Как подобрать керамический конденсатор по диэлектрику и напряжению

Керамический конденсатор выбирается не по ёмкости и типоразмеру, а по совокупности трёх величин: классу диэлектрика, номинальному напряжению и фактической ёмкости в рабочей точке. Конденсатор на 10 мкФ и 16 В в корпусе 0805 при напряжении 12 В может сохранить менее трети заявленной ёмкости — и схема, рассчитанная по паспортной цифре, работает не так, как задумано.

Разберём, чем различаются классы диэлектриков, как ёмкость зависит от напряжения и температуры, где керамика не подходит и какие данные нужны для подбора. Позиции лежат в разделах керамических конденсаторов и конденсаторов целиком.

Классы диэлектриков и что они означают

• C0G (NP0). Первый класс. Ёмкость практически не зависит от температуры и напряжения, отклонение по температуре — единицы миллионных долей на градус. Применяется в частотозадающих цепях, фильтрах, времязадающих схемах. Ограничение — небольшие достижимые ёмкости при разумном типоразмере.
• X7R. Второй класс. Отклонение ёмкости в диапазоне от −55 до +125 °C — в пределах ±15 %. Универсальный вариант для развязки по питанию и фильтрации там, где точность ёмкости не критична.
• X5R. Тот же допуск ±15 %, но верхняя граница диапазона +85 °C. Позволяет получить большую ёмкость в том же корпусе, поэтому применяется в развязке питания потребительской и офисной аппаратуры.
• Y5V и Z5U. Максимальная ёмкость на корпус при очень широком допуске: отклонение достигает −82 % на границах диапазона. Допустимо только там, где ёмкость нужна «не менее» и её падение ни на что не влияет.
• X7S и X7T. Промежуточные классы: шире допуск, чем у X7R, но сохраняется верхняя граница +125 °C. Применяются там, где нужен и температурный диапазон, и большая ёмкость.

Буквы в обозначении читаются так: первая — нижняя граница температуры, вторая — верхняя, третья — допустимое отклонение ёмкости в этом диапазоне. Отсюда видно, что X5R и X7R различаются только верхней границей, а Y5V отличается от них допуском.

Сравнение классов по применению

Падение ёмкости под напряжением

У конденсаторов второго класса ёмкость уменьшается при приложении постоянного напряжения. Эффект тем сильнее, чем меньше корпус и чем ближе рабочее напряжение к номинальному.

• Правило подбора простое: номинальное напряжение берётся с запасом не менее двукратного к рабочему, а для ответственных цепей — трёхкратного.
• Один и тот же номинал в корпусе большего размера сохраняет ёмкость лучше. Если место на плате позволяет, переход с 0603 на 0805 даёт больший выигрыш, чем смена производителя.
• Фактическая ёмкость при рабочем напряжении смотрится по графику производителя, а не по номиналу на упаковке.
• В цепях развязки питания микросхем управления питанием и преобразователей занижение ёмкости приводит к росту пульсаций и к неустойчивой работе обратной связи.
• Дополнительно ёмкость снижается со временем — эффект старения диэлектрика второго класса; он учитывается запасом при расчёте.

Где керамика не подходит

• Большие ёмкости на низкой частоте. Там, где нужны сотни и тысячи микрофарад, применяются электролитические и полимерные конденсаторы.
• Цепи с большим размахом переменного напряжения. Керамика второго класса обладает пьезоэффектом: корпус механически деформируется и издаёт слышимый звук, а плата передаёт вибрацию дальше.
• Места, подверженные изгибу платы. Керамический корпус трескается при деформации; применяются исполнения с гибкими выводами или с мягким слоем под контактами.
• Защита от импульсных перенапряжений. Эту задачу решают защитные диоды и варисторы, а не конденсаторы.
• Подавление помех по частоте. Для подавления высокочастотных помех в линии эффективнее ферритовые фильтры и дроссели в связке с конденсатором, чем увеличение ёмкости.

Что учитывается при закупке партии

• Класс диэлектрика и номинальное напряжение указываются в заявке обязательно: по одной только ёмкости и типоразмеру подбирается позиция, которая в схеме работать не будет.
• Допуск по ёмкости проверяется отдельно от температурного класса — это разные характеристики.
• Исполнение по выводам: стандартное, с мягким слоем или с гибкими выводами.
• Условия хранения и требования к влагочувствительности для компонентов в лентах.
• Совместимость по профилю пайки с остальными микросхемами платы.
• Запас на серию: конденсаторы относятся к позициям, где дефицит одного номинала останавливает выпуск изделия целиком.

Частые вопросы

Чем X5R отличается от X7R? Только верхней границей рабочей температуры: +85 °C против +125 °C. Допуск по ёмкости у обоих ±15 %. Для аппаратуры, работающей в цехе или на улице, берут X7R.

Можно ли заменить C0G на X7R той же ёмкости? В развязке питания — можно. В частотозадающей или времязадающей цепи — нет: уход ёмкости от температуры и напряжения изменит параметры схемы.

Какой запас по напряжению закладывать? Не менее двукратного к рабочему для цепей второго класса, трёхкратный — для ответственных узлов и для корпусов малого размера, где падение ёмкости сильнее.

Почему плата издаёт писк? Это пьезоэффект керамики второго класса при переменной составляющей напряжения. Решается сменой класса диэлектрика, типоразмера, расположением на плате или исполнением с мягким слоем под контактами.

Что указывать в заявке на подбор? Ёмкость, номинальное напряжение, класс диэлектрика, допуск, типоразмер и рабочее напряжение в схеме. Последнее позволяет проверить, останется ли нужная ёмкость в рабочей точке.

Что мы делаем

Подбираем конденсаторы по классу диэлектрика, напряжению и фактической ёмкости в рабочей точке, а не по номиналу на упаковке, предлагаем замену при дефиците номинала с сохранением параметров схемы, комплектуем партию сопутствующими позициями — резисторами, дросселями, элементами защиты — и поставляем компоненты из Китая с проверкой маркировки при приёмке.

Пришлите перечень позиций с рабочими напряжениями и требуемыми объёмами на micro@tkasiatorg.ru — подберём номиналы и классы под вашу схему, предложим аналоги по дефицитным позициям и дадим предложение с ценами и сроками поставки.