หลักการทำงานและการจำแนกประเภทของตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เก็บพลังงานในรูปของสนามไฟฟ้า ประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นคั่นด้วยสารอิเล็กทริกหรือไม่นำไฟฟ้า ประเภทของตัวเก็บประจุแบ่งคร่าวๆ เป็นความจุคงที่และความจุแปรผัน ที่สำคัญที่สุดคือตัวเก็บประจุที่มีความจุคงที่ แต่ก็มีตัวเก็บประจุที่มีความจุแปรผันด้วย เช่น ตัวเก็บประจุแบบหมุนหรือแบบละเอียด ตัวเก็บประจุที่มีความจุคงที่แบ่งออกเป็น ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า และตัวเก็บประจุแบบตัวนำยิ่งยวด บทความนี้จะแนะนำหลักการทำงาน โครงสร้าง และลักษณะการใช้งานของตัวเก็บประจุแบบเซรามิกโดยย่อ

1. ขั้วของตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกมักพบในอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด ซึ่งใช้วัสดุเซรามิกเป็นไดอิเล็กทริก ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกเป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีขั้ว ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่มีขั้ว จึงสามารถเชื่อมต่อไปในทิศทางใดก็ได้บนแผงวงจร ดังนั้นจึงมักจะปลอดภัยกว่าตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามาก นี่คือสัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุแบบไม่โพลาไรซ์ที่ระบุด้านล่าง ตัวเก็บประจุหลายประเภท เช่น ตัวเก็บประจุแทนทาลัมบีด ไม่มีขั้ว

2. โครงสร้างและประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

ตัวเก็บประจุเซรามิกมีสามประเภทหลัก แต่มีประเภทอื่นให้เลือก:

1. ตัวเก็บประจุแบบดิสก์เซรามิกแบบตะกั่วสำหรับการติดตั้งรูทะลุพร้อมการเคลือบเรซิน

2. ตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้นแบบยึดบนพื้นผิว (MLC)

3. ตัวเก็บประจุเซรามิกดิสก์ไร้สารตะกั่วเปลือยไมโครเวฟชนิดพิเศษที่ออกแบบมาให้ติดตั้งในช่องบน PCB

ตัวเก็บประจุแผ่นเซรามิกทำโดยการเคลือบทั้งสองด้านของแผ่นเซรามิกด้วยหน้าสัมผัสสีเงิน ดังแสดงในรูปด้านบน ตัวเก็บประจุแบบแผ่นเซรามิกมีค่าความจุประมาณ 10pF ถึง 100 μ F และพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลาย ตั้งแต่ 16V ถึง 15KV หรือมากกว่านั้น

เพื่อให้มีความจุที่สูงขึ้น อุปกรณ์เหล่านี้สามารถประกอบด้วยหลายชั้นได้ MLCC ผลิตจากส่วนผสมของวัสดุพาราอิเล็กทริกและเฟอร์โรอิเล็กทริก หรือเคลือบหลายชั้นด้วยหน้าสัมผัสโลหะ หลังจากกระบวนการแบ่งชั้นเสร็จสิ้น ให้วางอุปกรณ์ไว้ที่อุณหภูมิสูงและเผาส่วนผสมจนได้วัสดุเซรามิกที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ ในที่สุด ตัวเก็บประจุผลลัพธ์จะประกอบด้วยตัวเก็บประจุขนาดเล็กจำนวนมากที่เชื่อมต่อแบบขนาน ซึ่งส่งผลให้ความจุเพิ่มขึ้น

เป็นที่เข้าใจกันว่า MLCC ประกอบด้วยมากกว่า 500 ชั้น โดยมีความหนาของชั้นขั้นต่ำประมาณ 0.5 ไมครอน เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าไป ความหนาของชั้นจะลดลงและความจุจะเพิ่มขึ้นที่ปริมาตรเท่าเดิม

ไดอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุเซรามิกนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละผู้ผลิต แต่สารประกอบทั่วไป ได้แก่ ไทเทเนียมไดออกไซด์ สตรอนเทียมไททาเนต และแบเรียมไททาเนต

หลักการทำงานของตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

3. การจำแนกประเภทของตัวเก็บประจุแบบเซรามิก

ตามวัสดุเซรามิกที่แตกต่างกัน พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นตัวเก็บประจุเซรามิกความถี่ต่ำและตัวเก็บประจุเซรามิกความถี่สูง ตามรูปแบบโครงสร้าง ตัวเก็บประจุสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท เช่น ตัวเก็บประจุแบบดิสก์ ตัวเก็บประจุแบบท่อ ตัวเก็บประจุทรงสี่เหลี่ยม ตัวเก็บประจุแบบแผ่น และตัวเก็บประจุแบบทะลุรู ตัวเก็บประจุเซรามิกประเภทต่างๆ ได้รับการกำหนดตามช่วงอุณหภูมิการทำงาน การเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ และความทนทาน

1. ตัวเก็บประจุเซรามิกคลาส I

ความจุประเภทนี้เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิเป็นหลัก ตัวเก็บประจุเหล่านี้เป็นตัวเก็บประจุที่เสถียรที่สุดและมีลักษณะเกือบเป็นเส้นตรง

สารประกอบที่พบมากที่สุดที่ใช้เป็นไดอิเล็กทริกคือ:

A. แมกนีเซียมไททาเนตที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก

B. แคลเซียมไททาเนตสำหรับตัวเก็บประจุที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นลบ

2. ตัวเก็บประจุเซรามิกคลาส II

ตัวเก็บประจุประเภทนี้แสดงประสิทธิภาพที่ดีกว่าในแง่ของประสิทธิภาพเชิงปริมาตร แต่สิ่งนี้มาพร้อมกับความแม่นยำและความเสถียรที่ต่ำกว่า ดังนั้นจึงมักใช้ในการแยกส่วน การเชื่อมต่อ และบายพาส โดยที่ความแม่นยำไม่สำคัญ

A. ช่วงอุณหภูมิ: -50 ° C ถึง +85 ° C

B. ปัจจัยการกระจาย: 2.5%

C. ความแม่นยำ: แย่

3. ตัวเก็บประจุเซรามิกคลาส III

ตัวเก็บประจุเซรามิกประเภทนี้มีประสิทธิภาพเชิงปริมาตรสูง ความแม่นยำต่ำ และปัจจัยการสูญเสียต่ำ ไม่สามารถทนต่อไฟฟ้าแรงสูงได้ อิเล็กทริกที่ใช้มักจะเป็นแบเรียมไททาเนต

A. ตัวเก็บประจุ Class III ปรับความจุได้ -22% ถึง +50%

B. ช่วงอุณหภูมิคือ +10 ° C ถึง +55 ° C.

C. ปัจจัยการกระจาย: 3 ถึง 5%

D. มีความแม่นยำค่อนข้างต่ำ (ปกติ 20% หรือ -20/+80%)

E. โดยทั่วไปใช้สำหรับการแยกส่วนหรือแอปพลิเคชันจ่ายไฟอื่นๆ ที่ความถูกต้องไม่ใช่ปัญหา