セラミックコンデンサの動作原理と分類

コンデンサは、電場の形でエネルギーを蓄える電気デバイスです。これは、誘電体または非導電性物質で分離された 2 枚の金属板で構成されています。コンデンサの種類は固定容量と可変容量に大別されます。最も重要なのは固定静電容量のコンデンサですが、回転コンデンサや微調整コンデンサなど、可変静電容量のコンデンサもあります。固定容量のコンデンサは、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、超電導コンデンサに分類されます。この記事では、セラミックコンデンサの動作原理、構造、応用特性について簡単に紹介します。

1. セラミックコンデンサの極性

セラミック コンデンサは、誘電体としてセラミック材料を使用するあらゆる電気機器で最も一般的に見られます。セラミックコンデンサは無極性デバイスであり、極性がありません。そのため、回路基板上のどの方向でも接続できます。したがって、通常は電解コンデンサよりもはるかに安全です。これは、以下に示す無極性コンデンサの記号です。タンタル ビーズ コンデンサなどの多くの種類のコンデンサには極性がありません。

2. セラミックコンデンサの構造と性能

セラミック コンデンサには主に 3 つのタイプがありますが、選択できる他のタイプもあります。

1. 樹脂コーティングを施したスルーホール実装用リード付きディスクセラミックコンデンサ。

2. 表面実装多層セラミック コンデンサ (MLC)。

3. PCB のスロットに取り付けるように設計された特別なタイプのマイクロ波裸鉛フリー ディスク セラミック コンデンサ。

セラミック ディスク コンデンサは、上の図に示すように、セラミック ディスクの両面を銀の接点でコーティングすることによって作られます。セラミック ディスク コンデンサは、約 10pF ～ 100 μ F の静電容量値と、16V ～ 15KV、またはそれ以上の範囲のさまざまな電圧定格を持っています。

より高い静電容量を実現するために、これらのデバイスは複数の層で作成できます。 MLCC は、常誘電体材料と強誘電体材料の混合物で作られているか、金属接点が積層されています。積層プロセスが完了した後、デバイスは高温に置かれ、混合物が焼結され、目的の特性を備えたセラミック材料が得られます。最後に、結果として得られるコンデンサは、並列接続された多数の小さなコンデンサで構成され、静電容量が増加します。

MLCC は 500 を超える層で構成されており、最小層の厚さは約 0.5 ミクロンであることが理解されています。技術が進歩するにつれて、層の厚さは減少し、同じ体積での静電容量は増加します。

セラミック コンデンサの誘電体はメーカーによって異なりますが、一般的な化合物には二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどがあります。

セラミックコンデンサの動作原理

3. セラミックコンデンサの分類

セラミック材料の違いにより、低周波セラミックコンデンサと高周波セラミックコンデンサに分類できます。構造形態により、円板コンデンサ、筒型コンデンサ、角型コンデンサ、シートコンデンサ、スルーホールコンデンサなどの複数の種類のコンデンサに分類できます。セラミックコンデンサは、動作温度範囲、温度ドリフト、許容差に応じてさまざまなカテゴリが定義されています。

1. クラス I セラミックコンデンサ

このタイプの静電容量は主に温度に関係します。これらは最も安定したコンデンサであり、ほぼ線形の特性を持っています。

誘電体として使用される最も一般的な化合物は次のとおりです。

A. 正の温度係数を持つチタン酸マグネシウム。

B. 負の温度係数を持つコンデンサ用のチタン酸カルシウム。

2. クラス II セラミック コンデンサ

このタイプのコンデンサは体積効率の点で優れた性能を示しますが、精度と安定性が低下します。したがって、精度が重要ではないデカップリング、カップリング、およびバイパスのアプリケーションでよく使用されます。

A. 温度範囲: -50 ° ℃ ～ +85 ° ℃

B. 誘電正接: 2.5%

C. 精度: 悪い

3. クラス III セラミックコンデンサ

このタイプのセラミック コンデンサは、体積効率が高く、精度が低く、損失率が低いです。高電圧には耐えられません。使用される誘電体は通常チタン酸バリウムです。

A. クラス III コンデンサは、静電容量が -22% ～ +50% 変化します。

B. 温度範囲は +10 ° ℃ ～ +55 ° ℃です。

C. 損失係数: 3 ～ 5%。

D. 精度がかなり低い (通常は 20% または -20/+80%)。

E. 通常、精度が問題にならないデカップリングまたはその他の電源アプリケーションに使用されます。