Kondensator
Kondensator-Leitfaden
Technischer Bericht: Evolving Capacitors Keramische Mehrschichtkondensatoren, Teil 2: Technologie (Teil 2/2)
Dieser Artikel ist eine Fortsetzung von "Evolving Capacitors: Keramische Mehrschichtkondensatoren, Teil 2 - Technologie (Teil 1/2)".
Bitte lesen Sie zuerst "Teil 1/2", um sich einen Überblick zu verschaffen.
Temperatur- und Gleichspannungseigenschaften berücksichtigen
Neben ihren vielen Vorteilen haben Keramik-Vielschichtkondensatoren zwei große Nachteile.
Erstens haben sie schlechte Temperatureigenschaften. Insbesondere die elektrostatische Kapazität schwankt stark bei Temperaturänderungen. Die Kapazität eines Aluminium-Elektrolytkondensators schwankt innerhalb eines Temperaturbereichs von -55 bis +125 °C um etwa ±15 %. Im Gegensatz dazu schwankt die Kapazität eines keramischen Vielschichtkondensators je nach Modell (z. B. Typ-F-Produkte) stark in einem Bereich von +30 bis -80 %. Wenn keramische Vielschichtkondensatoren in elektronischen Geräten für den Innenraum von Autos oder anderen Orten, an denen die Temperatur sehr hoch wird, oder in elektronischen Geräten, die in kalten Gebieten wie Skigebieten eingesetzt werden, verwendet werden sollen, sollten daher bei der Entwicklung der elektronischen Schaltungen Kondensatoren mit geringer Kapazitätsänderung, wie z. B. Typ-B-Produkte, ausgewählt werden.
Beachten Sie jedoch, dass der Nachteil der schlechten Temperatureigenschaften nur für keramische Vielschichtkondensatoren mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (Klasse 2) gilt, die Bariumtitanat (BaTiO3) als Dielektrikum verwenden. Keramik-Vielschichtkondensatoren der Klasse 1, die Titanoxid (TiO2) verwenden, haben einen geringen Temperaturkoeffizienten der Kapazität von höchstens ±60 ppm/°C im Temperaturbereich von -55 bis +125°C. Ein keramischer Vielschichtkondensator auf TiO2-Basis mit hoher Kapazität wurde jedoch noch nicht auf den Markt gebracht, da Titanoxid eine geringe relative Dielektrizitätskonstante aufweist.
Zweitens haben Keramik-Vielschichtkondensatoren Gleichspannungseigenschaften (DC-Bias-Charakteristik). Unter Gleichspannungseigenschaften versteht man das Phänomen, dass die effektive elektrostatische Kapazität abnimmt, wenn eine Gleichspannung an einen Keramik-Vielschichtkondensator angelegt wird (Abb. 3).
Keramische Vielschichtkondensatoren haben eine Eigenschaft, bei der die effektive elektrostatische Kapazität abnimmt, wenn eine Gleichspannung angelegt wird. Dies wird auch als DC-Bias-Charakteristik bezeichnet.
Wird beispielsweise eine Gleichspannung von 4 V an einen keramischen Vielschichtkondensator mit einer Nennspannung von 6,3 V und einer Kapazität von 100 μF angelegt, so verringert sich die Kapazität bei einem Produkt vom Typ B um etwa 20 % und bei einem Produkt vom Typ F um etwa 80 %. Dieses Phänomen tritt bei Aluminium-Elektrolyt- und Tantal-Elektrolytkondensatoren nicht auf.
Daher sollte bei der Auswahl eines Keramik-Vielschichtkondensators die Gleichspannungskomponente der Signalleitung, an die der Kondensator angeschlossen wird, im Voraus gemessen werden, um den Grad der Verringerung der effektiven Kapazität zu bestimmen. (Siehe dazu den separaten Artikel "JEITA standardisiert die Notation im Hinblick auf die DC-Bias-Charakteristik"). Halbleiterchips, die mit fortschrittlicher Mikrofabrikationstechnologie hergestellt werden, haben jedoch eine recht niedrige Versorgungsspannung. In letzter Zeit sind Chips, die mit etwa 1,0 V betrieben werden, keine Seltenheit mehr, so dass das Problem der Gleichspannungseigenschaften in Schaltungen, die mit niedrigen Spannungen betrieben werden, nicht mehr so bedeutend ist.
Das Problem mit den Gleichspannungseigenschaften tritt nur bei Produkten der Klasse 2 auf. Dies liegt daran, dass das in Produkten dieser Klasse verwendete Bariumtitanat ein ferroelektrisches Material ist. Produkte der Klasse 1, bei denen Titanoxid, ein paraelektrisches Material, verwendet wird, sind daher nicht von dem Problem betroffen.
* Angegebene Firmen- und Produktnamen sind Marken oder eingetragene Marken der jeweiligen Unternehmen.
* Der Inhalt dieses Artikels, der in der Ausgabe Februar bis März 2010 von "Tech On!" von Nikkei Business Publications, Inc. veröffentlicht wurde, wurde umstrukturiert.
*Weitere Informationen zu den Keramik-Vielschichtkondensatoren von Murata Manufacturing finden Sie im Folgenden:
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