خازن های سرامیکی یکی از پرکاربردترین انواع خازن است که این روزها در تجهیزات الکترونیکی استفاده می شوند.خازن های سرامیکی برای سالیان طولانی مورد استفاده قرار گرفته اند و در مدار تقویت کننده های لامپی از سال 1930 نیز تاکنون مورد استفاده بوده اند.امروزه خازن های سرامیکی در قالب ها و دسته بندی های مختلفی از قطعات پایه دار تا قطعات نصب سطحی و انواع SMT موجود هستند. به عنوان مثال خازن های سرامیکی دیسکی پایه دار به وفور موجود هستند، و مانند وسایل SMT ، خازن های سرامیکی چندلایه یا MLCC در همه ی قالب های پرکاربرد موجود هستند؛ به طوری که انواع خازن های سرامیکی تقریبا در تمام تجهیزات الکترونیکی استفاده می شوند.
عملکرد واقعی خازن های سرامیکی به دی الکتریک به کار رفته در آن وابسته است. با استفاده از دی الکتریک های مدرن، مقادیر بسیار بالای ظرفیت خازنی قابل دستیابی است، ولی لازم است پارامترهایی مانند ضریب دمایی و تلورانس نیز بررسی گردد. دی الکتریک مورد استفاده می تواند جنبه های مختلفی از عملکرد خازن را تضمین کند، بنابراین لازم است نوع دی الکتریک به کار رفته در خازن به خوبی انتخاب شود.مقادیر ظرفیت خازنی خازن های سرامیکی از چند پیکو فاراد تا حدود 0.1 میکروفاراد است. با توجه به محدوده ی وسیع ظرفیت خازنی و پایداری برای کاربردهای RF، این خازن ها مخصوصا در کاربردهای کوپلینگ و دی کوپلینگ به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها تاکنون پرکاربردترین خازن هایی بوه اند که ارزان و قابل اطمینان بوده و مخصوصا تلفات پائینی دارند گرچه این مسئله به نوع دی الکتریک مورد استفاده در آن بستگی دارد.
مبانی خازن سرامیکی
خازن های سرامیکی این روزها اسب های بارکش دنیای خازن ها هستند. آن ها به دلیل قیمت و عملکردشان به طور میلیونی مورد استفاده قرار می گیرند. دی الکتریک های مختلفی وجود دارد که همان طور که در ادامه خواهیم گفت مورد استفاده قرار می گیرند، ولی همان طور که از نام خازن سرامیکی مشخص است همه ی این دی الکتریک ها به طور طبیعی از جنس سرامیک هستند.به منظور اطمینان از این که ظرفیت خازنی کافی را بتوان در یک پکیج خازن به دست آورد، خازن های سرامیکی مانند سایر انواع خازن ها چند لایه دارند که باعث افزایش ظرفیت خازنی می شود.امروزه خازن های سرامیکی در سه نوع اصلی موجود هستند، گرچه انواع دیگری نیز وجود دارد :- خازن های سرامیکی دیسکی پایه دار که برای نصب در سوراخ ها به کار می رود و با رزین پوشانده شده اند.- خازن های سرامیکی چند لایه ی نصب سطحی- خازن های سرامیکی دیسکی بدون پایه تخصصی میکرو ویو که برای قرار گرفتن در یک اسلات یا قسمت PCB طراحی شده و در جای خود لحیم می شوند.گرچه ممکن است انواع دیگر خازن های سرامیکی را بتوان به دست آورد ولی موارد گفته شده از انواع اصلی هستند که می توان امروزه به راحتی به آن ها دسترسی داشت. تاکنون نوع خازن سرامیکی نصب سطحی بیشترین مورد استفاده را داشته است و این به دلیل روش ساخت تجهیزات الکترونیکی است که این روزها استفاده می شود.
دی الکتریک های سرامیکی
خازن های سرامیکی انواع مختلفی از دی الکتریک های سرامیکی را به عنوان مبنای خازن استفاده می کنند. دی الکتریک های سرامیکی در قالب های مختلفی ساخته می شوند. فرمول دقیق سرامیک های مختلف به کار رفته در خازن های سرامیکی از یک کارخانه تا کارخانه ی دیگر متفاوت است ولی ترکیبات مشترکی شامل اکسید تیتانیوم، استرونتیوم تیتانیت و باریوم تیتانیت به کار می رود.با تجه به وسعت انواع سرامیک های به کار رفته، اتخادیه ی صنایع الکترونیکی (EIA) سرامیک ها را به چند گروه دسته بندی کرده است. در اصل پائین ترین سطح یا گروه دارای ویژگی های بهتری است ولی این معمولا به قیمت اندازه ی قطعه تمام می شود. در هر گروه مواردی از قبیل محدوده ی دمای کاری، رانش درجه ی حرارت ، تلورانس و … تعریف می شود.
1-کلاس 1:
خازن های سرامیکی گروه 1 پایدارترین نوع این خازن ها در برابر دما هستند. آن ها دارای ویژگی های نسبتا خطی هستند و خواص آن ها نسبت به تغییر فرکانس در باندهای عادی تقریبا ثابت است.ترکیبات مشترک به کار رفته به عنوان دی الکتریک برای ضریب دمایی مثبت، تیتانات منیزیم است و یا برای خازن هایی با ضریب دمایی منفی نیتانات کلسیم استفاده می شود. با استفاده از این ترکیبات و ترکیبات دیگر این امکان وجود دارد که بتوان به ثابت دی الکتریکی بین 5 تا 150 دست یافت، گرچه ضرائب دمایی بین ppm/C40+ و ppm/C 5000- ممکن است به دست بیاید.همچنین گروه 1 خازن ها دارای بهترین عملکرد با توجه به تلفات هستند که مسئله ی مهمی در بسیاری از کاربردها است. مقدار معمول تلفات حدود 0.15% است.همچنین این امکان وجود دارد که خازن های کلاس 1 بسیار دقیق بدست آورد با دقت در حد 1% نسبت به سایر خازن های معمول که تلورانسی در حد 5% یا 10% دارند. دقیق ترین خازن های کلاس طراحی شده C0G یا NP0 هستند.
2- کلاس 2:
خازن های کلاس 2 عملکرد بهتری با توجه به راندمان حجمی دارند ولی این به قیمت پایداری و دقت کمتر است. در نتیجه خازن های این گروه معمولا برای کاربردهای کوپلینگ، دی کوپلینگ و بایپاس استفاده می شوند که در آن ها دقت اهمیت زیادی ندارد. ظرفیت خازنی در خازن های کلاس 2 در محدوده ی دمایی 50- درجه ی سانتی گراد تا 85+ درجه به اندازه ی 15% یا بیشتر تغییر می کند و فاکتور تلفات آن ممکن است در حد 2.5% باشد. مقدار میانگین دقت آن ها پائین است. ( از 10% به پائین تا +20/80- %) در هر حال در بسیاری از کاربردها این مقادیر نمی تواند باعث بروز مشکل شود.
3 – کلاس 3 :
خازن های سرامیکی کلاس 3 نیز دارای راندمان حجمی بالایی هستند و مجددا این مسئله به قیمت دقت و پایداری پائین و همچنین تلفات زیاد است. آن ها به طور معمول نمی توانند ولتاژهای بالا را تحمل کنند. دی الکتریک به کار رفته اغلب تیتانات باریم است که ثابت دی الکتریک آن حداکثر 1250 است.ظرفیت خازنی در کلاس 3 به طور معمول در محدوده ی دمایی 10+ درجه ی سانتی گراد تا 55+ درجه به اندازه ی 22-% تا 50+% متغیر است. فاکتور تلفات در آن ها حدود 3 تا 5 در صد است. همچنین دارای دقت پائینی است . ( معمولا 20% ، یا +20/80- %). بنابراین خازن های کلاس 3 معمولا در کاربردهای دی کوپلینگ یا منابع تغذیه مورد استفاده قرار می گیرند که دقت مطرح نمی باشد. به هرحال این خازن ها در کاربردهایی که سیگنال های ناگهانی یا اسپایک موجود هستند به کار نمی روند زیرا اگر بیش از ولتاژ نامی شوند باعث خرابی خازن خواهد شد.
کدهای EIA برای ضرائب دمایی
به منظور استاندارد نمودن و ساده سازی استفاده از خازن های سرامیکی، یک سری از کدها توسط انجمن صنایع الکترونیکی (EIA) تعریف شده است. این کدها باعث می شود عملکرد خازن های سرامیکی به آسانی مدیریت شود. کدها برای خازن های سرامیکی کلاس 1 تا 3 منتفاوت هستند.
کدهای خازن های کلاس 1 :
کدهای EIA برای خازن های جبران دمایی کمتر متداول است. این کدها شامل سه قسمت هستند :1- اولین بخش از کد شامل یک حرف است که بیانگر میزان تغییرات قابل توجه ظرفیت خازنی نسبت به دما است که بر حسب ppm/C بیان می شود.2- قسمت دوم یک عدد است که به مفهوم ضریب است.3- قسمت سوم نیز یک حرف است که بیانگر حداکثر خطا بر حسب ppm/C است.جدول زیر نشان می دهد هر کدام از کدهای EIA به چه مفهومی است.
به عنوان مثال یک نوع متداول خازن سرامیکی گروه 1 دارای تغییرات صفر، با میزان خطای ±30PPM/C است.
کدهای خازن های کلاس 2 :به منظور تعریف ضریب دمایی یک خازن خاص، یک کد سه قسمتی که توسط EIA طراحی شده است مورد استفاده قرار می گیرد. برای خازن های جبران نشده ی دمایی این کد EIA شامل سه بخش است:1- قسمت اول یک حرف است که حد پائین دمای عملکرد را نشان می دهد.2- قسمت دوم یک عدد است که بیانگر حد بالای دمای عملکرد است.3- قسمت سوم یک حرف است که بیانگر تغییرات ظرفیت خازنی در محدوده ی دمایی است.در جدول زیر مشخص می شود که هر کدام از کدهای EIA به چه مفهومی است.
دو مثال پرکاربرد از خازن های سرامیکی کلاس 2 خازن X7R است که محدوده ی دمایی آن از دمای 55- درجه ی سانتی گراد تا 125+ درجه است با حداکثر تغییر ظرفیت خازنی ±15%، و خازن Z5Uدر محدوده ی دمایی از 10+ درجه ی سانتی گراد تا 85+ درجه با حداکثر تغییر ظرفیت خازن 22+% تا 56-% است.
مقایسه ی سطوح عملکرد خازن سرامیکی
انواع مختلف خازن سرامیکی دارای سطوح عملکرد مختلفی هستند، در نتیجه آن ها در بخش های مختلفی به کار می روند. خازن هایی که از دی الکتریک هایی مانند NP0 و C0G استفاده می کنند بسیار پایدارند ولی آن هایی که از X7T و Y5V استفاده می کنند بسیار متغیر هستند، ولی مزایایی از لحاظ چگالی ظرفیت خازنی کلی و در نتیجه اندازه ی خازن دارند.نمودار زیر بعضی از تغییرات عملکرد دی الکتریک های خازن های سرامیکی مختلف را نشان می دهد.
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.