Condensador
Guía de condensadores
Informe técnico: Condensadores en evolución - Condensadores cerámicos multicapa - Parte 2: Tecnología (parte 1 de 2)
Diseño de circuitos con condensadores cerámicos multicapa Comprensión de la cuestión vital para una gama más amplia de aplicaciones
Las dos frases clave para describir la historia de la generalización de los condensadores cerámicos multicapa son "reducción de tamaño" y "mejora de la capacidad", y los fabricantes han creado nuevos mercados persiguiendo nuevas reducciones de tamaño y mejoras de la capacidad. Para los diseñadores de electrónica, sin embargo, hay otras especificaciones importantes. Los condensadores cerámicos multicapa tienen ventajas e inconvenientes. Hay que entender bien los pros y los contras de las especificaciones del producto y tener en cuenta todos estos factores en el diseño real de los circuitos electrónicos. Estos esfuerzos pueden reducir el coste del diseño electrónico y acortar el periodo de desarrollo.
Han pasado casi 50 años desde que se inventó el primer condensador cerámico multicapa. Durante este tiempo, los fabricantes no han dejado de mejorar los condensadores cerámicos multicapa para hacerlos más pequeños y proporcionar una mayor capacitancia reduciendo el grosor de las capas dieléctricas y promoviendo el desarrollo de nuevos materiales dieléctricos. Como resultado, el dominio de los condensadores cerámicos multicapa se ha ampliado, ya que han ido ocupando gradualmente el mercado de los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio y de los condensadores de película, que antes estaban muy extendidos (Fig. 1).
La figura muestra los rangos de comercialización de varios tipos de condensadores, con la tensión nominal en el eje vertical y la capacitancia en el horizontal. El dominio de los condensadores cerámicos monolíticos se amplía gradualmente gracias al rápido aumento de la capacitancia. Mientras tanto, los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio apenas consiguen mantenerse frente al crecimiento de los condensadores cerámicos monolíticos como resultado de las mejoras en la tensión soportada y la capacitancia.
Por ejemplo, en lo que respecta a los modelos con una capacitancia comprendida entre 10 y 100 μF, la proporción de componentes de condensadores cerámicos multicapa era casi nula en 2002. Sin embargo, en 2005, cuando los nuevos productos estaban listos para salir al mercado a medida que avanzaba la reducción del tamaño y la mejora de la capacitancia, la proporción creció hasta cerca de 1/3 del mercado y alcanzó cerca de 2/3 en 2007 (Fig. 2).
Esta figura muestra las relaciones de componentes de los condensadores cerámicos monolíticos, electrolíticos de aluminio y electrolíticos de tántalo. Los gráficos indican claramente que la relación de componentes de los condensadores cerámicos monolíticos entre los productos de alta capacidad aumenta año tras año.
Actualmente, la frontera del mercado entre los condensadores cerámicos multicapa y los electrolíticos de aluminio y tántalo se sitúa en torno a los 100 μF para los modelos con una tensión nominal de unos 10 V y en torno a varias decenas de μF para los que tienen una tensión nominal de aproximadamente varias decenas de V. Esta frontera se desplazará sin duda hacia el lado de mayor capacitancia en el futuro.
ESR baja, resistente a tensiones anómalas
La reducción del tamaño y la mejora de la capacitancia contribuyeron a ampliar el dominio de los condensadores cerámicos multicapa, pero las dimensiones y la capacitancia no son las únicas características que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar un condensador para su uso en dispositivos electrónicos. Los condensadores cerámicos multicapa no siempre son la respuesta perfecta. Hay que prestar atención a varias características, porque tienen tanto ventajas como inconvenientes.
La tabla 1 muestra una comparación entre los condensadores cerámicos multicapa y los condensadores electrolíticos de aluminio y tántalo. Como se muestra en la tabla, los condensadores cerámicos multicapa presentan dos ventajas claras.
Una de sus ventajas es que los condensadores cerámicos multicapa tienen excelentes características de frecuencia, gracias a su baja resistencia equivalente en serie (ESR). El término "ESR" se refiere al componente de resistencia de los electrodos internos de un condensador, etc. Una ESR alta no sólo degrada las características de frecuencia de la impedancia, que es un criterio para las características de absorción de ruido, sino que también provoca la generación de una cantidad considerable de calor debido al componente de resistencia. Por lo tanto, una ESR baja es esencial cuando se monta un condensador alrededor de un microprocesador, DSP, microordenador u otro chip semiconductor con fines de desacoplamiento para absorber ruido.
Otra ventaja es que son muy resistentes a tensiones anómalas. Si se comparan productos con una tensión nominal de 16 V y una capacitancia de 10 μF, por ejemplo, la tensión de ruptura de CC de un condensador electrolítico de aluminio es de sólo 30 V y la de un condensador electrolítico de tántalo es de 30-60 V. En cambio, un condensador cerámico multicapa tiene una tensión de ruptura de CC extremadamente alta (aproximadamente 200 V). Por lo tanto, si se monta un condensador cerámico multicapa en un dispositivo electrónico, se puede minimizar el riesgo de fallo debido a la ruptura dieléctrica, incluso cuando se genera una sobretensión o tensión de impulso en el dispositivo por algún motivo.
Continuará en la parte 2 de 2, que describirá considerando la temperatura y las características de tensión continua.
*Los nombres de empresas y productos indicados son marcas comerciales o marcas registradas de cada empresa.
*El contenido de este artículo, del número de febrero a marzo de 2010 de "Tech On!" de Nikkei Business Publications, Inc, fue reestructurado.
*Para más detalles sobre los condensadores cerámicos multicapa de Murata Manufacturing, consulte lo siguiente:
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