貼片陶瓷電容知識

AVX/松下/華亞/國巨/TDK,TAIYO村田（不是春田?。?AVX單片陶瓷電容器（通稱貼片電容）是目前用量比較大的常用元件，就AVX公司生產(chǎn)的貼片電容來講有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的規(guī)格，不同的規(guī)格有不同的用途。下面我們僅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V來介紹一下它們的性能和應用以及采購中應注意的訂貨事項以引起大家的注意。不同的公司對于上述不同性能的電容器可能有不同的命名方法，這里我們引用的是AVX公司的命名方法，其他公司的產(chǎn)品請參照該公司的產(chǎn)品手冊。NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要區(qū)別是它們的填充介質(zhì)不同。在相同的體積下由于填充介質(zhì)不同所組成的電容器的容量就不同，隨之帶來的電容器的介質(zhì)損耗、容量穩(wěn)定性等也就不同。所以在使用電容器時應根據(jù)電容器在電路中作用不同來選用不同的電容器。一NPO電容器NPO是一種最常用的具有溫度補償特性的單片陶瓷電容器。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。NPO電容器是電容量和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的電容器之一。在溫度從-55°C到+125°C時容量變化為0±30ppm/°C，電容量隨頻率的變化小于±0.3AQoNPO電容的漂移或滯后小于土0.05%，相對大于±2%的薄膜電容來說是可以忽略不計的。其典型的容量相對使用壽命的變化小于土0.1%。NPO電容器隨封裝形式不同其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同，大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。下表給出了NPO電容器可選取的容量范圍。容量精度在5%左右，但選用這種材質(zhì)只能做容量較小的，常規(guī)100PF以下，100PF-1000PF也能生產(chǎn)但價格較高介質(zhì)損耗最大0。15%封裝DC=50VDC=100V08050.5---1000pF0.5---820pF12060.5---1200pF0.5---1800pF1210560---5600pF560---2700pF22251000pF---0.033pF1000pF---0.018pFNPO電容器適合用于振蕩器、諧振器的槽路電容，以及高頻電路中的耦合電容。適用于低損耗，穩(wěn)定性要求要的高頻電路二X7R電容器X7R電容器被稱為溫度穩(wěn)定型的陶瓷電容器。當溫度在-55C到+125C時其容量變化為15%，需要注意的是此時電容器容量變化是非線性的。X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下是不同的，它也隨時間的變化而變化，大約每10年變化1%AC，表現(xiàn)為10年變化了約5%。X7R電容器主要應用于要求不高的工業(yè)應用，而且當電壓變化時其容量變化是可以接受的條件下。它的主要特點是在相同的體積下電容量可以做的比較大。下表給出了X7R電容器可選取的容量范圍。X7R此種材質(zhì)比NPO穩(wěn)定性差，但容量做的比NPO的材料要高，容量精度在10%左右。常規(guī)10000PF以下，10000PF-1UF也能生產(chǎn)但價格較高介質(zhì)損耗最大2。5%（25V與50V）3。5%（16V）封裝DC=50VDC=100V0805330pF---0.056pF330pF---0.012pF12061000pF---0.15pF1000pF---0.047pF12101000pF---0.22pF1000pF---0.1pF22250.01）F---1』F0.01pF---0.56pF三Z5U電容器Z5U電容器稱為”通用”陶瓷單片電容器。這里首先需要考慮的是使用溫度范圍，對于Z5U電容器主要的是它的小尺寸和低成本。對于上述三種陶瓷單片電容起來說在相同的體積下Z5U電容器有最大的電容量。但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率最大可達每10年下降5%。盡管它的容量不穩(wěn)定，由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）低、良好的頻率響應，使其具有廣泛的應用范圍。尤其是在退耦電路的應用中。下表給出了Z5U電容器的取值范圍。封裝DC=25VDC=50V08050.01pF---0.12pF0.01pF---0.1pF12060.01pF---0.33pF0.01pF---0.27pF12100.01pF---0.68pF0.01pF---0.47pF22250.01pF---1pF0.01pF---1pFZ5U電容器的其他技術指標如下：工作溫度范圍+10°C---+85°C四Y5V電容器Y5V此類介質(zhì)的電容，其穩(wěn)定性較差，容量偏差在20%左右，對溫度電壓較敏感，但這種材質(zhì)能做到很高的容量，而且價格較低，適用于溫度變化不大的電路中。Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器，在-30C到85C范圍內(nèi)其容量變化可達+22%到-82%。Y5V的高介電常數(shù)允許在較小的物理尺寸下制造出高達4.7uF電容器。Y5V此類介質(zhì)的電容，其穩(wěn)定性較差，容量偏差在20%左右，對溫度電壓較敏感，但這種材質(zhì)能做到很高的容量，而且價格較低，適用于溫度變化不大的電路中。介質(zhì)損耗最大5%Y5V電容器的其他技術指標如下：工作溫度范圍-30C---+85C溫度特性+22%82%從材質(zhì)來講，丫5V材料的電容會隨著時間的推移而發(fā)生衰減，再說TDK,TAIYO村田（不是春田?。?AVX皆非訂單生產(chǎn)型企業(yè)，所以他們會有一個庫存時間,那么像Y5V材質(zhì)的高容電容容量就會掉下來，但這種情況并沒什么大不了的，在焊接過程中會有個回火的過程，那么其容量就會回升到正常范圍內(nèi)的，這點不用擔心從測試儀器來講，對此規(guī)格的電容的測試條件應該為:AC1.0+/-0.2V，那如果你發(fā)現(xiàn)容量偏低的話請試著用萬用表測試一下兩個PIN之間的電壓是多少，如果在0.8V以下，那就是你的儀器有問題，其實目前專業(yè)電容測試信器應該是HP4278/HP4288比較好，不會出現(xiàn)在測高容電容時測試電壓不夠的情況從產(chǎn)品本身設計來講，因為貼片電容其原理是無數(shù)個陶瓷電容并聯(lián)而來的，所以企業(yè)在設計為成本計，其容量多在標稱容量以下，像此規(guī)格電容的誤差應是Z檔的（-20%/+80%），那么在實際設計中可能只設計到-20%/+0這個區(qū)間，但這種現(xiàn)像還是比較少的4，Y5V電容的DF值是很高的，客戶端在高頻電路使用時是不會選用Y5V材質(zhì)電容的，因此沒必要去考慮頻率的問題上述都是我個人觀點，不足之處，歡迎大家指正！我的email:低損耗射頻電容的優(yōu)點在所有射頻電路設計中，選用低損耗（超低ESR）片狀電容都是一項重要考慮。以下是幾種應用中低損耗電容的優(yōu)點。在手持便攜式發(fā)射設備的末級功率放大器內(nèi)使用低損耗電容作場效應晶體管源極旁路和漏極耦合，可以延長電池壽命。ESR高的電容增加I2ESR損耗，浪費電池能量。使用低損耗電容產(chǎn)品使射頻功率放大器更容易提高功率輸出和和效率。例如，用低損耗射頻片狀電容作耦合，可以實現(xiàn)最大的放大器功率輸出和效率。對于目前的射頻半導體設備，例如便攜手持設備的單片微波集成電路，尤其是如此。許多這種設備的輸入阻抗極低，因此輸入匹配電路中電容的ESR損耗在全部網(wǎng)絡的阻抗中占了很大的百分比。如果設備輸入阻抗是1歐姆而電容ESR是0.8歐姆，約40%的功率將由于ESR損耗而被電容消耗掉。這將減低效率和輸出功率。高射頻功率應用也需要低損耗電容，這方面的典型應用是要使一個高射頻功率放大器和動態(tài)阻抗相匹配。例如半導體等離子爐需要高射頻功率匹配，設計匹配網(wǎng)絡時使用了電容。負載從接近零的低阻抗大幅度擺動到接近開路，導致匹配網(wǎng)絡中產(chǎn)生大電流，使電容負荷劇增。這種情況使用超低損耗電容，例如ATC的100系列陶瓷電容，最為理想。發(fā)熱控制，特別是在高射頻功率情況下，和元件ESR直接有關。這種情況下的電容功率耗散可以經(jīng)由I2ESR損耗計算出來。低損耗電容產(chǎn)品在這些線路中能減少發(fā)熱，使線路發(fā)熱問題更容易控制。使用低損耗電容可增加小信號放大器的有效增益和效率。設計低噪聲放大器（LNA）時使用低損耗陶瓷電容可以把熱噪聲（KTB）減到最小。使用超低損耗電容也可很容易地改善信噪比和總體噪聲溫度。設計濾波網(wǎng)絡時使用低損耗陶瓷電容能把輸入頻帶插入損耗（S21）減到最小，而且使濾波曲線更接近矩形，折返損耗性能更好°MRI成象線圈的陶瓷電容必須是超低損耗。這些電容和MRI線圈相接，線圈是調(diào)諧電路的一部分。因為MRI掃描器要檢測極弱的信號，線圈的損耗必須很低，一般在幾個毫歐姆的量級。如果ESR損耗超過這個量級，而設計者沒有采取措施降低損耗，成象分辨率就會降低。ATC100系列陶瓷電容組具有超低損耗，因而經(jīng)常用于線圈電路。這些電容組在諧振電路中發(fā)揮功能，卻不增加整個線路的損耗。（5）損耗：在電場的作用下，電容器在單位時間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量。這些損耗主要來自介質(zhì)損耗和金屬損耗。通常用損耗角正切值來表示。（6）頻率特性：電容器的電參數(shù)隨電場頻率而變化的性質(zhì)。在高頻條件下工作的電容器，由于介電常數(shù)在高頻時比低頻時小，電容量也相應減小。損耗也隨頻率的升高而增加。另外，在高頻工作時，電容器的分布參數(shù)，如極片電阻、引線和極片間的電阻、極片的自身電感、引線電感等，都會影響電容器的性能。所有這些，使得電容器的使用頻率受到限制。不同品種的電容器，最高使用頻率不同。小型云母電容器在250MHZ以內(nèi)；圓片型瓷介電容器為300MHZ；圓管型瓷介電容器為200MHZ；圓盤型瓷介可達3000MHZ；小型紙介電容器為80MHZ；中型紙介電容器只有8MHZ。散逸因數(shù)一損失角（DF）損失角即D值：一般電解電容器因為內(nèi)阻較大故D值較高，其規(guī)格視電容值高低決定，為0.1-0.24以下.塑料薄膜電容器則D值較低，視其材質(zhì)決定為0.001-0.01以下.陶瓷電容器視其材質(zhì)決定,Hi-Ktype及S/Ctype為0.025以下.T/Ctype其規(guī)格以Q值表示需高于400-1000.（Q值相當于D值的倒數(shù)）散逸因數(shù)dissipationfactor（DF）存在于所有電容器中，有時DF值會以損失角tan6表示。想想，損失角，既有損失，當然愈低愈好。塑料電容的損失角很低，但鋁電解電容就相當高。DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來說，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關系；當容量相同時，耐壓愈高的DF值就愈低。舉實例做說明，同廠牌同系列的10000UF電容，耐壓80V的DF值一定比耐壓63V的低。所本刊選用濾波電容常會找較高耐壓者，不是沒有道理。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會愈■但許多電容器制造廠，在規(guī)格書上常不注明散逸因數(shù)DF值，因為數(shù)值甚高很難看。以瑞典RIFA為例，其藍色PHE-420系列是MKP塑料電容，它的DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色頂級PEH169系列鋁質(zhì)電解電容，就未標示損失角規(guī)格。若真注明DF值，可能會是1.0000，小數(shù)點是在1的后面。|■3、介質(zhì)損耗正切值tg5又稱介質(zhì)損耗因數(shù)，是指介質(zhì)損耗角正切值，簡稱介損角正切。介質(zhì)損耗因數(shù)的定義如下:gf膘■"響■■如果取得試品的電流相量I和電壓相量U，則可以得到如下相量圖:總電流可以分解為電容電流Ic和電阻電流IR合成，因此:

介質(zhì)損S?H?（tgE）=-x100%=xioo%=^-xl00%QUICIc這正是損失角6=（90°-中）的正切值。因此現(xiàn)在的數(shù)字化儀器從本質(zhì)上講，是通過測量5或者中得到介損因數(shù)。測量介損對判斷電氣設備的絕緣狀況是一種傳統(tǒng)的、十分有效的方法。絕緣能力的下降直接反映為介損增大。進一步就可以分析絕緣下降的原因，如：絕緣受潮、絕緣油受污染、老化變質(zhì)等等。測量介損的同時，也能得到試品的電容量。如果多個電容屏中的一個或幾個發(fā)生短路、斷路，電容量就有明顯的變化，因此電容量也是一個重要參數(shù)。4、功率因數(shù)cos中功率因數(shù)是功率因數(shù)角中的余弦值，意義為被測試品的總視在功率S中有功功率P所占的比重。功率因數(shù)的定義如下：功率因數(shù)（W功率因數(shù)（W誠被測試品的有功功率尹

械測試品的視在功率S有的介損測試儀習慣顯示功率因數(shù)（PF:cos中），而不是介質(zhì)損耗因數(shù)（DF:tg5）。一般cos中＜tg5，在損耗很小時這兩個數(shù)值非常接近。5、高壓電容電橋高壓電容電橋的標準通道輸入標準電容器的電流、試品通道輸入試品電流。通過比對電流相位差測量tg5，通過出比電流幅值測量試品電容量。因此用電橋測量介損還需要攜帶標準電容器、升壓PT和調(diào)壓器。接線也十分煩瑣。國內(nèi)常見高壓電容電橋有：型號生產(chǎn)廠家性能2801Haefely西林電橋，手動調(diào)節(jié)，介損相對誤差0.5%，試驗室使用。其改進型為2809A。QS30上海滬光廠電流比較儀電橋，手動調(diào)節(jié)，介損相對誤差0.5%±0.00005,試驗室使用。QS1上海電表廠西林電橋，手動調(diào)節(jié)，介損相對誤差10%±0.003,現(xiàn)場測量用。支持正反接線，移相或到相抗干擾。AI-6000分體型泛華電子自動調(diào)節(jié)，紅外線遙控，介損相對誤差0.2%±0.00005，現(xiàn)場或試驗室用。支持正反接線，移相或倒相抗干擾。配合變頻電源可變頻抗干擾。6、高壓介質(zhì)損耗測量儀簡稱介損儀，是指采用電橋原理，應用數(shù)字測量技術，對介質(zhì)損耗角正切值和電容量進行自動測量的一種新型儀器。一般包含高壓電橋、高壓試驗電源和高壓標準電容器三部分。AI-6000利用變頻抗干擾原理，采用傅立葉變化數(shù)字波形分析技術，對標準電流和試品電流進行計算，抑制干擾能力強，測量結(jié)果準確穩(wěn)定。國內(nèi)常見高壓介質(zhì)損耗測量儀有:型號生產(chǎn)廠家性能2816Haefely高壓輸出12kV/200mA，介損誤差1%±0.0001（抗干擾方式、指標不祥，估計是移相），正反接線方式，C/L/R測量，總重量104kg。M4000DOBLE高壓輸出10kV/300mA，介損誤差1%±0.0004（變頻抗干擾，20倍），正反接線方式，C/L/R測量，筆記本+WINDOWS，45?70Hz，重量66kg。AI-6000泛華電子10kV/200mA，介損誤差1%±0.0004，變頻法45?65Hz，抗干擾2：1，正、反（含高、低壓側(cè)屏蔽）接線方式，CVT自激法，C/L/R測量，模擬西林電橋和電流比較儀電橋，試驗室介損精度達到精密電橋標準，29kg。漏…漏電流漏電流（leakagecurrent）當然要低，它的計算公式大致是:I=KXCV。漏電流I的單位是uA，K是常數(shù)，例如是0.01或0.03，每家制造廠會選擇不同的常數(shù)。但不論如何，電容器容量愈高，漏電流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，這個「漏電流」也請考慮在內(nèi)。從計算式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。■I但降低電容器的漏電流并不容易，低漏電流lowleakagecurrent-LL系列價格高昂，我曾向國內(nèi)廠商訂制一批低漏電流LL系列電容，價格比許多進口電容還貴。漏電流規(guī)格，鋁電解電容就比鉭電解電容差許多，鉭質(zhì)電容也有干式及濕式兩種，不過它的容量及耐壓都較低。1IIIHI|IMIIHIIIIII除特別定制外，面對一般品，想要降低它的漏電流可設法提高Vs對Vr的比值。Vs是涌浪電壓，其值當然比Vr額定電壓高，但施加電壓（真正的工作電壓）還應該比Vr低，例如取Vr的90%；找高耐壓品種可I中國等效串聯(lián)電阻ESR一只電容器會因其構(gòu)造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗，比較重要的就是ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感一這就是容抗的基礎。電容器提供電容量，要電阻干嘛？故ESR及ESL也要求低…低；但lowESR/lowESL通常都是高級系列。ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度…都有關，當額定電壓固定時，容量愈大ESR愈低。有人習用將多顆小電容并接成一顆大電容以降低阻抗，其理論是電阻并聯(lián)阻值降低。但若考慮電容接腳焊點的阻抗，以小并大，不見得一定會有收獲。z■反過來說，當容量固定時，選用高WV額定電壓的品種也能降低ESR；故耐壓高確實好處多多。頻率的影響：低頻時ESR高，高頻時ESR低；當然，高溫也會造成ESR的提升。||1111111111111111■串聯(lián)等效電阻ESR的單位是mQ，高級系列電容常是lowESR及l(fā)owESL。若比較低內(nèi)阻及低漏電流兩種特性，則低內(nèi)阻容易達成，故標示lowESR的電容倒很常見。ESR與損失角有關聯(lián)，ESR=tan5/（?Cs是電容量?！?^m^^^mmnii^^miiiiiiiiim^i^u有時電容器規(guī)格上會有Z，它與ESR的意義不同，但Z的計算示與ESR有關，同時也考慮到容抗及感抗，是真正的內(nèi)阻。剛才提到電容的ESR單位是mQ，那是指大電容，若是220uF小容量電容，其ESR單位就不是mQ而是Q。何種電容器的ESR最低？答案只有一個：Sanyo的OS有機半導體電容！漣波電流Irac前面談到的散逸因數(shù)DF-損失角tan5、漏電流、ESR-串聯(lián)等效電阻…等，其值都是愈低愈好，但現(xiàn)在要提的漣波電流ripplecurrent卻是愈高愈好。特別是現(xiàn)在都特別講究后級擴大機要有大電流輸出，電源平滑濾波電容器的漣波電流Irac(或Iac)就顯得格外突出。漣波電流Irac的標示至少應有低頻及高頻工作時兩種規(guī)格數(shù)字，低頻大約是以120Hz做標準，高頻大概是以10KHz做標準，但不同制造廠商可能會有略微的差別。漣波電流與頻率剛好成正比，因此低頻時漣波電流也比較低?？墒菍ξ覀円繇懨詠碚f，低頻段的Irac值才是重要。所以在采購電容器時，漣波電流數(shù)字高低是極為重要的依據(jù)。在一般狀況下，同品牌時，鎖螺絲式電容的漣波電流通常比snap-in插PC板式來得高。二、電容器主要電氣規(guī)格電容量Capacitance:一般電解電容器的電容量范圍為0.47uF-10000uF,測試頻率為120Hz.塑料薄膜電容器的電容量范圍為0.001uF-0.47uF,測試頻率為1KHz.陶瓷電容器a、T/Ctype的電容量范圍為1pF-680pF,測試頻率為1MHz.b、Hi-Ktype的電容量范圍為100pF-0.047uF,測試頻率為1KHz.c、S/Ctype的電容量范圍為0.01uF-0.33uF.電容值誤差Tolerance:一般電解電容器的電容值誤差范圍為M即+/-20%,塑料薄膜電容器為J即+/-5%或K即+/-10%,或M即+/-20%三種，陶瓷電容器a、T/Ctype為C即+/-0.25pF(10pF以下時)，或D即+/-0.5pF(10pF以下時)，或J或K四種.b、Hi-Ktype及S/Ctype為K或M或Z即+80/-20%三種.損失角即D值：一般電解電容器因為內(nèi)阻較大故D值較高，其規(guī)格視電容值高低決定，為0.1-0.24以下.塑料薄膜電容器則D值較低，視其材質(zhì)決定為0.001-0.01以下.陶瓷電容器視其材質(zhì)決定,Hi-Ktype及S/Ctype為0.025以下.T/Ctype其規(guī)格以Q值表示需高于400-1000.(Q值相當于D值的倒數(shù))溫度系數(shù)TemperatureCoefficient:即為電容量受溫度變化改變之比例值，一般僅適用于陶瓷電容器.T/Ctype其常用代號為CH或NPO即為+/-60ppm,UJ即為-750+/-120ppm,SL即為+350+/-1000ppm.Hi-Ktype(Z)及S/Ctype(Y),其常用代號為B(5P)即為+/-10%,E(5U)即為+20/-55%,F(5V)即為+30/-80%.漏電流量Leakagecurrent:此為電解電容器之特定規(guī)格，一般以電容器本身額定電壓加壓3Min后，串接電流表測試，其漏電流量需在0.01CV(uF電容量值與額定電壓相乘積)或3uA以下(取其較大數(shù)值).特定低漏電流量使用(Lowleakagetype)則其漏電流量需在0.002CV或0.4uA以下.沖擊電壓SurgeVoltage:一般以電容器本身額定電壓之1.3倍電壓加壓，需工作正常無異狀.使用溫度范圍:一般電解電容器的使用溫度范圍為-25°C至+85°C,特定高溫用或低漏電流量用者為-40°C至+105°C.塑料薄膜電容器為-40C至+85C.陶瓷電容器T/Ctype為-40C至+85C,Hi-Ktype及S/Ctype為-25C至+85C.如何選用規(guī)格適當之電容器所有被動組件中，電容器屬于種類及規(guī)格特性最復雜的組件.尤其為了配合不同電路及工作環(huán)境的需求差異，即使是相同的電容量值與額定電壓值，亦有其它不同種類及材質(zhì)特性的選擇.以電解電容器為例，由于其電容量值較大，雖然能和塑料薄膜電容器或陶瓷電容器互相區(qū)隔.實際使用上仍有下述各種特性差異：使用溫度范圍：需選定一般型-25°C至+85°C或耐高溫型-40°C至+105°C使用高度限制：傳統(tǒng)A/I標準型最低高度為11mm,迷你型為7mm,超迷你型為5mm（相當于芯片電解電容器之高度）.電容量誤差值：較高額定電壓或電容量大于100uF時，有一般型為+100/-10%或M型+/-20%.低漏電流量特性：用于某些特定電路，與充放電時間常數(shù)準確性有關時.（相當于Tantalum鉭質(zhì)電容特性）LowESR低內(nèi)阻特性：用于某些濾波電路，需配合高頻脈波大電流之濾波效果.