Si la température n'est pas un problème, que dire des différents diélectriques céramiques

Supposons que nous ayons un circuit dont la plage de température ambiante de fonctionnement est bien réglée à 25 + -5 ° C. Outre le coût, quels seraient les cas d'utilisation pour les différents types de diélectriques en céramique? En d'autres termes, quelles seraient les applications dans lesquelles un diélectrique céramique spécifique fonctionnerait mieux ou moins bien que d'autres? Pouvons-nous faire des généralisations?

Je sais que les codes lettres des condensateurs céramiques sont censés indiquer la dépendance à la température des diélectriques, mais y a-t-il quelque chose de plus à dire à ce sujet, comme le suggèrent toutes ces questions?

Je sais également que la taille de l'emballage affecte les parasites et donc la fréquence de résonance et la perte des bouchons. Que certains diélectriques ne sont pas disponibles dans des boîtiers plus petits et des tensions plus élevées, et que de nombreuses céramiques présentent des effets piézoélectriques / microphoniques (lesquels?). Tous ces facteurs peuvent-ils être condensés en quelques règles générales?

J'ai également remarqué que les fiches techniques des fabricants semblent supposer une application spécifique pour les condensateurs, par exemple en ne spécifiant pas les fuites, les résonances ou les pertes dans certains d'entre eux.

Mais, si la température ambiante n'est pas un facteur, quel condensateur serait le mieux pour un travail spécifique. L'auto-échauffement est-il un problème pour l'application / le type spécifique?

Jusqu'à présent, tous mes circuits commerciaux n'ont pas été sensibles aux coûts, donc je spécifie simplement X7R, X5R ou NP0 pour tous les bouchons en céramique, comme je vois ceux suggérés dans les fiches techniques IC. Mais y a-t-il autre chose que la dépendance à la température derrière ces suggestions?

Dois-je prêter plus d'attention à l'objectif du plafond? Par exemple, utilisez X5R / X7R uniquement pour la dérivation de puissance et la régulation, mais NPx pour tout ce qui se trouve sur le chemin du signal? Peut-on faire une généralisation ou s'agit-il d'un problème qui nécessite une lecture détaillée des fiches techniques des fabricants (très incomplètes)?

En bref. Existe-t-il des principes généraux pouvant être appliqués pour simplifier la recherche de pièces lors d'une conception?

— Edgar Brown
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L'ESR varie avec la fréquence (je ne parle pas des effets 1 / (w * C), je veux dire l'ESR varie avec la fréquence par ordre de magnitude). La polarisation CC réduit la capacité, donc le grand modèle de signal d'un capuchon en céramique n'est pas vraiment un condensateur. Des microphoniques peuvent se produire (tout choc mécanique sur un condensateur en céramique créera une impulsion de tension à travers le capuchon). Néanmoins, ils sont très utiles et très largement utilisés. À tel point qu'en ce moment, ils sont assez difficiles à trouver car de nombreux fabricants ont vendu leur future production 6 mois ou plus.

— mkeith

@mkeith que la pénurie de condensateurs est réelle. Une chose récente à laquelle j'ai dû faire face: pas de condensateurs 100V, 1uF, 1206, X7R / X7S dans le monde avec des délais de 52 semaines. OTH 1uF 1210 100V est abondant. Le marché des composants passifs est étrange.

— crasic

Réponses:

Même si la température ambiante est bien contrôlée, les courants d'air peuvent provoquer du bruit s'il y a une tension importante aux bornes du condensateur.

La dégradation de la capacité avec le temps est différente pour différents diélectriques. Et le gros, le coefficient de tension de la capacité.

Si vous pouvez les utiliser, les bouchons NP0 souffrent beaucoup moins de ces effets que les pièces X5R X7R, etc., mais ils ne sont tout simplement pas disponibles ou sont très grands et coûteux en valeurs plus élevées. Il existe de nombreux cas où un plafond X7R dans le chemin du signal fonctionne très bien. D'un autre côté, j'ai utilisé des pièces NP0 comme bouchons de dérivation dans des applications spéciales.

Une autre caractéristique est que les petites pièces, en particulier lorsque vous approchez des limites de ce qui est possible dans une empreinte donnée, ont tendance à avoir un coefficient de tension élevé, de sorte que la plupart de la capacité (jusqu'à 80%) peut simplement disparaître lorsqu'elle est polarisée à une normale tension de fonctionnement. Il peut donc être préférable d'utiliser un 0805 ou 0603 plutôt qu'un 0402 ou 0201 même s'ils sont plus gros et éventuellement plus chers.

Les fiches techniques sont généralement incomplètes, mais certains fabricants proposent des données beaucoup plus complètes sous la forme de données générées en ligne ou localement et individuellement pour chaque pièce. Par exemple, ce site de Murata (nécessite Flash) vous permet d'extraire des données CSV pour diverses caractéristiques.

— Spehro Pefhany
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Oui, mais est - il un grand ensemble de règles de base qui peut être appliquée? Par exemple, utilisez toujours Nx la tension nominale pour rester sous une tolérance spécifique avec X7R mais 1,1x est suffisant avec NP0?

— Edgar Brown

@EdgarBrown Je vous ai donné NP0 à usage unique si vous le pouvez dans le chemin du signal ou si la stabilité est importante. J'ajouterai un autre ci-dessus concernant le coefficient de tension. La généralité signifie probablement que vous pouvez contourner une compréhension approfondie de l'application et des caractéristiques de la pièce, et je ne suis pas sûr que ce soit possible.

— Spehro Pefhany

J'adore que vous mentionniez d'abord le bruit. Mon entreprise (systèmes de nano-positionnement et métrologie) a constaté l'année dernière que le bruit de mesure augmentait lorsque nous mettons le couvercle sur la boîte, au lieu du comportement attendu d'un bruit plus faible grâce à un meilleur blindage. Il s'avère que certains bouchons en céramique dans le chemin du signal avaient un comportement piézoélectrique important, de sorte que les bouchons microphoniques captaient le bruit des ventilateurs de refroidissement. Pas une expérience amusante heureuse lorsque vous espérez que votre planche est prête à rencontrer le client.

— Graham

+1 pour @Graham - J'avais un capuchon X7R comme bypass sur la broche REF d'un LDO. La sortie du LDO oscillerait avec la carte flex.

— peufeu

@peufeu Ouais, ça va gâcher ta journée. : /

— Graham

La réalité du marché dictera souvent vos choix, il devient extrêmement difficile de trouver des pièces diélectriques de classe 1 dans des boîtiers courants avec des applications à haute tension (> 10V) ou à haute capacité (> 1uF), vous ne pourrez probablement pas simplement "spécifier" un meilleur diélectrique et attendez-vous à ce que votre nomenclature soit réalisable.

Le marché a décidé, d'une manière générale, que NP0 et les autres diélectriques de classe 1 sont des "plafonds de signal" et les catalogues de pièces le reflètent. Autre exemple, les pièces X7R / X7S deviennent plus difficiles à trouver dans des emballages plus petits (<0805) et de grande capacité.

Pour contribuer à la discussion sur la conception, un autre facteur important, lors de l'exclusion de la température en tant que facteur:

Les diélectriques de classe 1 ne souffrent pas d'effets piézoélectriques. Cet effet est bidirectionnel. La tension d'ondulation provoquera le rétrécissement et l'expansion de la pièce et générera du bruit physique et de la chaleur, les vibrations physiques généreront une tension sur la pièce.

Dans les applications marginales avec des condensateurs à très haute densité et une tension d'ondulation élevée, cela peut entraîner une contrainte importante sur les bornes du condensateur et même une fissuration.

Notez que les condensateurs en céramique haute densité fissurés échouent en tant que court-circuit dur à haute puissance et peuvent provoquer de graves dommages et même un incendie dans les situations de découplage ou de dérivation d'alimentation. Si cela est un problème et que l'espace est limité pour utiliser d'autres schémas, un NP0 ou un autre diélectrique de classe 1 peut vous donner suffisamment de tampon pour le confort.

Pour ajouter à ce que @SpheroPefhany a répondu, la spécification de température d'un diélectrique donné est également intrinsèquement liée au changement de capacité avec la température. Même si vous contrôlez la température ambiante, si elle est élevée, vous devrez peut-être réduire la capacité effective de la pièce pour votre application, toute fluctuation de température locale apparaîtra comme du bruit dans votre circuit.

Les condensateurs en céramique ont également une capacité effective significativement plus faible avec un biais CC plus élevé, ce qui est une préoccupation dans les situations de découplage ou de dérivation, si une tension nominale plus élevée n'est pas possible, les diélectriques de classe 1, en règle générale, en souffrent à un degré moindre.

FIN Remarque

J'ai généralement observé que les pièces équivalentes d'un ensemble réputé de MFG pour le même diélectrique et la même taille de boîtier sont généralement suffisamment proches pour être interchangeables pour toutes les applications. Une liste incomplète: Murata, TDK, Samsung, Kemet, Yageo

Lorsque vous passez au MFG de deuxième niveau et aux pièces génériques du marché de masse chinois, tout est par la fenêtre.

— crasic
source

Vous dites que les effets de marché font qu'il est difficile de trouver des bouchons NP0 à haute capacité ou haute tension dans les boîtiers habituels, ce qui n'est pas vrai. La raison en est qu'en raison des propriétés du diélectrique, il est impossible de fabriquer un condensateur 1uF 0805 NP0, car la constante diélectrique de la céramique est trop faible. À moins d'une percée dans les diélectriques en céramique, rien ne va changer cela

— C_Elegans

@C_elegans vous lisez deux choses ensemble. la taille du paquet en fait partie, mais la classe 1 n'est pas souvent disponible dans des valeurs plus élevées pour n'importe quelle taille de paquet. La fabricabilité est certainement une limitation sur la petite extrémité, mais s'il y avait une demande pour une valeur, vous

— verriez

De quels paquets parlez-vous? Mouser a des capuchons NP0 de 0201-5550 (quoi que ce soit). Voulez-vous dire à travers les pièces de trou?

— C_Elegans

$1\mathrm{Hz}$ $\mathrm{kHz}$
$1\mathrm{MHz}$

Pourquoi c'est un problème?
Comme peut-être presque n'importe quoi dans ce monde, un condensateur peut être considéré comme un objet avec une fonction de transfert bien définie:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

$H_c(j\omega)$

\arg [H_{c} (j ω)] = {\begin{cases} j k ω & f > few k H z \\ j p (ω) \neq j k ω & f is below the above limit \end{cases}

$\arg \big[H_c(j\omega)\big]= \begin{cases} jk\omega & f>\text{few $\mathrm{kHz}$}\\ jp(\omega)\neq jk\omega & f\text{ is below the above limit} \end{cases}$

$\omega=2\pi f$ $f$
$k$
$p(\omega)$ $\omega$ $k\omega$ $\omega\to\infty$

$p(\omega)$

— Daniele Tampieri
source

Quel serait le meilleur type de condensateur pour les applications audio?

— Edgar Brown

Certains expérimentateurs, comme ils en discutent sur diyAudio.com, n'utilisent que des condensateurs en téflon de l'ère russe / soviétique dans leurs circuits de compensation RIAA en vinyle à bobine mobile. Plus NJFET, avec régulateurs shunt-VDD à faible bruit.

— analogsystemsrf

@EdgarBrown - en général, les films sont les bouchons de choix pour les applications audio dans le chemin du signal. Cependant, la céramique peut être utilisée pour contourner / découpler l'alimentation, quel que soit le type de circuit sur lequel vous travaillez.

— ThreePhaseEel

@EdgarBrown: comme l'a écrit ThreePhaseEel dans son commentaire, le meilleur condensateur à placer sur le chemin du signal pour les applications audio est probablement un condensateur à film, même s'il existe des puristes qui diraient que le meilleur condensateur n'est pas un condensateur , c'est-à-dire un couplage direct. Cependant, dans les circuits de valve où il est plus difficile de concevoir un circuit à couplage direct, j'ai également vu des condensateurs en mica métallisé.

— Daniele Tampieri