陶瓷电容器的介质类别及注意事项

温度系数指温度变化时,电子元件特定物理量的相对变化,单位为ppm/°c,最常见的是电阻温度系数(temperature coefficient of resistance,tcr)和电容温度系数(temperature character of capacitor,tcc)。前者较直观,如mcr01s电阻器的tcr在-55~+155温度范围内为±400ppm/°c,这容易理解。
bom 表分析中的mlcc  
mlcc电容器的温度特性有些繁杂,常以c0g、x5r、x7r、x7t、x8r、x6s、y5v、z5u等字母组合表示。这些代码由美国电工协会(eia)标准确定,分别代表了不同温度特性的电容器类别。
陶瓷电容器类别 根据电容器使用的陶瓷介质不同,eia-198标准把陶瓷电容器分为两类,i类陶瓷电容器、ii类陶瓷电容器。
i类陶瓷电容器 i类陶瓷电容器采用eia i类材料——c0g(np0)电介质,这是一种添加有铷、钐和一些其它稀有氧化物的高性能陶瓷材料。
这种陶瓷的电容器电气性能最稳定,容量较基准值变化往往远小于1pf,基本上不随温度、电压、时间的改变,属超稳定型、低损耗电容材料类型,适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。
i类陶瓷电容器的温度特性  
eia标准采用“字母+数字+字母”代码表示ⅰ类陶瓷温度系数(tcc)。比如常见的c0g陶瓷电容器的意义是:
c:表示电容温度系数的有效数字为0ppm/℃;
0:表示有效数字的倍乘因数为-1(即10的0次方);
g:表示随温度变化的容差为±30ppm。
ⅰ类陶瓷电容器的温度特性代码
这样,c0g电容器的温度系数(tcc)为:0×(-1)ppm/℃±30ppm/℃。而相应的其他ⅰ类陶瓷的温度系数,例如u2j电容tcc为:-750 ppm/℃±120 ppm/℃。
ii类陶瓷电容器 ii类陶瓷电容器采用eia ii类温度稳定型电介质。这些电介质包括x5r、x7r、x8r、x6s、y5v、z5u等,其主体材料均是钛酸钡,只是添加的贵金属不一样。
ii类陶瓷电容器的温度特性代码
例如,x7r是一种强电介质,比容量较c0g大。这种电容器性能较稳定,随温度、电压时间的改变,其特有的性能变化并不显著,属稳定电容材料类型,使用在隔直、耦合、旁路、滤波及可靠性要求较高的中高频电路中。
y5v材料具有较高的介电常数,常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。这种电容器的容量稳定性较x7r差,容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感,主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。
ⅱ类陶瓷电容器又分为稳定级和可用级。x5r、x7r属于ⅱ类稳定级陶瓷电容器,而y5v和z5u属于可用级。
ⅱ类陶瓷电容器的温度系数(tcc)也按照eia标准以“字母+数字+字母”代码表示,例如x5r、x7r、y5v、z5u。以x7r为例:
x:代表电容工作温度下限为-55℃;
7:代表电容工作温度上限为+125℃;
r:代表容值随温度的变化为±15%。
同样,y5v正常工作温度范围在-30℃~+85℃, 对应的电容容量变化为+22~82%;而z5u 正常工作温度范围在+10℃~+85℃,对应的电容容量变化为+22~-56%。
mlcc的温度特性
注意事项
c0g电容器性能最高,可用到几十mhz,但频率再高的话q值急剧下降并由电容器变为感性元件。所以,高频场合一般采用专门设计的射频高q贴片电容,使用频率可达几十ghz。
x7r与x5r是大量使用的mlcc陶瓷电容器,其温度特性次于c0g,当温度在-55℃到+85℃(+125℃)时其容量变化为15%,需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。x7r电容器主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大,其容量在不同的电压和频率条件下也是不同的,会随时间的变化而变化,大约10年变化5%。
y5v电容器的温度稳定性不好,容值会随温度变化大幅变化,在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%,设计时候一定要注意到,或考虑用x7r与x5r来取代y5v电容器。
z5u电容器温度稳定性也不好,但尺寸小,成本低。对于相同体积的mlcc来说,z5u电容器能实现的电容量最大,可取代特定应用中作为旁路、滤波用途的铝电解电容器。


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