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高介電常數(shù)型(X5R/B、X7R/R特性等)與溫度補償型(CH、C0G特性等)的特征和用途有哪些區(qū)別?

更新時間:2020-05-06 10:50:03 點擊次數(shù):3386次
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請參閱下表。

高介電常數(shù)型
溫度補償型

主要

溫度

特性

B/X5R、R/X7R 特性等
CH、COG 特性等
特征
?主要原料:強介電性材料鈦酸鋇(BaTiO3)
?室溫下,擁有1000~20000的高相對介電常數(shù),實現(xiàn)了體積小容量大。
?隨著溫度或電壓的變化,相對介電常數(shù)也會發(fā)生變化,因此當用于電路的時間常數(shù)時,需事前確認電子電路動作狀態(tài)進行變化的可能性。
?靜電容量會隨著時間而變化。
?主要原料:一般介電材料氧化鈦(TiO2)或鋯酸鈣(CaZrO3)
?相對介電常數(shù)為20~300左右,與高介電常數(shù)相比靜電容量較小。
?隨著溫度的變化,相對介電常數(shù)會呈直線變化。
隨著時間的變化,容量值基本保持不變,即使處于高溫、高電力、高頻率的環(huán)境中tane(電容損耗)也很小,穩(wěn)定性極佳。
?基本不會受到介電常數(shù)的時間變化或施加電壓的影響,且具有較高的Q值(1000~8000)。

主要

用途

?常用于電腦、數(shù)碼家電、智能手機等。
?利用其優(yōu)異的高頻特性,作為去耦電容器防止噪音發(fā)生或發(fā)揮其優(yōu)異的吸收功能,廣泛應用于各領域。
最近可獲得數(shù)μF~100μF的容量值,因此還被應用于各類電源的平滑電容器。
?此外還被廣泛使用于分路器、連接器、過濾電路等領域中。
?常用于電視調諧器電路中。
?最近可擴大至0.1μF的靜電容量,開始用于DC-DC轉換器的緩沖電路或音頻設備等。
此外還被用于高頻電路中(振蕩、調音、連接器電路等)。


貼片電容老化


時間變化

陶瓷電容器中,尤其是高誘電率系列電容器(B/X5R、R/X7R特性),具有靜電容量隨時間延長而降低的特性。

陶瓷電容器中,尤其是高誘電率系列電容器(B/X5R、R/X7R特性),具有靜電容量隨時間延長而降低的特性。

當在時鐘電路等中使用時,應充分考慮此特性,并在實際使用條件及實際使用設備上進行確認。
例如,如下圖所示,經(jīng)過的時間越長,其實效靜電容量越低。(在對數(shù)時間圖上基本呈直線線性降低)
*下圖橫軸表示電容器的工作時間(Hr),縱軸表示的是相對于初始值的靜電容量的變化率的圖表。

如圖中所示,靜電容量隨著時間延長而降低的特性稱為靜電容量的經(jīng)時變化(老化)。

貼片電容老化曲線

此外,對于老化特性,不僅僅限于本公司的產(chǎn)品,在所有高誘電率型電容器中都有此現(xiàn)象,在溫度補償用電容器中沒有老化特性。

另外,因老化而導致靜電容量變小的電容器,當由于工序中的焊接作業(yè)等使溫度再次被加熱到居里溫度(約125°C)以上時,靜電容量將得到恢復。
而且,當電容器溫度降至居里溫度以下時,將再一次開始老化。


關于老化特性的原理

陶瓷電容器中的高誘電率系列電容器,現(xiàn)在主要使用以BaTiO3(鈦酸鋇)作為主要成分的電介質。
BaTiO3具有如下圖所示的鈣鈦礦(perovskite)形的晶體結構,在居里溫度以上時,為立方晶體(cubic),Ba2+離子位于頂點,O2-離子位于表面中心,Ti4+離子位于立方體中心的位置。

貼片電容晶體結構

上圖是在居里溫度(約125℃)以上時的立方體(cubic)的晶體結構,在此溫度以下的常溫領域,為一個軸(C軸)伸長,其他軸略微縮短的正方晶系(tetragonal)晶體結構。

此時,作為Ti4+離子在結晶單位的延長方向上發(fā)生了偏移的結果,產(chǎn)生極化,不過,這個極化即使在沒有外部電場或電壓的情況下也會產(chǎn)生,因此,稱為自發(fā)極化(spontaneous polarization)。
像這樣,具有自發(fā)極化,而且可以根據(jù)外部電場轉變自發(fā)極化的朝向的特性,被特稱為強誘電型。

貼片電容晶體

(有時將菱面體晶系稱為三方晶系,把斜方晶系稱為單斜晶系。)

另外,當將BaTiO3加熱到居里溫度以上時,晶體結構將從正方晶體向立方晶體進行相轉移。伴隨此變化自發(fā)極化將消失,并且疇也將不存在。


當將其冷卻到居里溫度以下時,在居里溫度附近,從立方晶體向正方晶體發(fā)生相轉移,并且C軸方向將延長約1%,其他軸將略微縮短,自發(fā)極化及疇將生成。同時晶粒將受到因變形而產(chǎn)生的壓力。

貼片電容老化

在此時,晶粒內生成多個微小的疇,各個疇所具有的自發(fā)極化處于即使在低電場的情況下也很容易發(fā)生相轉變的狀態(tài)。

如果在居里溫度以下,以無負載的狀態(tài)放置,隨著時間的延長,朝著隨機方向生成的疇將具有更大的尺寸,并且向著能量更趨穩(wěn)定的形態(tài)(圖90°domain)逐漸進行再配列,從而釋放由于晶體的變形而帶來的壓力。
除此之外,晶界層的空間電荷(移動緩慢的離子及空隙點等)將發(fā)生移動,并產(chǎn)生空間電荷的極化??臻g電荷的極化將對自發(fā)極化產(chǎn)生作用,阻礙自發(fā)極化的相轉變。

所以,自發(fā)極化從生成開始隨著時間的延長,逐漸向著自發(fā)極化趨于穩(wěn)定的狀態(tài)進行再配列,與此同時,在晶界層產(chǎn)生空間電荷極化,并使自發(fā)極化的相轉變受到阻礙。
在這種狀態(tài)下,為了使各疇所具有的自發(fā)極化發(fā)生相轉變,必需要有更強的電場。
與單位體積內的自發(fā)極化的相轉變相同的是電容率,因此如果減少在弱電場下發(fā)生相轉變的疇,靜電容量將降低。
上述內容被普遍認為是老化特性的原理。






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