В этой заметке будет показано различие между диэлектриками керамических конденсаторов (или, более правильно, различия в температурном коэффициенте емкости, ТКЕ), часто используемых как в радиолюбительской практике, так и в серьезных разработках. Речь о трёхсимвольном коде из букв и цифр в даташите или в описании магазина на тот или иной керамический конденсатор, чаще всего можно увидеть такие коды: X7R, X7S, X5R, X8R, Z5U,Y5V, C0G.
Керамические конденсаторы разделяются на 4 класса (1, 2, 3, 4), последние два практически не используются и даже не стандартизированы, поэтому речь будет только о первых двух (1, 2).
Конденсаторы 1-го класса:
Ключевые особенности конденсаторов это типа:
- Высокая точность — точность 1% и лучше (бывают допустимые погрешности ёмкости в ±0.1 пФ!);
- Отсутствие деградации со временем — практически отсутствует благодаря применённым материалам при изготовлении конденсаторов этого класса;
- Отсутствие токов утечки — так же благодаря хорошим материалам они практически отсутствуют (крайне малы, особенно в сравнении с классом 2);
- Нет зависимости ёмкости от приложенного напряжения — этот эффект здесь не проявляется, особенно в сравнении с конденсаторами класса 2, из которого некоторые конденсаторы могут терять до половины ёмкости с увеличением напряжения до максимально допустимого для них;
- Линейный температурный коэффициент — ёмкость этих конденсаторов линейна с изменениями температуры.
Благодаря совокупности или даже некоторым по отдельности особенностям керамических конденсаторов этого класса их применяют в резонансных схемах, осцилляторах, PLL, фильтрах с высокой добротностью и даже для фильтрации ВЧ помех по критическим шинам питания.
Тип диэлектрика конденсаторов этого класса обозначается тремя символами в следующем порядке (пример обозначения):
Расшифровать ТКЕ можно по следующей таблице:
Более подробное описание можно найти в стандарте EIA-RS-198.
Конденсаторы 2-го класса:
Ключевые особенности конденсаторов это типа:
- Средняя или низкая точность — по этой причине конденсаторы этого класса в основном используются для фильтрации питания или как накопительные;
- Деградации со временем — возможно ощутимое изменение параметров с течением времени;
- Токи утечки — возможно наличие ощутимого значения тока утечки, особенно в сравнении с конденсаторами первого класса;
- Большая зависимость ёмкости от приложенного напряжения — с увеличением приложенного напряжения (в пределах допустимого) ёмкость может уменьшаться в 2 и более раз!
- Нелинейный температурный коэффициент — ёмкость этих конденсаторов нелинейно изменяется с изменениями температуры;
- Высокая диэлектрическая проницаемость — благодаря этому столь малые габаритные размеры (как 0201, 0402, 0603 и т. д.) имеют значения ёмкости не единицы нФ, а сотни нФ.
Такие конденсаторы зачастую применяются как разделительные, фильтрующие или накопительные.
Тип диэлектрика конденсаторов этого класса обозначается тремя символами в следующем порядке (пример обозначения):
Расшифровать ТКЕ можно по следующей таблице:
Более подробное описание можно найти в стандарте EIA-RS-198.
Вывод
Эти таблицы помогут вам понять, что случается с ёмкостью конденсаторов во всём температурном диапазоне и какая ёмкость конденсатора будет «реальной» по сравнению с номинальной.
В качестве примера:
- Конденсатор X7R, в этом обозначении первые символы X7 — значит производителем декларировано применение этого конденсатора в диапазоне температур -55…+125 °C, последний символ R — декларировано допустимое отклонение в ±15%, что значит, что на всём заявленном диапазоне температур ёмкость этого конденсатора не будет изменяться более чем на 15%;
- Конденсатор Y5V, в этом обозначение первые символы Y5 — значит производителем декларировано применение этого конденсатора в диапазоне температур -30…+85 °C, последний символ V — декларировано допустимое отклонение в +22/-82%, что значит, что на всём заявленном диапазоне температур ёмкость этого конденсатора, возможно, увеличится на 22% (маловероятно), но нужно рассчитывать на худший случай — допустимо её уменьшение на 82%!!!
В итоге можно выделить наиболее рекомендуемые к применению типы конденсаторов — X7R, X7S, X8R, X5R и не рекомендуемые к применению типы конденсаторов — Y5V, Z5U. В идеале, конечно же, собирать всё на C0G или аналогичных типах, но они зачастую имеют огромные размеры для таких рядовых номиналов, как 0,1 мкФ, а ещё более решающим фактором их применения будет стоимость — такие номиналы стоят в разы дороже, чем аналогичные конденсаторы типа X7R или X5R.
