Кодовая и цветовая маркировака конденсаторов. Температурный коэффициент емкости Конденсаторы с низким тке

17 Января 2017 В керамических конденсаторах используется обширный класс диэлектрических материалов - в основном это различные соединения на основе титанатов или ниобатов. Дли инженера важна классификация диэлектриков для керамики по признаку температурной стабильности, для оценки которой используется т.н. температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ).

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) - коэффициент, отражающий относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин).

В зарубежной системе классификации используется деление керамических конденсаторов на три класса:

• Класс 1 - точные термостабильные конденсаторы с практически линейной зависимостью ТКЕ от температуры;
• Класс 2 - конденсаторы с меньшей температурной стабильностью, но, в основном, с большей объёмной ёмкостью.
• Класс 3 (устаревшие) - т.н. барьерные керамические конденсаторы, имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость и поэтому более высокую объемную ёмкость, чем конденсаторы второго класса. Тем не менее, эти конденсаторы имеют худшие электрические характеристики, в том числе более низкую точность и стабильность. Так как не представляется возможным создание многослойного конденсатора такого типа, на рынке присутствуют лишь выводные конденсаторы третьего класса. По состоянию на 2013-й год конденсаторы третьего класса считаются устаревшими, так как современная многослойная керамика 2 класса может обеспечить более высокую емкость и лучшие параметры в более компактном корпусе.

По стандарту EIA RS-198 керамические конденсаторы 2-го класса различаются по допустимому изменению ёмкости и рабочему диапазону температур.

Пример обозначения, одни из самых распространённых типов диэлектриков:
X7R - ёмкость изменяется на ±15% в диапазоне от -55° до +125°
Y5V - ёмкость может измениться на +22% или -82% в диапазоне от -30° до +85°

В отечествнной системе классификации диэлектрики керамических конденсаторов по типу ТКЕ разделяются на три группы:

• Конденсаторы с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры
• Керамические конденсаторы различающиемя по допускаемому изменению емкости в интервале температур
• Слюдяные конденсаторы

Группы керамических конденсаторов классифицируемые по допускаемому изменению емкости в интервале температур:

Для слюдяных конденсаторов используется следующее деление по типам ТКЕ:

Остальные конденсаторы могут иметь различный ТКЕ, в зависимости от конкретного диэлектрика и конструкции. При расчётах необходимо сверяться с документацией на конкретный тип конденсатора. Для примера можно руководствоваться следующими значениями:

Полистирольные конденсаторы - ТКЕ в диапазоне 40 - 200 (10 -6 /°К).
Поликарбонатные конденсаторы - ТКЕ около ±50 (10 -6 /°К).
Полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) конденсаторы - ТКЕ у них не нормирован, но, как правило, они относительно термостабильные.
Полипропиленовые конденсаторы (серия К78) имеют достаточно высокий ТКЕ: -500 (10 -6 /°К).

Обратите внимание. Ёмкость конденсаторов изменяется не только из-за температуры окружающей среды, но также и в зависимости от приложенного напряжения. Данная особенность освещена в

Конденсатор можно сравнить с небольшим аккумулятором, он умеет быстро накапливать и так же быстро ее отдавать. Основной параметр конденсатора – это его емкость (C) . Важным свойством конденсатора, является то, что он оказывает переменному току сопротивление, чем больше частота переменного тока, тем меньше сопротивление. Постоянный ток конденсатор не пропускает.

Как и , конденсаторы бывают постоянной емкости и переменной емкости. Применение конденсаторы находят в колебательных контурах, различных фильтрах, для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.

Основная единица измерения емкости – фарад (Ф) – это очень большая величина, которая на практике не применяется. В электронике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ) . 1 мкФ равен одной миллионной доле фарада, а 1 пФ – одной миллионной доле микрофарада.

Обозначение конденсатора на схеме

На электрических принципиальных схемах конденсатор отображается в виде двух параллельных линий символизирующих его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними. Возле обозначения конденсатора обычно указывают его номинальную емкость, а иногда его номинальное напряжение.

Номинальное напряжение – значение напряжения указанное на корпусе конденсатора, при котором гарантируется нормальная работа в течение всего срока службы конденсатора. Если напряжение в цепи будет превышать номинальное напряжение конденсатора, то он быстро выйдет из строя, может даже взорваться. Рекомендуется ставить конденсаторы с запасом по напряжению, например: в цепи напряжение 9 вольт – нужно ставить конденсатор с номинальным напряжением 16 вольт или больше.

Электролитические конденсаторы

Для работы в диапазоне звуковых частот, а так же для фильтрации выпрямленных напряжений питания, необходимы конденсаторы большой емкости. Называются такие конденсаторы – электролитическими. В отличие от других типов электролитические конденсаторы полярны, это значит, что их можно включать только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности, которая указана на корпусе конденсатора. Не выполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что часто сопровождается взрывом.

Температурный коэффициент емкости конденсатора (ТКЕ)

ТКЕ показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус. ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения на корпусе.

Маркировка конденсаторов

Емкость от 0 до 9999 пФ может быть указана без обозначения единицы измерения:

22 = 22p = 22П = 22пФ

Если емкость меньше 10пФ, то обозначение может быть таким:

1R5 = 1П5 = 1,5пФ

Так же конденсаторы маркируют в нанофарадах (нФ) , 1 нанофарад равен 1000пФ и микрофарадах (мкФ) :

10n = 10Н = 10нФ = 0,01мкФ = 10000пФ

Н18 = 0,18нФ = 180пФ

1n0 = 1Н0 = 1нФ = 1000пФ

330Н = 330n = М33 = m33 = 330нФ = 0,33мкФ = 330000пФ

100Н = 100n = М10 = m10 = 100нФ = 0,1мкФ = 100000пФ

1Н5 = 1n5 = 1,5нФ = 1500пФ

4n7 = 4Н7 = 0,0047мкФ = 4700пФ

6М8 = 6,8мкФ

Цифровая маркировка конденсаторов

Если код трехзначный, то первые две цифры обозначают значение, третья – количество нулей, результат в пикофарадах.

Например: код 104, к первым двум цифрам приписываем четыре нуля, получаем 100000пФ = 100нФ = 0,1мкФ.

Если код четырехзначный, то первые три цифры обозначают значение, четвертая – количество нулей, результат тоже в пикофарадах.

4722 = 47200пФ = 47,2нФ

Параллельное соединение конденсаторов

Емкость конденсаторов при параллельном соединении складывается.

Последовательное соединение конденсаторов

Общая емкость конденсаторов при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

Если последовательно соединены два конденсатора:

Если последовательно соединены два одинаковых конденсатора, то общая емкость равна половине емкости одного из них.

• Перевод
• Tutorial

Вступление: я был озадачен.

Предположив, что на плату были впаяны не те компоненты, я измерил сопротивление двух резисторов составлявших делитель напряжения - они были весьма точны. Тогда был выпаян конденсатор - он так же был великолепен. Просто чтобы убедиться, я взял новые резисторы и конденсатор, измерил их, и впаял обратно. После этого я включил схему, проверил основные показатели, и ожидал увидеть что моя проблема с RC-цепочкой решена… Если бы.

Я проверял схему в её естественной среде: в корпусе, который в свою очередь сам по себе был зачехлён чтобы имитировать кожух потолочного светильника. Температура компонентов в некоторых местах достигала более чем 100ºC. Для уверенности, и чтобы освежить память я перечитал даташит на используемые конденсаторы. Так началось моё переосмысление керамических конденсаторов.

Справочная информация об основных типах керамических конденсаторов.

Для тех кто этого не помнит (как практически все), в таблице 1 указана маркировка основных типов конденсаторов и её значение. Эта таблица описывает конденсаторы второго и третьего класса . Не вдаваясь глубоко в подробности, конденсаторы первого класса обычно сделаны на диэлектрике типа C0G (NP0).

Таблица 1.

Когда производитель конденсаторов разрабатывает новый продукт, он подбирает диэлектрик так, чтобы ёмкость конденсатора изменялась не более определённых пределов в определённом температурном диапазоне. Конденсаторы X7R которые я использую не должны изменять свою ёмкость более чем на ±15% (третий символ) при изменении температуры от -55ºC (первый символ) до +125ºC (второй символ). Так что, либо мне попалась плохая партия, либо что-то ещё происходит в моей схеме.

Не все X7R созданы одинаковыми.

Даташит также говорил, что если только увеличить типоразмер с 0805 до 1206, то результирующая ёмкость в тех же условиях будет уже 3,4мкФ! Этот момент требовал более пристального изучения.

Я нашёл, что сайты Murata® и TDK® имеют классные инструменты для построения графиков изменения ёмкости конденсаторов в зависимости от различных условий. Я прогнал через них керамические конденсаторы на 4,7мкФ для разных типоразмеров и номинальных напряжений. На рисунке 1 показаны графики построенные Murata. Были взяты конденсаторы X5R и X7R типоразмеров от 0603 до 1812 на напряжение от 6,3 до 25В.

Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.

Обратите внимание, что во-первых, при увеличении типоразмера уменьшается изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения, и наоборот.

Второй интересный момент состоит в том, что в отличии от типа диэлектрика и типоразмера, номинальное напряжение похоже ни на что не влияет. Я ожидал бы, что конденсатор на 25В под напряжением 12В меньше изменит свою ёмкость, чем конденсатор на 16В под тем же напряжением. Глядя на график для X5R типоразмера 1206 мы видим, что конденсатор на 6,3В на самом деле ведёт себя лучше, чем его родня на большее номинальное напряжение.

Если взять более широкий ряд конденсаторов, то мы увидим, что это поведение характерно для всех керамических конденсаторов в целом.

Третье наблюдение состоит в том, что X7R при том же типоразмере имеет меньшую чувствительность к изменениям напряжения, чем X5R. Не знаю, насколько универсально это правило, но в моём случае это так.

Используя данные графиков, составим таблицу 2 , показывающую насколько уменьшится ёмкость конденсаторов X7R при 12В.

Таблица 2. Уменьшение ёмкости конденсаторов X7R разных типоразмеров при напряжении 12В.

Мы видим устойчивое улучшение ситуации по мере роста размера корпуса пока мы не достигнем типоразмера 1210. Дальнейшее увеличение корпуса уже не имеет смысла.

В моём случае я выбрал наименьший возможный типоразмер компонентов, поскольку этот параметр был критичен для моего проекта. В своём невежестве я полагал что любой конденсатор X7R будет так же хорошо работать, как другой с тем же диэлектриком - и был неправ. Чтобы RC-цепочка заработала правильно я должен был взять конденсатор того же номинала, но в большем корпусе.

Выбор правильного конденсатора

Рисунок 2. Поведение различных конденсаторов на 1мкФ и 4,7мкФ.

Конденсатор 0603 1мкФ ведёт себя так же, как 0805 4,7мкФ. Вместе взятые 0805 и 1206 на 1мкФ чувствуют себя лучше, чем 4,7мкФ типоразмера 1210. Используя конденсатор 1мкФ в корпусе 0805 я мог сохранить требования к размерам компонентов, получив при этом в рабочем режиме 85% от исходной ёмкости, а не 30%, как было ранее.

Но это ещё не всё. Я был изрядно озадачен, ибо считал что все конденсаторы X7R должны иметь сходные коэффициенты изменения ёмкости от напряжения, поскольку все выполены на одном и том же диэлектрике - а именно X7R. Я связался с коллегой - специалистом по керамическим конденсаторам 1 . Он пояснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как «X7R». На самом деле, любой материал который позволяет компоненту функционировать в температурном диапазоне от -55ºC до +125ºC с изменением характеристик не более чем на ±15% можно назвать «X7R». Так же он сказал, что нет каких-либо спецификаций на коэффициент изменения ёмкости от напряжения ни для X7R, ни для каких-либо других типов.

Это очень важный момент, и я его повторю. Производитель может называть конденсатор X7R (или X5R, или еще как-нибудь) до тех пор, пока он соответствует допускам по температурному коэффициенту ёмкости. Вне зависимости от того, насколько плох его коэффициент по напряжению.

Для инженера-разработчика этот факт только освежает старую шутку - «любой опытный инженер знает: читай даташит!»

Производители выпускают всё более миниатюрные компоненты, и вынуждены искать компромиссные материалы. Для того чтобы обеспечить необходимые ёмкостно-габаритные показатели, им приходится ухудшать коэффициенты по напряжению. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса.

А как насчёт типа Y5V, который я сразу отбросил? Для контрольного в голову, давайте рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду выделять какого-то конкретного производителя этих конденсаторов - все примерно одинаковы. Выберем 4,7мкФ на 6,3В в корпусе 0603, и посмотрим его параметры при температуре +85ºC и напряжении 5В. Типовая ёмкость на 92,3% ниже номинала, или 0,33мкФ. Это так. Приложив 5В к этому конденсатору мы получаем падение ёмкости в 14 раз по сравнению с номиналом.

При температуре +85ºC и напряжении 0В ёмкость уменьшается на 68,14%, с 4,7мкФ до 1,5мкФ. Можно предположить, что приложив 5В мы получим дальнейшее уменьшение ёмкости - от 0,33мкФ до 0,11мкФ. К счастью, эти эффекты не объединяются. Уменьшение ёмкости под напряжением 5В при комнатной температуре куда хуже, чем при +85ºC.

Для ясности, в данном случае при напряжении 0В ёмкость падает от 4,7мкФ до 1,5мкФ при +85ºC, в то время как при напряжении 5В ёмкость конденсатора увеличивается от 0,33мкФ при комнатной температуре, до 0,39мкФ при +85ºC. Это должно убедить вас действительно тщательно проверять все спецификации тех компонентов, которые вы используете.

Вывод

Главный вывод из всей этой истории, как вы наверное догадались, это: «читайте даташиты!». Всегда. Без исключений. Запросите дополнительные данные, если даташит не содержит достаточной информации. Помните, что обозначения керамических конденсаторов X7V, Y5V и т.д. совершенно ничего не говорят о их коэффициентах по напряжению. Инженеры должны перепроверять данные чтобы знать, реально знать о том, как используемые конденсаторы будут вести себя в реальных условиях. В общем, имейте в виду, в нашей безумной гонке за меньшими и меньшими габаритами это становится всё более важным моментом каждый день.

Об авторе

Сноски

Murata является зарегистрированной торговой маркой компании Murata Manufacturing Co., Ltd.

TDK является зарегистрированным знаком обслуживания и зарегистрированной торговой маркой корпорации TDK.

P.S. По просьбам трудящихся - сравнительное фото конденсаторов различных типоразмеров. Шаг сетки 5мм.

"Справочник" - информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

Допуски

В соответствии с требованиями Публикаций 62 и 115-2 IEC для конденсаторов установлены следующие допуски и их кодировка:

Таблица 1

*-Для конденсаторов емкостью

Перерасчет допуска из % (δ) в фарады (Δ):

Δ=(δхС/100%)[Ф]

Пример:

Реальное значение конденсатора с маркировкой 221J (0.22 нФ ±5%) лежит в диапазоне: С=0.22 нФ ± Δ = (0.22 ±0.01) нФ, где Δ= (0.22 х 10 -9 [Ф] х 5) х 0.01 = 0.01 нФ, или, соответственно, от 0.21 до 0.23 нФ.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
Маркировка конденсаторов с ненормируемым ТКЕ

Таблица 2

* Современная цветовая кодировка, Цветные полоски или точки. Второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Маркировка конденсаторов с линейной зависимостью от температуры

Таблица 3

* В скобках приведен реальный разброс для импортных конденсаторов в диапазоне температур -55...+85 ° С.

** Современная цветовая кодировка в соответствии с EIA. Цветные полоски или точки. Второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Маркировка конденсаторов с нелинейной зависимостью от температуры

Таблица 4

* Обозначение приведено в соответствии со стандартом EIA, в скобках - IEC.

** В зависимости от технологий, которыми обладает фирма, диапазон может быть другим. Например: фирма "Philips" для группы Y5P нормирует -55...+125 °С.

*** В соответствии с EIA. Некоторые фирмы, например "Panasonic", пользуются другой кодировкой.

Таблица 5

* Допуск 20%; возможно сочетание двух колец и точки, указывающей на множитель.

** Цвет корпуса указывает на значение рабочего напряжения.

Таблица 6

Таблица 7

* Для емкостей меньше 10 пФ допуск ±2,0 пФ.
** Для емкостей меньше 10 пФ допуск±0,1 пФ.

Таблица 8

Для маркировки пленочных конденсаторов используют 5 цветных полос или точек. Первые три кодируют значение номинальной емкости, четвертая - допуск, пятая - номинальное рабочее напряжение.

Таблица 9

Кодовая маркировка конденсаторов

В соответствии со стандартами IEC на практике применяется четыре способа кодировки номинальной емкости.

А. Маркировка 3 цифрами

Первые две цифры указывают на значение емкости в пигофарадах (пф), последняя - количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть "9". При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра "0". Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 - 0.5 пф.

Таблица 10

* Иногда последний ноль не указывают.

В. Маркировка 4 цифрами

Возможны варианты кодирования 4-значным числом. Но и в этом случае последняя цифра указывает количество нулей, а первые три - емкость в пикофарадах.

Таблица 11

D. Смешанная буквенно-цифровая маркировка емкости, допуска, ТКЕ, рабочего напряжения

В отличие от первых трех параметров, которые маркируются в соответствии со стандартами, рабочее напряжение у разных фирм имеет различную буквенно-цифровую маркировку.

Таблица 13

Кодовая маркировка кондесаторов электролетических для поверхностного монтажа

Приведенные ниже принципы кодовой маркировки применяются такими известными фирмами, как "Panasonic", "Hitachi" и др. Различают три основных способа кодирования

А. Маркировка 2 или 3 символами

Код содержит два или три знака (буквы или цифры), обозначающие рабочее напряжение и номинальную емкость. Причем буквы обозначают напряжение и емкость, а цифра указывает множитель. В случае двухзначного обозначения не указывается код рабочего напряжения.

Таблица 14

В. Маркировка 4 символами

Код содержит четыре знака (буквы и цифры), обозначающие емкость и рабочее напряжение. Буква, стоящая вначале, обозначает рабочее напряжение, последующие знаки - номинальную емкость в пикофарадах (пФ), а последняя цифра - количество нулей. Возможны 2 варианта кодировки емкости: а) первые две цифры указывают номинал в пикофарадах, третья - количество нулей; б) емкость указывают в микрофарадах, знак m выполняет функцию десятичной запятой. Ниже приведены примеры маркировки конденсаторов емкостью 4.7 мкФ и рабочим напряжением 10 В.

С. Маркировка в две строки

Если величина корпуса позволяет, то код располагается в две строки: на верхней строке указывается номинал емкости, на второй строке - рабочее напряжение. Емкость может указываться непосредственно в микрофарадах (мкФ) или в пикофарадах (пф) с указанием количества нулей (см. способ В). Например, первая строка - 15, вторая строка - 35V - означает, что конденсатор имеет емкость 15 мкФ и рабочее напряжение 35 В.

Маркировка конденсаторов пленочных для поверхностного монтажа фирмы "HITACHI"

ТКЕ - параметр конденсатора, который характеризует относительное изменение емкости от номинального значения при изменении температуры окружающей среды. Этот параметр принято выражать в миллионных долях емкости конденсатора на градус (10-6 / °С). ТКЕ может быть положительным (обозначается буквой «П» или «Р»), отрицательным («М» или «N»), близким к нулю («МП») или ненормированным («Н»).
Конденсаторы изготавливаются с различными по ТКЕ типами диэлектриков: группы NPO, X7R, Z5U, Y5V и другие. Диэлектрик группы NPO (COG) обладает низкой диэлектрической проницаемостью, но хорошей температурной стабильностью (ТКЕ близок к нулю). SMD конденсаторы больших номиналов, изготовленные с применением этого диэлектрика, наиболее дорогостоящие. Диэлектрик группы X7R имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, но меньшую температурную стабильность.
Диэлектрики групп Z5U и Y5V имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость, что позволяет изготовить конденсаторы с большим значением емкости, но имеющие значительный разброс параметров. SMD конденсаторы с диэлектриками групп X7R и Z5U используются в цепях общего назначения.
Обозначение группы ТКЕ наносится на корпус конденсатора или в виде непосредственного обозначения, или буквенного кода, или цветовой маркировки. Цветовая маркировка может быть выполнена в виде одной или двух цветовых полос (точек, меток), причем второй цвет не обязательно наносится - он может быть представлен цветом корпуса конденсатора. В таблицах № 9, № 10, № 11 показан порядок обозначения ТКЕ конденсаторов различных групп.

Таблица № 9 . Керамические конденсаторы с ненормируемым ТКЕ

Таблица № 10 . Керамические и металлостеклянные конденсаторы с линейной зависимостью ТКЕ

Таблица № 11 . Конденсаторы с нелинейной зависимостью ТКЕ

Некоторые фирмы пользуются собственной системой обозначений, отличающейся от приведенной в таблицах.