Capacitor
Guia de condensadores
Relatório técnico: Condensadores evolutivos - Condensadores cerâmicos multicamada Parte 2: Tecnologia (parte 1 de 2)
Conceção de circuitos utilizando condensadores cerâmicos multicamada Compreender a questão vital para uma gama mais vasta de aplicações
As duas frases-chave importantes para descrever a história por detrás da utilização generalizada de condensadores cerâmicos multicamada são "redução de tamanho" e "aumento da capacidade". Os fabricantes criaram novos mercados ao procurarem reduzir ainda mais o tamanho e aumentar a capacidade. No entanto, para os projectistas de eletrónica, existem outras especificações importantes. Os condensadores cerâmicos multicamada têm vantagens e desvantagens. É necessário compreender plenamente os prós e os contras das especificações do produto e ter em conta todos estes factores na conceção efectiva dos circuitos electrónicos. Estes esforços podem reduzir o custo da conceção eletrónica e encurtar o período de desenvolvimento.
Passaram quase 50 anos desde que foi inventado o primeiro condensador cerâmico multicamada. Durante este tempo, os fabricantes melhoraram constantemente os condensadores cerâmicos multicamadas para os tornar mais pequenos e proporcionar uma maior capacitância, reduzindo a espessura das camadas dieléctricas e promovendo o desenvolvimento de novos materiais dieléctricos. Como resultado, o domínio dos condensadores cerâmicos multicamadas foi alargado, uma vez que estes foram gradualmente substituindo os condensadores electrolíticos de alumínio e tântalo e os condensadores de película, que estavam anteriormente muito difundidos (Fig. 1).
A figura mostra as gamas de comercialização de vários tipos de condensadores, com a tensão nominal no eixo vertical e a capacitância no eixo horizontal. O domínio dos condensadores cerâmicos monolíticos está a ser gradualmente alargado devido ao rápido aumento da capacitância. Entretanto, os condensadores electrolíticos de alumínio e de tântalo também mal conseguem resistir ao crescimento dos condensadores de cerâmica monolítica, em resultado de melhorias na tensão de resistência e na capacitância.
Por exemplo, no que diz respeito aos modelos com uma capacitância que varia entre 10 e 100 μF, o rácio de componentes dos condensadores cerâmicos multicamada era quase nulo em 2002. No entanto, em 2005, quando novos produtos estavam prontos para serem lançados, à medida que a redução do tamanho e o aumento da capacitância avançavam, o rácio cresceu para cerca de 1/3 do mercado e atingiu cerca de 2/3 em 2007 (Fig. 2).
Esta figura mostra as relações de componentes dos condensadores monolíticos cerâmicos, electrolíticos de alumínio e electrolíticos de tântalo. Os gráficos indicam claramente que a relação de componentes dos condensadores de cerâmica monolítica entre os produtos de elevada capacitância está a aumentar de ano para ano.
Atualmente, a fronteira do mercado entre os condensadores cerâmicos multicamada e os condensadores electrolíticos de alumínio e tântalo situa-se em torno dos 100 μF para os modelos com uma tensão nominal de cerca de 10 V e em torno de várias dezenas de μF para os modelos com uma tensão nominal de cerca de várias dezenas de V. Esta fronteira passará definitivamente para o lado da capacitância mais elevada no futuro.
Baixa ESR, resistente a tensões anormais
A redução das dimensões e o aumento da capacitância ajudaram a expandir o domínio dos condensadores cerâmicos multicamadas, mas as dimensões e a capacitância não são as únicas caraterísticas que devem ser consideradas ao selecionar um condensador para utilização em dispositivos electrónicos. Os condensadores cerâmicos multicamadas nem sempre são a resposta perfeita. É necessário prestar atenção a várias caraterísticas, porque têm vantagens e desvantagens.
O quadro 1 apresenta uma comparação entre os condensadores cerâmicos multicamadas e os condensadores electrolíticos de alumínio e de tântalo. Como se pode ver no quadro, os condensadores cerâmicos multicamadas têm duas vantagens distintas.
Uma das vantagens é que os condensadores cerâmicos multicamadas têm excelentes caraterísticas de frequência, graças à sua baixa resistência equivalente em série (ESR). O termo "ESR" refere-se à componente de resistência dos eléctrodos internos de um condensador, etc. Uma ESR elevada não só degrada as caraterísticas de frequência da impedância, que é um critério para as caraterísticas de absorção de ruído, como também provoca a geração de uma quantidade considerável de calor devido à componente de resistência. Assim, uma ESR baixa é essencial quando um condensador é montado em torno de um microprocessador, DSP, microcomputador ou outro chip semicondutor com o objetivo de desacoplamento para absorver o ruído.
Outra vantagem é o facto de serem altamente resistentes a tensões anormais. Comparando produtos com uma tensão nominal de 16 V e uma capacitância de 10 μF, por exemplo, a tensão de rutura DC de um condensador eletrolítico de alumínio é de apenas 30 V e a de um condensador eletrolítico de tântalo é de 30-60 V. Em contrapartida, um condensador cerâmico multicamada tem uma tensão de rutura DC extremamente elevada (aproximadamente 200 V). Assim, se um condensador cerâmico multicamada for montado num dispositivo eletrónico, o risco de falha devido a rutura dieléctrica pode ser minimizado, mesmo quando, por qualquer razão, é gerada uma tensão de pico ou de impulso no dispositivo.
A continuar na parte 2 de 2, que descreverá a consideração das caraterísticas da temperatura e da tensão CC.
*Os nomes de empresas e produtos indicados são marcas comerciais ou marcas comerciais registadas de cada empresa.
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O conteúdo deste artigo, da edição de fevereiro a março de 2010 da "Tech On!" Nikkei Business Publications, Inc., foi reestruturado.
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Para mais pormenores sobre os condensadores cerâmicos multicamada da Murata Manufacturing, consulte o seguinte:
Sítio Web de condensadores
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