1、前言
电子元器件之一电容种类繁多,而陶瓷电容是用得最多种类,没有之一,因此硬件工程师必须熟练的掌握其特性。
作为一个工作多年的硬件工程师,笔者结合自身经验,通过查阅各种资料,针对硬件设计需要掌握的重点及难点,总结了此文档。通过写文档,目的是能够使自己的知识更具有系统性,温故而知新,同时也希望对读者有所帮助,大家一起学习和进步。
2、电容的定义
2.1电容的本质
两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质,这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时,电容器就会储存电荷。
2.2电容量的大小
电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。电容器的电容量的基本单位是法拉(F)。在电路图中通常用字母C表示电容元件。
电容量的大小公式:
Er:两极板间介质的介电常数
S:两极板间的正对面积
k:静电常数,等于k=8.987551×10^9N·m^2/C^2
d:两极板间的距离
化简后的公式是:
想使电容容量大,有三种方法:
①使用介电常数高的介质
②增大极板间的面积
③减小极板间的距离。
3、MLCC陶瓷电容物理结构
MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。
可以看到,内部电极通过一层层叠起来,来增大电容两极板的面积,从而增大电容量。
陶瓷介质即为内部填充介质,不同的介质做成的电容器的特性不同,有容量大的,有温度特性好的,有频率特性好的等等,这也是为什么陶瓷电容有这么多种类的原因。
4、陶瓷电容的基本参数
4.1电容的单位
电容的基本单位是:F(法),此外还有μF(微法)、nF、pF(皮法),由于电容F的容量非常大,所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位,而不是F的单位。
它们之间的具体换算如下:
1F=1000000μF
1μF=1000nF=1000 000pF
4.2电容容量
常用陶瓷电容容量范围:0.5pF~100uF。
实际生产的电容的陶瓷容量值也是离散的,常用电容容量如下表:
陶瓷电容容量从0.5pF起步,可以做到100uF,并且根据电容封装(尺寸)的不同,容量也会不同。
选购电容器不能一味的选择大容量,选择合适的才是正确的,例如0402电容可以做到10uF/10V,0805的电容可以做到47uF/10V,但是为了好采购、成本低,一般都不会顶格选电容。
一般推荐0402选4.7uF-6.3V,0603选22uF/6.3,0805选47uF/6.3V,其它更高耐压需要对应降低容量。
满足要求的情况下,选择主要就看是否常用,价格是否低廉。
4.3额定电压
陶瓷电容常见的额定电压有:2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、450V、500V、630V、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV等等。
4.4电容类型
同介质种类由于它的主要极化类型不一样,其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。在相同的体积下的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。介质材料划按容量的温度稳定性可以分为两类,即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器, NPO属于Ⅰ类陶瓷,而其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U等都属于Ⅱ类陶瓷。
MLCC陶瓷电容主要分为2大类:高节介电常数型和温度补偿型
国内:风华FH、宇阳科技EYANG、信昌电陶PSA、三环CCTC等等。村田muRata、松下PANASONIC、三星SAMSUNG、太诱TAIYO YUDEN、TDK、威世VISHAY、国巨YAGEO等等。4.5