Funktionsprinzip und Klassifizierung von Keramikkondensatoren

Ein Kondensator ist ein elektrisches Gerät, das Energie in Form eines elektrischen Feldes speichert. Es besteht aus zwei Metallplatten, die durch eine dielektrische oder nichtleitende Substanz getrennt sind. Kondensatortypen werden grob in feste Kapazität und variable Kapazität unterteilt. Am wichtigsten sind Kondensatoren mit fester Kapazität, es gibt aber auch Kondensatoren mit variabler Kapazität, wie zum Beispiel Dreh- oder Feinabstimmungskondensatoren. Kondensatoren mit fester Kapazität werden in Filmkondensatoren, Keramikkondensatoren, Elektrolytkondensatoren und supraleitende Kondensatoren unterteilt. In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip, die Struktur und die Anwendungseigenschaften von Keramikkondensatoren kurz vorgestellt.

1. Polarität von Keramikkondensatoren

Keramikkondensatoren sind am häufigsten in jedem elektrischen Gerät zu finden, das keramische Materialien als Dielektrikum verwendet. Keramikkondensatoren sind nicht polarisierte Geräte, das heißt, sie haben keine Polarität. Es kann also in jeder Richtung auf der Platine angeschlossen werden. Daher sind sie in der Regel wesentlich sicherer als Elektrolytkondensatoren. Dies ist das unten angegebene Symbol eines nicht polarisierten Kondensators. Viele Arten von Kondensatoren, wie z. B. Tantalperlenkondensatoren, haben keine Polarität.

2. Struktur und Leistung von Keramikkondensatoren

Es gibt drei Haupttypen von Keramikkondensatoren, es stehen jedoch auch andere Typen zur Auswahl:

1. Bleihaltige Scheibenkeramikkondensatoren für die Durchsteckmontage mit Harzbeschichtung.

2. Mehrschichtige Keramikkondensatoren (MLC) zur Oberflächenmontage.

3. Ein spezieller Typ eines mikrowellenblanken, bleifreien Scheibenkeramikkondensators, der für die Montage in einem Steckplatz auf einer Leiterplatte konzipiert ist.

Keramikscheibenkondensatoren werden hergestellt, indem beide Seiten einer Keramikscheibe mit Silberkontakten beschichtet werden, wie in der Abbildung oben gezeigt. Keramikscheibenkondensatoren haben Kapazitätswerte von etwa 10 pF bis 100 μ F und eine Vielzahl von Nennspannungen, die von 16 V bis 15 kV oder sogar mehr reichen.

Um eine höhere Kapazität zu erreichen, können diese Geräte aus mehreren Schichten hergestellt werden. MLCCs bestehen aus einer Mischung paraelektrischer und ferroelektrischer Materialien oder sind mit Metallkontakten überzogen. Nachdem der Schichtungsprozess abgeschlossen ist, wird das Gerät einer hohen Temperatur ausgesetzt und die Mischung gesintert, wodurch ein Keramikmaterial mit den gewünschten Eigenschaften entsteht. Schließlich besteht der resultierende Kondensator aus vielen parallel geschalteten kleineren Kondensatoren, was zu einer Erhöhung der Kapazität führt.

Man geht davon aus, dass MLCCs aus mehr als 500 Schichten bestehen, mit einer minimalen Schichtdicke von etwa 0,5 Mikrometern. Mit fortschreitender Technologie nimmt die Dicke der Schicht ab und die Kapazität nimmt bei gleichem Volumen zu.

Keramische Kondensatordielektrika variieren von Hersteller zu Hersteller, aber zu den üblichen Verbindungen gehören Titandioxid, Strontiumtitanat und Bariumtitanat.

Funktionsprinzip von Keramikkondensatoren

3. Klassifizierung von Keramikkondensatoren

Entsprechend den verschiedenen Keramikmaterialien können sie in Niederfrequenz-Keramikkondensatoren und Hochfrequenz-Keramikkondensatoren unterteilt werden. Je nach Bauform können sie in mehrere Arten von Kondensatoren unterteilt werden, z. B. Scheibenkondensatoren, Rohrkondensatoren, Rechteckkondensatoren, Plattenkondensatoren und Durchgangskondensatoren. Je nach Betriebstemperaturbereich, Temperaturdrift und Toleranz werden verschiedene Kategorien von Keramikkondensatoren definiert.

1. Keramikkondensatoren der Klasse I

Diese Art von Kapazität hängt hauptsächlich mit der Temperatur zusammen. Dies sind die stabilsten Kondensatoren und sie haben eine nahezu lineare Charakteristik.

Die am häufigsten als Dielektrika verwendeten Verbindungen sind:

A. Magnesiumtitanat mit positivem Temperaturkoeffizienten.

B. Calciumtitanat für Kondensatoren mit negativem Temperaturkoeffizienten.

2. Keramikkondensatoren der Klasse II

Dieser Kondensatortyp weist eine bessere Leistung im Hinblick auf den volumetrischen Wirkungsgrad auf, allerdings geht dies auf Kosten einer geringeren Genauigkeit und Stabilität. Daher werden sie häufig in Entkopplungs-, Kopplungs- und Bypass-Anwendungen eingesetzt, bei denen es nicht auf Genauigkeit ankommt.

A. Temperaturbereich: -50 ° C bis +85 ° C

B. Verlustfaktor: 2,5 %

C. Genauigkeit: Schlecht

3. Keramikkondensatoren der Klasse III

Diese Art von Keramikkondensator weist einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad, eine geringe Genauigkeit und einen niedrigen Verlustfaktor auf. Es kann hohen Spannungen nicht standhalten. Als Dielektrikum wird üblicherweise Bariumtitanat verwendet.

A. Kondensatoren der Klasse III variieren ihre Kapazität um -22 % bis +50 %

B. Der Temperaturbereich beträgt +10 ° C bis +55 ° C.

C. Verlustfaktor: 3 bis 5 %.

D. Hat eine ziemlich schlechte Genauigkeit (normalerweise 20 % oder -20/+80 %).

E. Wird normalerweise zur Entkopplung oder für andere Stromversorgungsanwendungen verwendet, bei denen die Genauigkeit keine Rolle spielt