做好电容选型,从掌握NP0,C0G,X7R电容的特性开始

原创 zxf1809721203 2024-03-09 08:20

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做一个有温度的硬件工程师-文末有惊喜


路虽远,行则将至;事虽难,做则必成。


前言



刚做电路设计时,最开始接触的元器件也就是电阻,电容了,关于电容选型,电路小白常常关注的是电容的容值,耐压这些参数,至于电容是NP0还是X7R,则毫不关心,其实NP0,X7R,Y5V表示电容的陶瓷介质种类的代码,这些代码的来源是EIA-198-1F-2002标准,EIA-198-1F-2002可不是咱们的国标,是由美国电子工业协会(EIA)制定的国际标准。该标准规定了陶瓷电容的分类、性能、测试方法和标记方式。


电容的陶瓷介质种类



先说说陶瓷的结构,陶瓷电容之间有电介质,电介质是本身不导电,它可以在外加电场的作用下产生极化现象,也就是正负电荷分离。你可以把电介质理解成单个平行板电容器,它可以增加两个导体之间的电容。


一般来说,陶瓷电介质分为两大类——顺电介质和铁电介质。顺电陶瓷的电介质叫做 I 类电介质。它们的特点是极化和电压成正比,而且温度系数很线性。使用 I 类电介质的电容器在不同温度下都很稳定,但是它们的介电常数比较低,所以电容值也比较小。


铁电介质则具有非线性的极化-电压特性,并且会出现自发极化现象。II类、III类和IV类电介质就属于铁电介质。这类电介质的介电常数较高,可以获得更大的电容值,但温度稳定性和可靠性相对较差


I类电解质



I类电容的编码规则如下,编码中第一个字母代表电容的温度系数,单位为ppm/K,第二个数字代表温度系数的乘数,第三个字母代表电容温度系数的误差,单位为ppm/K。我们接触最多的I电介质的电容就是C0G了,当然它还有个名字叫NP0,NP0和C0G的同一等级的电容类型,NP0是IEC/EN 60384-1标准中规定的代号。

C0G的电容表示其工作温度范围是-55°C~125°C,±30ppm/°C。因此,C0G介电常数大都较低,不超过200,所以其容值一般也很小。一般我们会在晶振电路里见到它,因为此时电容在晶振电路里充当负载电容的角色,电容容值的改变会影响晶振的频率,因此我们需要此处的电容具有极高的温度稳定性。


II、III、IV类电解质



II类电介质的分解方式与I类电介质不同,根据EIA ES-198标准,根据温度范围内电容的变化,第一个字母代表电容的最低工作温度,第二个数字代表电容的最高工作温度,最后一个字母代表对应温度范围内的电容精度,

Class II的介电常数几千左右,III电容的介电常数最高可以达到20000,容值可达几百微法,但由于高介电常数介质,大多为铁电性介质,因此温度稳定性较差,因为铁电性介质在直流偏置电压下介电常数会下降。

IV类电容就不说了,基本已被淘汰,稍微有点追求的公司都不会用了。


最后划划重点吧



1. 不同材质的陶瓷电容器具有不同的温度系数,导致容值随温度变化的幅度不同。

2. 一般而言,陶瓷电容器的稳定性排序为:NPO=C0G> X7R > X5R > Y5V,其中NPO的稳定性最好。

3. 当电容器的工作温度轻微超过规格书中的使用温度时,并不会损坏电容器,只是容值会发生变化。举例来说,对于一个10微法的X7R电容器,在温度达到125摄氏度时,其容值可能会降额15%。而同样的情况下,Y5V电容器的容值可能会降额82%。

4.对于对电容容值稳定性要求较高的应用,应选择具有较小温度系数的型号,比如晶振电路。












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