तापमान और वोल्टेज से सिरेमिक कैपेसिटर के समाई को बदलना, या आपका 4.7μF संधारित्र 0.33μF में कैसे बदल जाता है

परिचय: मैं हैरान था।

कुछ साल पहले, इन चीजों के साथ काम करने के 25 से अधिक वर्षों के बाद, मैंने सिरेमिक कैपेसिटर के बारे में कुछ नया सीखा। एलईडी लैंप चालक पर काम करते समय, मैंने पाया कि मेरे सर्किट में आरसी श्रृंखला का समय गणना गणना की तरह ज्यादा नहीं दिखता है।

यह मानते हुए कि गलत घटकों को बोर्ड में मिलाया गया था, मैंने वोल्टेज को विभाजित करने वाले दो प्रतिरोधों के प्रतिरोध को मापा - वे बहुत सटीक थे। तब संधारित्र को मिलाप किया गया था - यह भी शानदार था। बस यह सुनिश्चित करने के लिए, मैंने नए प्रतिरोधों और एक संधारित्र लिया, उन्हें मापा, और वापस मिलाया। उसके बाद, मैंने सर्किट चालू किया, मुख्य संकेतकों की जांच की, और यह देखने की अपेक्षा की कि आरसी श्रृंखला के साथ मेरी समस्या हल हो गई है ... यदि केवल।

मैंने इसके प्राकृतिक वातावरण में सर्किट का परीक्षण किया: आवरण में, जो बदले में एक छत के दीपक के आवरण को अनुकरण करने के लिए स्वयं द्वारा लिपटा हुआ था। कुछ स्थानों पर घटकों का तापमान 100 .C से अधिक हो गया। सुनिश्चित करने के लिए, और अपनी मेमोरी को रीफ्रेश करने के लिए, मैंने उपयोग किए गए कैपेसिटर पर डेटाशीट को फिर से पढ़ा। इस प्रकार सिरेमिक कैपेसिटर का मेरा पुनर्विचार शुरू हुआ।

मुख्य प्रकार के सिरेमिक कैपेसिटर पर संदर्भ जानकारी।

जिन लोगों को यह याद नहीं है (जैसे लगभग हर कोई), तालिका 1 मुख्य प्रकार के कैपेसिटर की लेबलिंग और इसके अर्थ को दर्शाता है। यह तालिका दूसरे और तीसरे वर्ग के कैपेसिटर का वर्णन करती है । विवरण में गहराई से जाने के बिना, प्रथम श्रेणी के कैपेसिटर आमतौर पर C0G (NP0) जैसे ढांकता हुआ पर बनाए जाते हैं।

तालिका एक।

कम ऑपरेटिंग तापमान				(.)
	(ºC)		(ºC)		(%)
Z	+10	2	+45	A	±1.0
Y	-30	4	+65	B	±1.5
X	-55	5	+85	C	±2.2
–	–	6	+105	D	±3.3
–	–	7	+125	E	±4.7
–	–	8	+150	F	±7.5
–	–	9	+200	P	±10
–	–	–	–	R	±15
–	–	–	–	S	±22
–	–	–	–	T	+22, -33
–	–	–	–	U	+22, -56
–	–	–	–	V	+22, -82

अपने जीवन पथ पर उपरोक्त में से, मैं अक्सर X5R, X7R और Y5V जैसे कैपेसिटर के पार आया। बाहरी प्रभावों के प्रति उनकी अत्यधिक संवेदनशीलता के कारण मैंने कभी भी Y5V जैसे कैपेसिटर का उपयोग नहीं किया।

जब एक संधारित्र निर्माता एक नया उत्पाद विकसित करता है, तो वह ढांकता हुआ का चयन करता है ताकि संधारित्र का समाई एक निश्चित तापमान सीमा में कुछ सीमा से अधिक न बदले। जब मैं उपयोग करने वाले X7R कैपेसिटर को (15% (तीसरे चरित्र) से अधिक की क्षमता से नहीं बदलना चाहिए, जब तापमान -55 changesC (पहले चरित्र) से + 125ºC (दूसरा चरित्र) में बदल जाए। इसलिए या तो मुझे एक बुरा खेल मिला, या मेरी योजना में कुछ और हुआ।

सभी X7R समान नहीं बनाए गए हैं।

चूँकि मेरी RC श्रृंखला के समय में परिवर्तन क्षमता से अधिक तापमान गुणांक द्वारा समझाया जा सकता है, इसलिए मुझे गहरी खुदाई करनी पड़ी। मेरे संधारित्र की धारिता उस पर लागू वोल्टेज से कितनी दूर चली गई, यह देखकर मुझे बहुत आश्चर्य हुआ। परिणाम अंकित मूल्य से बहुत दूर था जिसे मिलाप किया गया था। मैंने 12V सर्किट में काम करने के लिए 16V कैपेसिटर लिया। डेटशीट ने कहा कि मेरे 4.7 माइक्रोफ़ारड ऐसी परिस्थितियों में 1.5 माइक्रोफ़ारड में परिवर्तित हो जाते हैं। इसने मेरी समस्या बताई।

डेटशीट ने यह भी कहा कि यदि आप केवल 0805 से 1206 तक आकार में वृद्धि करते हैं, तो समान परिस्थितियों में परिणामी धारिता पहले से ही 3.4 माइक्रोफ़ारड होगी! इस पल को करीब से देखने की जरूरत थी।

मैंने पाया कि मुराता® और टीडीके® साइटों के पास विभिन्न परिस्थितियों में संधारित्र समाई की साजिश रचने के लिए अच्छे उपकरण हैं। मैंने विभिन्न आकारों और रेटेड वोल्टेज के लिए उनके माध्यम से 4.7 माइक्रोफ़ारड सिरेमिक कैपेसिटर चलाए। पर चित्रा 1 से पता चलता है रेखांकन Murata का निर्माण किया। कैपेसिटर X5R और X7R को 6.3 से 25V तक वोल्टेज के लिए 0603 से 1812 के आकार में लिया गया था।

चित्र 1. चयनित कैपेसिटर के लिए लागू वोल्टेज के आधार पर समाई में परिवर्तन।


कृपया ध्यान दें कि सबसे पहले, आकार में वृद्धि के साथ, लागू वोल्टेज के आधार पर क्षमता में परिवर्तन कम हो जाता है, और इसके विपरीत।

दूसरा दिलचस्प बिंदु यह है कि ढांकता हुआ और आकार के विपरीत, रेटेड वोल्टेज कुछ भी प्रभावित नहीं करता है। मैं एक 12V वोल्टेज पर 25V कैपेसिटर की उम्मीद करूंगा कि एक ही वोल्टेज में 16V कैपेसिटर से कम इसकी क्षमता को बदल दिया जाए। फ्रेम आकार 1206 के X5R के लिए ग्राफ को देखते हुए, हम देखते हैं कि 6.3V संधारित्र वास्तव में उच्च रेटेड वोल्टेज पर अपने रिश्तेदारों से बेहतर व्यवहार करता है।

यदि हम कैपेसिटर की एक विस्तृत श्रृंखला लेते हैं, तो हम देखेंगे कि यह व्यवहार समग्र रूप से सभी सिरेमिक कैपेसिटर की विशेषता है।

तीसरा अवलोकन यह है कि समान आकार वाले X7R में X5R की तुलना में वोल्टेज परिवर्तनों के प्रति संवेदनशीलता कम है। मुझे नहीं पता कि यह नियम कितना सार्वभौमिक है, लेकिन मेरे मामले में यह है।

रेखांकन के डेटा का उपयोग करना, बनानातालिका 2 , यह दिखाता है कि X7R कैपेसिटर का समाई 12V में कितना घट जाता है।

तालिका 2. 12V के वोल्टेज पर विभिन्न आकारों के X7R कैपेसिटर के समाई को कम करना।

आकार	समाई, माइक्रोफैराड	अंकित मूल्य का%
0805	1,53	32.6
1206	3.43	73.0
1210	4.16	88.5
1812	4.18	88.9
अंकित मूल्य	4.7	100

हम स्थिति में एक स्थिर सुधार देखते हैं क्योंकि जब तक हम आकार 1210 तक नहीं पहुंचते तब तक मामले का आकार बढ़ जाता है। मामले में और वृद्धि अब कोई मतलब नहीं है।

मेरे मामले में, मैंने सबसे छोटा संभव घटक आकार चुना, क्योंकि यह पैरामीटर मेरी परियोजना के लिए महत्वपूर्ण था। मेरी अज्ञानता में, मेरा मानना ​​था कि कोई भी X7R संधारित्र एक ही ढांकता हुआ के साथ-साथ एक और काम करेगा - और गलत था। आरसी-चेन को सही तरीके से काम करने के लिए, मुझे उसी रेटिंग का कैपेसिटर लेना था, लेकिन एक बड़े मामले में।

सही संधारित्र चुनना

मैं वास्तव में आकार 1210 के कैपेसिटर का उपयोग नहीं करना चाहता था। सौभाग्य से, मुझे प्रतिरोधों के प्रतिरोध को पांच गुना तक बढ़ाने का अवसर मिला, जबकि कैपेसिटेंस को 1uF तक कम करना। चित्रा 2 में रेखांकन 16V पर अपने समकक्ष X7R 4.7 μF की तुलना में 16V पर 1 μF के विभिन्न X7R कैपेसिटर के व्यवहार को दर्शाता है।

चित्रा 2. 1uF और 4.7uF पर विभिन्न कैपेसिटर का व्यवहार।


कैपेसिटर 0603 1uF 0805 4.7uF के समान व्यवहार करता है। एक साथ, 0805 और 1206 प्रति 1 माइक्रोफ़ारड फ्रेम आकार 1210 के 4.7 माइक्रोफ़ारड से बेहतर लगता है। 0805 पैकेज में 1 माइक्रोफ़ारड संधारित्र का उपयोग करके, मैं घटकों के आकार के लिए आवश्यकताओं को बनाए रख सकता हूं, जबकि उसी समय मुझे प्रारंभिक कैपेसिटेंस का 85% मिला, और 30% के रूप में नहीं। पहले था।

लेकिन वह सब नहीं है। मैं बहुत हैरान था, क्योंकि मैंने सोचा था कि सभी X7R कैपेसिटरवोल्टेज से धारिता बदलने के लिए समान गुणांक होना चाहिए , क्योंकि सभी एक ही ढांकता हुआ पर बने होते हैं - अर्थात्, X7R। मैंने एक सहयोगी से संपर्क किया - सिरेमिक कैपेसिटर ^{1 का} विशेषज्ञ । उन्होंने बताया कि ऐसी कई सामग्रियां हैं जो "X7R" के रूप में योग्य हैं। वास्तव में, कोई भी सामग्री जो घटक को -55 toC से + 125ºC तक के तापमान में कार्य करने की अनुमति देती है, जिसमें 15% से अधिक नहीं की विशेषताओं में बदलाव के साथ "X7R" कहा जा सकता है। उन्होंने यह भी कहा कि X7R या किसी अन्य प्रकार के लिए वोल्टेज से कैपेसिटेंस के परिवर्तन के गुणांक के लिए कोई विनिर्देश नहीं हैं।

यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण बिंदु है, और मैं इसे दोहराऊंगा। निर्माता कैपेसिटर X7R (या X5R, या कुछ और) को तब तक कॉल कर सकता है जब तक यह क्षमता के तापमान गुणांक के लिए सहिष्णुता को पूरा करता है। चाहे इसका वोल्टेज गुणांक कितना ही खराब क्यों न हो।

एक विकास इंजीनियर के लिए, यह तथ्य केवल पुराने मज़ाक को ताज़ा करता है - "कोई भी अनुभवी इंजीनियर जानता है: डेटाशीट पढ़ें!"

निर्माता तेजी से छोटे घटकों को जारी कर रहे हैं, और समझौता सामग्री लेने के लिए मजबूर हैं। आवश्यक कैपेसिटिव-आयामी संकेतक प्रदान करने के लिए, उन्हें वोल्टेज गुणांक को नीचा दिखाना होगा। बेशक, अधिक सम्मानित निर्माता इस समझौते के प्रतिकूल प्रभावों को कम करने के लिए हर संभव प्रयास कर रहे हैं।

Y5V के प्रकार के बारे में क्या है कि मैं तुरंत गिरा दिया? सिर में एक जांच के लिए, आइए एक पारंपरिक Y5V संधारित्र देखें। मैं इन कैपेसिटर के किसी भी विशिष्ट निर्माता को उजागर नहीं करूंगा - सभी समान हैं। हम 0603 पैकेज में प्रति 6.3V में 4.7 माइक्रोफ़ारड्स का चयन करते हैं, और इसके मापदंडों को + 85 voltageC के तापमान और 5V के वोल्टेज पर देखते हैं। नाममात्र या 0.33uF की तुलना में विशिष्ट क्षमता 92.3% कम है। यह सच है। इस संधारित्र में 5V संलग्न करके, हमें नाममात्र की तुलना में 14 गुना की समाई में एक बूंद मिलती है।

+ 85ºC के तापमान और 0V के वोल्टेज पर, समाई 68.14% तक घट जाती है, 4.7 μF से 1.5 μF तक। यह माना जा सकता है कि 5 वी लगाने से हमें समाई में और कमी आती है - 0.33 μF से 0.11 μF तक। सौभाग्य से, ये प्रभाव संयुक्त नहीं हैं। कमरे के तापमान पर 5V में समाई में कमी + 85 .C की तुलना में बहुत खराब है।

स्पष्टता के लिए, इस मामले में, 0 V के वोल्टेज पर, धारिता 4.7 μF से 1.5 μF + 85 atC पर गिरती है, जबकि 5 V के वोल्टेज पर, कमरे के तापमान पर 0.33 μF से + 85 ° C पर 0.39 μF तक समाई बढ़ जाती है। यह आपको उन घटकों के सभी विनिर्देशों की सावधानीपूर्वक जांच करने के लिए आश्वस्त करता है, जिनका आप उपयोग करते हैं।

निष्कर्ष

इस पाठ के परिणामस्वरूप, मैं अब सहकर्मियों या आपूर्तिकर्ताओं को केवल X7R या X5R प्रकार नहीं बताता हूं। इसके बजाय, मैं विशिष्ट आपूर्तिकर्ताओं के विशिष्ट बैचों को इंगित करता हूं जिन्हें मैंने खुद परीक्षण किया है। मैं ग्राहकों को उत्पादन के लिए वैकल्पिक आपूर्तिकर्ताओं पर विचार करने के लिए विनिर्देशों की दोबारा जांच करने की चेतावनी देता हूं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे इन समस्याओं में न चलें।

इस पूरी कहानी से मुख्य निष्कर्ष, जैसा कि आपने शायद अनुमान लगाया है, यह है: "डेटाशीट पढ़ें!"। हमेशा है। बिना किसी अपवाद के। यदि डेटाशीट में पर्याप्त जानकारी नहीं है, तो अधिक डेटा का अनुरोध करें। याद रखें कि सिरेमिक कैपेसिटर के पदनाम X7V, Y5V, आदि हैं। उनके वोल्टेज गुणांक के बारे में बिल्कुल कुछ भी नहीं। इंजीनियर्स को यह जानने के लिए डेटा को डबल-चेक करना होगा कि वास्तव में यह जानने के लिए कि कैपेसिटर का उपयोग वास्तविक परिस्थितियों में कैसे किया जाएगा। सामान्य तौर पर, ध्यान रखें, छोटे और छोटे आयामों के लिए हमारी पागल दौड़ में, यह हर दिन एक तेजी से महत्वपूर्ण क्षण बन रहा है।

लेखक के बारे में

मार्क फोर्टुनैटो ने अपने जीवन का अधिकांश समय सही समय पर सही जगह पर रहने के लिए इन खराब इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने की कोशिश में बिताया। उन्होंने विभिन्न चीजों पर काम किया - भाषण मान्यता प्रणालियों और माइक्रोवेव उपकरणों से, एलईडी लैंप तक (जो सही ढंग से विनियमित होते हैं, आप पर!)। उन्होंने पिछले 16 वर्षों में ग्राहकों को उनके अनुरूप सर्किट को बनाने में मदद की। श्री Fortunato अब मैक्सिम इंटीग्रेटेड कम्युनिकेशंस एंड ऑटोमोटिव सॉल्यूशंस के एक अग्रणी विशेषज्ञ हैं। जब वह इलेक्ट्रॉनों को नहीं पकड़ता है, तो मार्क को युवा लोगों को प्रशिक्षित करना, पत्रकारिता पढ़ना, अपने सबसे छोटे बेटे को लैक्रोस देखना और बड़े बेटे को संगीत खेलना पसंद है। सामान्य तौर पर, वह सद्भाव में रहना चाहता है। मार्क को इस बात का बहुत अफ़सोस है कि वह अब जिम विलियम्स या बॉब पीज़ से नहीं मिलेंगे।

फुटनोट

¹ लेखक क्रिस बर्कट, टीडीके एप्लीकेशन इंजीनियर को "यहाँ क्या चल रहा है" के स्पष्टीकरण के लिए धन्यवाद देना चाहेंगे।

मुराता मुरता मैन्युफैक्चरिंग कं, लिमिटेड का एक पंजीकृत ट्रेडमार्क है।

TDK एक पंजीकृत सेवा चिह्न और TDK Corporation का पंजीकृत ट्रेडमार्क है।

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PS श्रमिकों के अनुरोध पर - विभिन्न आकारों के कैपेसिटर की तुलनात्मक तस्वीर। 5 मिमी मेष पिच।

Source: https://habr.com/ru/post/hi384833/