薄膜电容,更多品质电容尽在JEC。以上资讯来自东莞市智旭电子有限公司网销售部提供,更多资讯请大家移步网站中智旭资讯中获取。
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如果探讨的是一个实际的电容元件,还与以下因素有关:
1、温度:因为温度会影响材料的介电常数、极板尺寸、间距等
2、电压:有电压加在电容上的时候,可能会改变极板间距;
3、应力:同样,外力也可能会改变极板尺寸、间距等,某些传感器就是基于此原理工作的
4、气压、灰尘等:与湿度对电容的影响一样,容量也受气压、灰尘等因素的影响
5、电容厂家虚标容值,电容出厂的时候容值就不达标了。
选择瓷片电容还是要选择正规的电容生产厂家,不然的话出厂电容就不准了,后面发现电容容值不达标可能又会去找使用环境、测量机器精准度等了,台湾智旭JEC的电容不会虚标容值的哦,可以去看看。
影响瓷片电容容量的因素很多,比如温度特性、比如频率特性、比如老化特性、比如直流偏压特性等,就是说,瓷片电容的容量虽然是定值,但是它本身容量也会变化,所以也有自己的档位,比如M:+—20%的偏差,这个就是在特定温度频率下的变化允许值。
您上边提到的应该和产品的温度特性有关,特别是2类瓷做成的电容(比如:X7R\Y5V材质),不同温度下容量是不同的。所以您上边的情况有肯能是正常的,也有可能是不正常的,因为1类瓷(NP0等)是不会随温度变化变化那么大的,他的变化在PPM(百万分之一)级别的,所以要看你电容的材料了。
按照您所说的情况来看,产品应该是Y5V之类的产品了,不过变化最多是到8000PF,可见,您的电容质量非常差。
一般的衰减率是是指正常情况下电容器容量的损耗,国产的衰减比较大,进口的 现在一般年衰减率都是小于1%。
图1中,电容的泄露电阻Rp、有效串联电阻Rs和有效串联电感L式寄生元件,可能会降低外部电路的性能。一般将这些元件的效应合并考虑,定义为损耗因数或DF。
电容的泄漏是指施加电压时流过电介质的微小电流。虽然模型中表现为与电容并联的简单绝缘电阻Rp,但实际上泄露与电压并非线性关系。制造商常常将将泄漏规定为 MΩ-μF 积,用来描述电介质的自放电时间常数,单位为秒。其范围介于 1 秒或更短与数百秒之间,前者如铝和钽电容,后者如陶瓷电容。玻璃电容的自放电时间常数为 1,000 或更大;特氟龙和薄膜电容(聚苯乙烯、聚丙烯)的泄漏性能最佳,时间常数超过 1,000,000 MΩ-μF。对于这种器件,器件外壳的表面污染或相关配线、物理装配会产生泄漏路径,其影响远远超过电介质泄漏。
有效串联电感 ESL(图 1)产生自电容引脚和电容板的电感,它能将一般的容抗变成感抗,尤其是在较高频率时;其幅值取决于电容内部的具体构造。管式箔卷电容的引脚电感显著大于模制辐射式引脚配置的引脚电感。多层陶瓷和薄膜电容的串联阻抗通常最低,而铝电解电容的串联阻抗通常最高。因此,电解电容一般不适合高频旁路应用。
电容制造商常常通过阻抗与频率的关系图来说明有效串联电感。不出意料的话,这些图会显示:在低频时,器件主要表现出容性电抗;频率较高时,由于串联电感的存在,阻抗会升高。
有效串联电阻 ESR(图 1 的电阻 Rs)由引脚和电容板的电阻组成。如上文所述,许多制造商将 ESR、ESL 和泄漏的影响合并为一个参数,称为“损耗因数”或 DF。损耗因数衡量电容的基本无效性。制造商将它定义为每个周期电容所损失的能量与所存储的能量之比。特定频率的等效串联电阻与总容性电抗之比近似于损
耗因数,而前者等于品质因数 Q 的倒数。
损耗因数常常随着温度和频率而改变。采用云母和玻璃电介质的电容,其 DF 值一般在 0.03% 至 1.0% 之间。室温时,陶瓷电容的 DF 范围是 0.1% 至 2.5%。电解电容的 DF 值通常会超出上述范围。薄膜电容通常是最佳的,其 DF 值小于 0.1%。
电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量.我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容.
电容的符号是C.在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F.一个电容器,如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏,这个电容器的电容就是1法.
很多电子产品中,电容器都是必不可少的电子元器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等.由于电容器的类型和结构种类比较多,因此,使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等.本文介绍电容器的主要参数及应用,可供读者选择电容器种类时用.
1、标称电容量(CR):电容器产品标出的电容量值.
云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在5000pF以下);纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容量居中(大约在0005μF10μF);通常电解电容器的容量较大.这是一个粗略的分类法.
2、类别温度范围:电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围,该范围取决于它相应类别的温度极限值,如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压的最高环境温度)等.
3、额定电压(UR):在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下,可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值.
电容器应用在高压场合时,必须注意电晕的影响.电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的,它除了可以产生损坏设备的寄生信号外,还会导致电容器介质击穿.在交流或脉动条件下,电晕特别容易发生.对于所有的电容器,在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不的超过直流电压额定值.
4、损耗角正切(tgδ):在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功率.
这里需要解释一下,在实际应用中,电容器并不是一个纯电容,其内部还有等效电阻,它的简化等效电路如下图所示.图中C为电容器的实际电容量,Rs是电容器的串联等效电阻,Rp是介质的绝缘电阻,Ro是介质的吸收等效电阻.对于电子设备来说,要求Rs愈小愈好,也就是说要求损耗功率小,其与电容的功率的夹角δ要小.
这个关系用下式来表达:tgδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此,在应用当中应注意选择这个参数,避免自身发热过大,以减少设备的失效性.
5、电容器的温度特性:通常是以20℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示.
补充:
1、电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容).电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件.电容的特性主要是隔直流通交流.
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关.
容抗XC=1/2πf c (f表示交流信号的频率,C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等.
2、识别方法:电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法3种.电容的基本单位用法拉(F)表示,其它单位还有:毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF).其中:1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法
容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10 uF/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 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
数字表示法:一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是倍率.
如:102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF
3、电容容量误差表
符 号 F G J K L M
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 uF、误差为±5%.
6使用寿命:电容器的使用寿命随温度的增加而减小.主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化.
7绝缘电阻:由于温升引起电子活动增加,因此温度升高将使绝缘电阻降低.
电容器包括固定电容器和可变电容器两大类,其中固定电容器又可根据所使用的介质材料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸/塑料薄膜电容器、电解电容器和玻璃釉电容器等;可变电容器也可以是玻璃、空气或陶瓷介质结构.以下附表列出了常见电容器的字母符号.
电量
电量表示物体所带电荷的多少.
单位时间内通过截面的电荷量
电荷的数量叫电量,用符号Q表示,单位是库(仑)(符号是C).库仑是一个很大的单位.
一个电子的电量e=-1.60*10^-19库.实验指出,任何带电粒子所带电量,或者等于电子或质子的电量,或者是它们的电量的整数倍,所以把1.60*10^-19库叫做基元电荷.
电量是指用电设备所需用电能的数量,电量的单位是千瓦·时(kW·h).电量也分为有功电量和无功电量.无功电量的单位是千瓦·时(kvr·h).