Pendahuluan: Saya bingung.
Beberapa tahun yang lalu, setelah lebih dari 25 tahun bekerja dengan hal-hal ini, saya belajar sesuatu yang baru tentang kapasitor keramik. Saat bekerja pada driver lampu LED, saya menemukan bahwa konstanta waktu rantai RC di sirkuit saya tidak banyak seperti yang dihitung.Dengan asumsi bahwa komponen yang salah disolder ke papan, saya mengukur resistansi dari dua resistor yang membentuk pembagi tegangan - mereka sangat akurat. Kemudian kapasitor disolder - itu juga luar biasa. Hanya untuk memastikan, saya mengambil resistor dan kapasitor baru, mengukurnya, dan disolder kembali. Setelah itu, saya menyalakan sirkuit, memeriksa indikator utama, dan berharap untuk melihat bahwa masalah saya dengan rantai RC terpecahkan ... Kalau saja.Saya menguji sirkuit di lingkungan alaminya: di casing, yang pada gilirannya diselubung dengan sendirinya untuk mensimulasikan casing lampu langit-langit. Suhu komponen di beberapa tempat mencapai lebih dari 100ºC. Yang pasti, dan untuk menyegarkan ingatan saya, saya membaca kembali lembar data pada kapasitor yang digunakan. Maka mulailah saya memikirkan kembali kapasitor keramik.Informasi referensi tentang jenis utama kapasitor keramik.Bagi mereka yang tidak mengingat ini (seperti hampir semua orang), tabel 1 menunjukkan label jenis utama kapasitor dan artinya. Tabel ini menjelaskan kapasitor dari kelas kedua dan ketiga . Tanpa merinci lebih lanjut, kapasitor kelas satu biasanya dibuat pada dielektrik seperti C0G (NP0).Tabel 1.| Suhu operasi lebih rendah | | (.) |
|---|
| (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 |
Dari yang di atas di jalur hidup saya, saya paling sering menemukan kapasitor seperti X5R, X7R dan Y5V. Saya tidak pernah menggunakan kapasitor seperti Y5V karena sensitivitasnya yang sangat tinggi terhadap pengaruh eksternal.Ketika produsen kapasitor mengembangkan produk baru, ia memilih dielektrik sehingga kapasitansi kapasitor berubah tidak lebih dari batas-batas tertentu dalam kisaran suhu tertentu. Kapasitor X7R yang saya gunakan tidak boleh mengubah kapasitasnya lebih dari ± 15% (karakter ketiga) ketika suhu berubah dari -55ºC (karakter pertama) menjadi + 125ºC (karakter kedua). Jadi entah saya mendapat permainan yang buruk, atau sesuatu yang lain terjadi dalam skema saya.Tidak semua X7R dibuat sama.
Karena perubahan konstanta waktu rantai RC saya jauh lebih besar daripada yang bisa dijelaskan oleh koefisien suhu kapasitas, saya harus menggali lebih dalam. Melihat seberapa besar kapasitansi kapasitor saya berenang menjauh dari tegangan yang diberikan padanya, saya sangat terkejut. Hasilnya sangat jauh dari nilai nominal yang disolder. Saya mengambil kapasitor 16V untuk bekerja di sirkuit 12V. Datashit mengatakan bahwa 4,7 mikrofarad saya dikonversi menjadi 1,5 mikrofarad dalam kondisi seperti itu. Ini menjelaskan masalah saya.Datashit juga mengatakan bahwa jika Anda hanya meningkatkan ukuran dari 0805 menjadi 1206, maka kapasitansi yang dihasilkan dalam kondisi yang sama akan menjadi 3,4 mikrofarad! Momen ini membutuhkan pandangan yang lebih dekat.Saya menemukan bahwa situs Murata® dan TDK® memiliki alat keren untuk merencanakan kapasitansi kapasitor versus berbagai kondisi. Saya menjalankan 4,7 mikrofarad kapasitor keramik melalui mereka untuk ukuran dan tegangan yang berbeda. Pada Gambar 1 menunjukkan grafik yang dibangun Murata. Kapasitor X5R dan X7R diambil dalam ukuran dari 0603 hingga 1812 untuk tegangan dari 6.3 hingga 25V.Gambar 1. Perubahan kapasitansi tergantung pada voltase yang diberikan untuk kapasitor yang dipilih.
Harap dicatat bahwa pertama-tama, dengan peningkatan ukuran, perubahan kapasitas berkurang tergantung pada voltase yang diberikan, dan sebaliknya.Poin menarik kedua adalah bahwa, tidak seperti jenis dielektrik dan ukuran, tegangan pengenal tampaknya tidak mempengaruhi apa pun. Saya harapkan kapasitor 25V pada tegangan 12V untuk mengubah kapasitasnya kurang dari kapasitor 16V pada tegangan yang sama. Melihat grafik untuk X5R dari ukuran bingkai 1206, kita melihat bahwa kapasitor 6.3V sebenarnya berperilaku lebih baik daripada kerabatnya pada tegangan pengenal yang lebih tinggi.Jika kita mengambil kapasitor yang lebih luas, kita akan melihat bahwa perilaku ini adalah karakteristik dari semua kapasitor keramik secara keseluruhan.Pengamatan ketiga adalah bahwa X7R dengan ukuran yang sama memiliki sensitivitas kurang terhadap perubahan tegangan daripada X5R. Saya tidak tahu seberapa universal aturan ini, tetapi dalam kasus saya itu.Menggunakan data grafik, kami membuatTabel 2 , menunjukkan seberapa besar kapasitansi kapasitor X7R berkurang pada 12V.Tabel 2. Mengurangi kapasitansi kapasitor X7R dengan berbagai ukuran pada tegangan 12V.| Ukuran | Kapasitansi, mikrofarad | % dari nilai nominal |
|---|
| 0805 | 1,53 | 32.6 |
| 1206 | 3.43 | 73.0 |
| 1210 | 4.16 | 88.5 |
| 1812 | 4.18 | 88.9 |
| Nilai nominal | 4.7 | 100 |
Kami melihat peningkatan yang stabil dalam situasi saat ukuran case meningkat hingga mencapai ukuran 1210. Peningkatan lebih lanjut dalam case tidak lagi masuk akal.Dalam kasus saya, saya memilih ukuran komponen sekecil mungkin, karena parameter ini sangat penting untuk proyek saya. Dalam ketidaktahuan saya, saya percaya bahwa setiap kapasitor X7R akan bekerja sama baiknya dengan yang lain dengan dielektrik yang sama - dan itu salah. Agar rantai RC bekerja dengan benar, saya harus mengambil kapasitor dengan peringkat yang sama, tetapi dalam kasus yang lebih besar.1210. , , 1.
2 X7R 1 16 X7R 4,7 16.
2. 1 4,7.
0603 1 , 0805 4,7. 0805 1206 1 , 4,7 1210. 1 0805 , 85% , 30%, .
. , X7R
harus memiliki koefisien yang sama untuk mengubah kapasitansi dari tegangan, karena semua dibuat pada dielektrik yang sama - yaitu, X7R. Saya menghubungi seorang kolega - spesialis kapasitor keramik 1 . Dia menjelaskan bahwa ada banyak bahan yang memenuhi syarat sebagai "X7R". Bahkan, bahan apa pun yang memungkinkan komponen berfungsi dalam kisaran suhu dari -55ºC hingga + 125ºC dengan perubahan karakteristik tidak lebih dari ± 15% dapat disebut "X7R". Dia juga mengatakan bahwa tidak ada spesifikasi untuk koefisien perubahan kapasitansi dari tegangan untuk X7R atau tipe lainnya.Ini adalah poin yang sangat penting, dan saya akan mengulanginya. Pabrikan dapat memanggil kapasitor X7R (atau X5R, atau yang lainnya) selama memenuhi toleransi untuk koefisien suhu kapasitas. Terlepas dari seberapa buruk koefisien tegangannya.Untuk seorang insinyur pengembangan, fakta ini hanya menyegarkan lelucon lama - “setiap insinyur berpengalaman tahu: baca datasheet!”Pabrikan melepaskan komponen yang semakin kecil, dan terpaksa mencari bahan kompromi. Untuk memberikan indikator dimensi kapasitif yang diperlukan, mereka harus menurunkan koefisien tegangan. Tentu saja, produsen yang lebih terkemuka melakukan segala yang mungkin untuk meminimalkan efek buruk dari kompromi ini.Bagaimana dengan tipe Y5V yang langsung saya jatuhkan? Untuk pemeriksaan di kepala, mari kita lihat kapasitor Y5V konvensional. Saya tidak akan menyoroti produsen spesifik dari kapasitor ini - semuanya hampir sama. Kami memilih 4,7 mikrofarad per 6,3V dalam paket 0603, dan melihat parameternya pada suhu + 85ºC dan tegangan 5V. Kapasitas tipikal adalah 92,3% lebih rendah dari nominal, atau 0,33 uF. Ini benar. Dengan melampirkan 5V ke kapasitor ini, kami mendapatkan penurunan kapasitansi 14 kali dibandingkan dengan nominal.Pada suhu + 85ºC dan tegangan 0V, kapasitansi berkurang 68,14%, dari 4,7 μF menjadi 1,5 μF. Dapat diasumsikan bahwa dengan menerapkan 5V kita mendapatkan penurunan lebih lanjut dalam kapasitansi - dari 0,33 μF menjadi 0,11 μF. Untungnya, efek-efek ini tidak digabungkan. Penurunan kapasitansi pada 5V pada suhu kamar jauh lebih buruk daripada pada + 85ºC.Untuk kejelasan, dalam hal ini, pada tegangan 0 V, kapasitansi turun dari 4,7 μF menjadi 1,5 μF pada + 85ºC, sedangkan pada tegangan 5 V, kapasitansi meningkat dari 0,33 μF pada suhu kamar, menjadi 0,39 μF pada + 85 ° C. Ini akan meyakinkan Anda untuk benar-benar memeriksa semua spesifikasi komponen yang Anda gunakan.Kesimpulan
Sebagai hasil dari pelajaran ini, saya tidak lagi hanya menunjukkan tipe X7R atau X5R kepada kolega atau pemasok. Sebagai gantinya, saya menunjukkan sejumlah pemasok tertentu yang telah saya uji sendiri. Saya juga memperingatkan pelanggan untuk memeriksa spesifikasi ketika mempertimbangkan pemasok alternatif untuk produksi untuk memastikan bahwa mereka tidak mengalami masalah ini.Kesimpulan utama dari keseluruhan cerita ini, seperti yang mungkin Anda duga, adalah: "baca lembar data!". Selalu. Tanpa pengecualian. Minta lebih banyak data jika lembar data tidak berisi informasi yang cukup. Ingat bahwa sebutan kapasitor keramik adalah X7V, Y5V, dll. sama sekali tidak mengatakan tentang koefisien tegangan mereka. Insinyur harus memeriksa ulang data untuk mengetahui, untuk benar-benar mengetahui bagaimana kapasitor yang digunakan akan berperilaku dalam kondisi nyata. Secara umum, perlu diingat, dalam perlombaan gila kita untuk dimensi yang lebih kecil dan lebih kecil, ini menjadi momen yang semakin penting setiap hari.tentang Penulis
Mark Fortunato menghabiskan sebagian besar hidupnya dengan berusaha agar elektron-elektron jahat ini berada di tempat yang tepat pada waktu yang tepat. Dia mengerjakan berbagai hal - mulai dari sistem pengenalan suara dan peralatan gelombang mikro, hingga lampu LED (yang diatur dengan benar, ingat!). Dia menghabiskan 16 tahun terakhir membantu pelanggan menjinakkan sirkuit analog mereka. Mr. Fortunato sekarang menjadi spesialis terkemuka di Maxim Integrated Communications dan Automotive Solutions. Ketika dia tidak merumput elektron, Mark suka melatih orang-orang muda, membaca jurnalisme, menonton putra bungsunya bermain lacrosse, dan putra tertua memainkan musik. Secara umum, ia berusaha hidup harmonis. Mark sangat menyesal tidak akan bertemu lagi dengan Jim Williams atau Bob Pease.Catatan kaki
1 Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Chris Burkett, Insinyur Aplikasi TDK untuk penjelasannya tentang "apa yang sedang terjadi di sini."Murata adalah merek dagang terdaftar dari Murata Manufacturing Co., Ltd.TDK adalah merek layanan terdaftar dan merek dagang terdaftar dari TDK Corporation.
PS Atas permintaan pekerja - foto perbandingan kapasitor dengan berbagai ukuran. 5mm jala pitch.