Конденсаторы обозначение: Маркировка конденсаторов — цифровая, цветная её расшифровка

Конденсаторы. Обозначения и виды конденсаторов презентация, доклад

Лекция 2. Конденсаторы

Цель лекции: виды; характеристики; R-C цепи; дифференциальная цепь; интегральная цепь; соединения конденсаторов; полезные схемы; переключатели.

Конденсатор

Это двухполюсник с определенным значением емкости, предназначенный для накопления заряда и обладающий свойством: Q=CU.

обкладки

диэлектрик

кулон

фарада

вольт

ВАЖНАЯ ОСОБЕННОСТЬ

Конденсатор более сложный компонент, чем резистор. Ток проходящий через конденсатор пропорционален скорости изменения напряжения.

Например, если напряжение на конденсаторе изменится на 1 вольт
за 1 сек, то получим ток через конденсатор в 1 ампер.

Если подать ток 1 мА на конденсатор емкостью 1мкФ, то напряжение за
1 секунду возрастет на 1000 В. Используется для фотовспышек.

Обозначения и виды конденсаторов

Постоянной емкости

Поляризованный

Переменной емкости или подстроечный

Варикап

Емкость измеряется в фарадах
Микро Ф
Пико Ф
Нано Ф

Некоторые применения

Фильтры напряжения.
В колебательных контурах.
В схемах динамической памяти.
В импульсных лазерах с оптической накачкой.
В фотовспышках.
В цепях задержки и формирования импульсов.

Основные параметры конденсатора

Емкость.
Точность.
Удельная емкость.
Плотность энергии.
Номинальное напряжение.
Полярность.
Паразитные параметры: саморазряд; температурный коэффициент; пьезоэффект.
Опасный параметр: взрывоопасность для электролитических конденсаторов.

Конденсаторы

Параметры

Удельная емкость – отношение емкости к объему диэлектрика.
Плотность энергии зависит от конструктивного исполнения. Например
Конденсатор 12000 мкФ с максимальным напряжением 450 В, массой 1.9 кГ, обладает энергией 639 Дж на кг. Параметр важен для устройств с мгновенным высвобождением энергии как в пушке Гауса.

Параметры конденсатора

ПОЛЯРНОСТЬ. Конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита. Конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Параметры конденсатора

Номинальное напряжение – указывается в маркировке, при эксплуатации конденсатора не должно превышаться.
ИНАЧЕ – электрический пробой и выход из строя.

Электролитические конденсаторы

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов — также очень частая причина выхода их из строя, когда они стоят рядом с источниками повышенного тепловыделения (радиаторы охлаждения).

Параметры конденсаторов. Пъезоэффект

Многие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в конденсаторах (например, титанат барияМногие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в конденсаторах (например, титанат бария) проявляют пъезоэффект — способность генерировать напряжение на обкладках при механических деформациях. Пъезоэффект ведёт к возникновению электрических помех,

Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки Rd и саморазряд.
сопротивление утечки определяют через постоянную времени T саморазряда 

Параметры конденсаторов. Саморазряд

ВАЖНАЯ ОСОБЕННОСТЬ

Конденсатор более сложный компонент, чем резистор. Ток проходящий через конденсатор пропорционален скорости изменения напряжения.

Например, если напряжение на конденсаторе изменится на 1 вольт
за 1 сек, то получим ток через конденсатор в 1 ампер.

Если подать ток 1 мА на конденсатор емкостью 1мкФ, то напряжение за
1 секунду возрастет на 1000 В. Используется для фотовспышек.

Последовательное соединение
конденсаторов

или

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга.

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора,
входящего в батарею. 

Параллельное соединение конденсаторов

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

RC цепи: изменения во времени напряжения и тока

Рассмотрим простейшую RC цепь

При решении этого дифференциального уравнения получим решение:

Если конденсатор зарядить до напряжения
U, а затем разрядить на резистор R,
то можно получить график

RC – постоянная
времени цепи

t

1сек=1Ом1Ф

Постоянная времени RC цепи

Uвх

Установление равновесия

При времени значительно большем чем RC напряжение на выходе достигает напряжения U вх.
ПОЛЕЗНО ЗАПОМНИТЬ ПРАВИЛО:
За время, равное пяти постоянным времени, конденсатор заряжается или разряжается на 99%.

5RC

Интегрирующая цепь

Схема интегрирует входной
сигнал по времени!!!

Интегрирование цифрового сигнала

Задержка цифрового сигнала RC цепью

Полезная схема

Изменение формы прямоугольного сигнала конденсатором

Если вместо источника напряжения на конденсатор подать прямоугольный
Сигнал.

Дифференцирующая RC цепь

U c = U вх -U

Это значит, что выходное напряжение
пропорционально скорости изменения
входного сигнала

Выделение фронта сигнала

Дифференцирующие цепи удобны для выделения переднего и заднего фронта импульсного сигнала.

Эквивалентная схема конденсатора

Эквивалентная схема реального конденсатора и некоторые формулы.
C0 — собственная ёмкость конденсатора;
Rd — сопротивление изоляции конденсатора;
Rs — эквивалентное последовательное сопротивление;
Li — эквивалентная последовательная индуктивность.

Rd

C0

Rs

Ls

Реальный конденсатор имеет более сложную систему зависимости тока
и напряжения. Эта зависимость определяется частотой сигнала и значением
реактивного сопротивления

Сглаживание пульсаций

Конденсаторы в источниках напряжения

220 В

110 В

Генератор пилообразного сигнала

Схема использует постоянный ток для заряда конденсатора. I=C (dU / dt). Или
U(t)=(I/C)t

Источник тока

Для RC цепи, но весьма похоже

Варикап

Варика́п  — электронный прибор, полупроводниковый диод  — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости  — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода  — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения.

Маркировка конденсаторов

Маркировка конденсаторов SMD

Переключатели

Применяются для коммутации линий связи. Используются обозначения.

При переключении происходит фиксация положения контактов

Конструктивное исполнение

Кнопки, клавиши клавиатуры

Применяются для кратковременного соединения источника сигнала с приемником сигнала.

Общая проблема для переключателей и кнопок – дребезг контактов.

Керамические конденсаторы класса II

C 2.11 КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ КЛАССА 2

Керамические конденсаторы класса 2 можно разделить на две основные группы, одна с умеренной температурной зависимостью для класса – ΔC ≤ ±15% в диапазоне температур – и другая с такими изменениями, что только часть емкости остается на температурных пределах. Первая группа в наших таблицах и диаграммах представлена ​​керамическим типом, обозначаемым X7R или 2C1, последняя — Z5U или 2F4.

C 2.11.1 Введение в класс 2

Конденсаторы класса 2 характеризуются высокой диэлектрической проницаемостью, часто обозначаемой буквой K, за которой следует εr. Отсюда K2000 означает εr ≈ 2000. Температурная зависимость емкости велика. Поэтому EIA характеризует керамику тремя символами, которые по порядку указывают нижний и верхний предел температурного диапазона и определяют изменение емкости в пределах диапазона.

Таблица C2-10. Коды EIA для температурных пределов и изменения емкости, ΔC.

Пример: X7R означает с обозначениями EIA диапазон температур -55/+125 °C, при котором изменение емкости не превышает ±15 % при условии, что напряжение постоянного тока равно нулю. Код EIA не учитывает, что керамика класса 2 реагирует уменьшением емкости на постоянное напряжение.
С другой стороны, есть и другие стандарты. Вот несколько примеров.

Таблица C2-11. Сравнение классов керамики. ΔC в зависимости от температуры и VDC.

Таблица C2-11 содержит две основные группы керамики класса 2:
• K900⋅⋅⋅K2200; ΔC примерно ±20% в пределах диапазона температур.
• К4000⋅⋅⋅К12 000; очень большие ΔCs на предельных температурах.

В этих группах есть еще много материалов, например недавний материал Y5V, но в наших диаграммах и табличной информации мы в основном ограничимся X7R/2C1 и Z5U/2F4. По спецификации Z5U находится в более ограниченном диапазоне температур, чем 2F4, но это связано только с указанным ΔC, а не с его способностью выдерживать более низкие температуры.

Если мы примем изменения емкости, вызванные холодом, керамика выдержит -55°C. В разделе диаграммы мы более подробно рассмотрим температурную зависимость емкости. Однако не следует превышать верхний предел температуры. Допустимые отклонения емкости для X7R обычно составляют ±5, ±10 или ±20%. Обычные допуски Z5U составляют ±10, ±20 или -20/+80%.

Диэлектрическое поглощение высокое:
• X7R/2C1 ≈ 2,5⋅⋅⋅4,5%;
• Z5U/2F4 ≈ 4,5⋅⋅⋅8,5%.

C 2.11.2 Условия измерения

Таблица C2-12. Керамика 2 класса.

То, что измеряемое напряжение определено и ограничено, зависит, среди прочего, от емкости, которая изменяется с приложенным переменным напряжением. См. примеры на рисунках C2-89 и –93.

Рисунок C2-89. Примеры зависимости ΔC от измерительного напряжения для X7R/2C1 с разными номинальными напряжениями.

Рисунок C2-90. Примеры зависимости ΔC от электрического напряжения для Z5U/2F4 при различных номинальных и эталонных напряжениях.

C 2.11.3 Температура Кюри

Керамические конденсаторы имеют кристаллическую структуру и диполи, которые придают материалам их уникальные диэлектрические постоянные ε _r . Но выше определенной температуры хрупкого перехода, так называемой температуры Кюри, керамика теряет свои диэлектрические свойства. Температура Кюри для керамики класса 2 обычно находится в пределах 125⋅⋅⋅150 °C. Влияния не проявляются ни при какой точной температуре переключения, но становятся постепенно заметными вблизи температуры Кюри. Таким образом, мы должны скорее говорить о диапазоне Кюри.

C 2.11.4 Зависимость емкости от приложенного напряжения

Диэлектрическое поглощение (DA) и ферроэлектричество

Различные типы керамики класса 2 основаны на титанатах бария. Их кристаллическая структура состоит из диполей, которые при поляризации имеют диэлектрический гистерезис. По образцу кривой гистерезиса магнитных материалов их называют сегнетоэлектриками.

На рис. C2-91 показана зависимость заряда конденсатора от приложенного напряжения.

Рисунок C2-91. Конденсатор с сегнетоэлектрическим гистерезисом.

При увеличении напряжения от нуля до предельного значения и последующем снижении зарядная кривая следует другой ветви, которая при напряжении V = 0 оставляет остаточный заряд + ΔQ. Переменное напряжение той же величины заставит кривую зарядки проходить по контурам большой петли гистерезиса на рисунке.

Если переменное напряжение мало, а постоянное напряжение = 0, петля гистерезиса будет соответствовать маленькому овалу в центре рисунка. Небольшие изменения напряжения соответствуют большим изменениям заряда, то есть большой емкости. Но если мы наложим небольшое переменное напряжение на значительное постоянное напряжение, то увидим, что ΔV1 соответствует более слабым изменениям заряда ΔQ1. Емкость упала.

На рис. C2-91 показано, как ферроэлектрический материал удерживает остаточный заряд ΔQ на поверхности электрода, когда напряжение на конденсаторе падает до нуля (короткое замыкание внешней цепи). Другими словами, речь идет о диэлектрическом поглощении (DA) в соответствии с разделом C1.1.3 здесь. Но есть и разница.

Сегнетоэлектрическая кривая поворачивается к оси V, в то время как общая кривая DA выглядит как увеличенное изображение центрального овала. В обоих случаях связанный остаточный заряд ΔQ зависит от времени. Если внешняя цепь замкнута накоротко (V = 0), последовательно освобождаются заряды на поверхности электродов, в то время как ΔQ уменьшается.

Поглощение сегнетоэлектрической энергии зависит от полярности. Таким образом, полная реполяризация потребует больше энергии, чем первоначальная поляризация. Но, например, в цифро-аналоговых преобразователях длительность импульса может оказаться недостаточной для удовлетворительной переполяризации.

Значительное диэлектрическое поглощение керамики класса 2 делает ее непригодной для использования в прецизионных интеграторах, таких как цифро-аналоговые преобразователи, особенно при наличии положительных и отрицательных импульсов. Кристаллическая структура сегнетоэлектрических материалов сохраняется вплоть до температуры Кюри.

Особой группой материалов являются антисегнетоэлектрические диэлектрики. В отличие от сегнетоэлектриков, у которых диэлектрическая проницаемость уменьшается с приложенным напряжением, диэлектрическая проницаемость антисегнетоэлектриков мала при низком напряжении и увеличивается с увеличением электрического поля/приложенного напряжения. Эти материалы можно использовать для достижения высокой CV и высокой емкости в приложениях с высоким напряжением, таких как производство энергии или транспортные средства EV / HEV в автомобильной промышленности. См. рисунок ниже для сравнения поляризационных кривых между линейными диэлектриками (класс 1), сегнетоэлектриками (класс 2) и антисегнетоэлектрическими материалами:

Кривые ФЭ для линейных, сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических диэлектриков; источник: TDK

Пьезоэлектричество

Если мы подвергнем керамический материал класса 2 воздействию напряженности электрического поля, это вызовет слабые движения в керамике. И наоборот, механическое давление создаст электрические заряды в конденсаторе. Явление называется пьезоэлектричество. Керамика BX (K900⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅K1800), подвергшаяся воздействию ударов/вибраций, произвела в эксперименте выходное напряжение до 40 мВ3.

Если мы подключим конденсатор X7R к осциллографу и ударим молотком по компоненту, то иногда получим скачки высокого напряжения, а иногда нет. Это зависит не только от способа нанесения удара, но и варьируется от одного образца к другому. Выходное напряжение зависит как от производителя, так и от партии.

Зависимость от постоянного напряжения

Только рассуждениями вокруг сегнетоэлектрической кривой мы показали, как емкость уменьшалась с увеличением постоянного напряжения. Как напряжение постоянного тока влияет на емкость, показано на рисунке C2-9.2. Обратите внимание, как требования спецификации по зависимости от напряжения влияют на другие эквивалентные материалы.

Для X7R никаких требований не предъявляется – зависимость будет большая – , для 2C1 зависимость максимальная до –30%. В классах материалов зависимость от напряжения увеличивается с увеличением номинального напряжения. Толщина диэлектрика не увеличивается пропорционально номинальному напряжению. Таким образом, напряженность электрического поля увеличивается с увеличением номинального напряжения, что, в свою очередь, приводит к несколько усиленной зависимости от напряжения.

Рисунок C2-92. Типовой диапазон кривой зависимости ΔC от напряжения постоянного тока для различных классов материалов.

Зависимость от переменного напряжения

Переменное напряжение оказывает обратное влияние на емкость, чем постоянное напряжение.

Рисунок C2-93. Примеры зависимости ΔC от напряжения переменного тока в процентах от номинального напряжения VR.

Подчеркнем, что рис. C2-93 представляет собой один пример. Возможны большие вариации. В любом случае значение норм для измерения емкости очевидно. При измерениях ИК-излучения и испытаниях напряжения MIL и IEC/CECC устанавливают ограничение заряда и разряда не более 50 мА.

Комментарий: Ограничения сомнительны. Некоторые производители решили исключить эти требования из своих каталожных листов. Некоторые даже определяют время нарастания напряжения 1000 В/мкс, что для емкостей выше 1 нФ означает импульсные токи ≥ 1 А!

Если для вашего приложения требуются значительные токи заряда/разряда, уточните у производителя или проверьте сами, какой конденсатор может выдержать, и ограничьте применение одиночными импульсами. Керамика 2 класса не выдерживает интенсивных периодических импульсных нагрузок.

C 2.11.5 Старение

Керамика класса 2 со временем теряет емкость. Снижение называется старением. Оно подчиняется логарифмическому закону и убывает на определенный процент за десятилетие времени.

Рисунок C2-94. Пример диаграммы старения керамики X7R и Z5U.

На диаграмме емкость керамики Z5U уменьшается приблизительно на 6 % за декаду времени, а емкости керамики X7R примерно на 1,3 %.

Типичные константы старения обычно равны
• BX/X7R/2C1 1⋅⋅⋅2%
• Z5U/2F4 3⋅⋅⋅6%.

Постоянная старения k, выраженная в процентах за десятилетие времени, соответствует общей формуле

Уменьшение емкости определяется при запуске через 1 час после охлаждения. Во избежание споров о поставленной стоимости соответствующие нормы гласят, что стоимость должна быть гарантирована на момент 1000 часов. Исходя из формулы C2-2, значение за 1000 часов рассчитывается как

[C2-2]

В таблице C2-11 учтено влияние постоянного напряжения. Если приложить временное напряжение постоянного тока с величиной VR, будет наблюдаться затяжной эффект в виде уменьшения емкости более или менее, как если бы компонент подвергался старению в течение 1⋅⋅⋅1½ декады времени (рис. C2-9).5).

Рисунок C2-95. Эффект старения от кратковременного постоянного напряжения величиной VR .

На рисунке мы также видим, как значение емкости увеличивается в некоторой степени, когда напряжение постоянного тока – здесь примерно VR – удаляется.

Увеличение может составить примерно
• +2,5% для керамики C21
• +5% для керамики X7R и Z5U.

Старение начинается по определению через 1 час после охлаждения. Теперь, если нагреть конденсатор выше точки Кюри и дать ему остыть, кристаллические структуры ориентируются так же, как и после изготовления, и емкость возвращается к исходному значению, прежде чем снова начнет спадать в соответствии с кривой старения. Одни говорят о «омоложении».

Имейте в виду, что каждая пайка чип-керамики приводит к ее старению. Эффекты замедления старения могут проявляться уже в нижней части диапазона Кюри, если расстояние до точки Кюри компенсируется соответствующим увеличением времени.

C 2.11.6 Температурная зависимость

Зависимость емкости от температуры и напряжения

Рисунок C2-96. Типовой диапазон кривой зависимости емкости от температуры для X7R/2C1 с подачей номинального напряжения и без него.

Рисунок C2-97. Типовой диапазон кривой зависимости емкости от температуры для Z5U/2F4 с приложенным номинальным напряжением и без него.

Tan δ в зависимости от температуры

Рисунок C2-98. Типичные диапазоны кривых и средние кривые для Tan δ в зависимости от температуры в X7R/2C1 и Z5U/2F4.

ИК в зависимости от температуры

Рисунок C2-99. Типичные примеры зависимости ИК от температуры в керамических чипах.

Сопротивление изоляции в керамических конденсаторах класса 2 уменьшается в среднем на одну мощность от комнатной температуры до +125°C.

C 2.11.7 Частотные зависимости

Емкость и тангенс угла поворота δ в зависимости от частоты

Рисунок C2-100. Типичные диапазоны кривых для емкости и Tan δ в зависимости от частоты в керамике X7R и 2C1.

Рисунок C2-101. Типичные диапазоны кривых и средние линии для емкости и Tan δ в зависимости от частоты в керамике Z5U/2F4.

Импеданс и ESR в зависимости от частоты

Рисунок C2-102. Примеры импеданса и ESR в зависимости от частоты в керамике X7R и 2C1.

Рисунок C2-103. Другие примеры частотной зависимости импеданса и ESR.

Рисунок C2-104. Примеры частотной зависимости импеданса и ЭПР в керамике 2Ф4/З5У.

C 2.11.8 Режимы отказа

См. режимы отказа в разделе C2.9.2, Керамические конденсаторы в целом здесь. Просто давайте помнить о важности предотвращения температурных градиентов в керамике во время процессов пайки, особенно в отношении SMD. Ремонт с заменой чипов требует особой осторожности.

Таблица C2-13. Класс Ceramics 2 / x7R-2C1 / Z5U-2F4

Источник изображения: TDK

ABC CLR: Глава C Концентрации

Ceramic Cacacitors Class 2

Ceramic Cacacitors Class 2

Ceramic Cacacitors Class 2

Ceramic Cacacitors Class 2

Ceramic Cacacitors Class 2

. [1] EPCI Оригинальные статьи экспертов Европейского института пассивных компонентов
[2] CLR Passive Components Handbook by P-O.Fagerholt*

*используется в соответствии с авторским правом EPCI от CTI Corporation, США

Содержание этой страницы находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International License.

< Страница 14 >

SMD Конденсаторы | Электронные учебники | mepits

Конденсаторы поверхностного монтажа

Конденсаторы находят применение во многих электронных устройствах. Он маркируется различными способами, и его фактический формат или способ маркировки зависит от типа конденсатора. Используемый формат или коды зависят от того, используется ли конденсатор для поверхностного монтажа, простой компонент, конденсаторный диэлектрик или технология. При кодировании размер также играет роль, определяя пространство, необходимое для маркировки. Системы маркировки конденсаторов стандартизированы EIA (Альянсом электронной промышленности) и обеспечивают унификацию во всей отрасли.

Конденсатор SMD

Устройства SMD или конденсаторы для поверхностного монтажа представляют собой прочные, компактные и легко размещаемые конденсаторы, что делает их идеальными для современных условий. Конденсаторы SMD являются следующим распространенным типом после резисторов SMD.

Basics

Конденсаторы для поверхностного монтажа имеют металлизированные соединения на обоих концах. Размер, простота изготовления и меньшая паразитная индуктивность — основные характеристики, которые делают конденсаторы SMD популярными.

• Размер:    Конденсаторы SMD могут быть намного меньше, чем их выводные аналоги.

• Простота использования в производстве:    Конденсаторы SMD легче размещать с помощью автоматизированного оборудования.

• Более низкая паразитная индуктивность:   Уровни паразитной индуктивности намного меньше, и эти конденсаторы гораздо ближе к идеальному компоненту, чем их выводные отношения.

Эти конденсаторы составляют большинство используемых и производимых конденсаторов. Обычно они содержатся в упаковках того же типа, что и резисторы. Различные типы конденсаторов SMD: многослойные керамические конденсаторы SMD, танталовые конденсаторы SMD, электролитические конденсаторы SMD и т. д.

Многослойный керамический конденсатор SMD состоит из множества прямоугольных блоков диэлектрика, в которых содержится несколько электродов. Некоторые размеры и размеры конденсаторов SMD перечислены в таблице ниже

Танталовые конденсаторы SMD обеспечивают более высокие уровни емкости, чем те, которые могут быть достигнуты при использовании керамических конденсаторов.

Конденсаторы электролитические SMD

В настоящее время электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа широко используются во многих конструкциях поверхностного монтажа.