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Guia para tipos de capacitores de cerâmica

O tipo de cerâmica usado nesses componentes eletrônicos oferece vários benefícios, incluindo baixa perda de energia e um grau razoável de estabilidade.No entanto, esses benefícios podem variar dependendo do material de cerâmica escolhido.Os capacitores de cerâmica têm o nome dos materiais de cerâmica de onde são feitos.Esses materiais consistem em partículas para-elétricas ou ferroeleétricas finamente moídas, misturadas com outras substâncias para obter as propriedades certas.Este artigo analisa mais de perto os capacitores de cerâmica, discutindo diferentes tipos, como capacitores de cerâmica do disco, capacitores de cerâmica de várias camadas (MLCCs) e capacitores de alimentação, cada um projetado para usos eletrônicos específicos.Ele também explica como os dielétricos de cerâmica são classificados em grupos como Classe 1 e Classe 2, apontando suas características únicas, respostas de temperatura e comportamento de capacitância.O artigo fala sobre como a tecnologia do capacitor evoluiu, melhorando o desempenho para atender às necessidades de circuitos eletrônicos precisos e de alta frequência.

Catálogo

Figura 1: Capacitores de cerâmica

Capacitor de cerâmica do disco

O capacitor de cerâmica do disco é facilmente reconhecido por sua forma redonda e forte construção.A parte principal deste capacitor é um disco de cerâmica e atua como material isolante para funcionar.O desempenho do capacitor depende muito de como os eletrodos são aplicados a este disco.Esses eletrodos são cuidadosamente colocados na superfície para garantir uma boa condutividade.

Uma vez que os eletrodos estiverem no lugar, os cabos são anexados.Esses leads são bons para estabelecer conexões elétricas, certificando -se de que o capacitor possa ser integrado a um circuito de maneira eficaz.A característica do capacitor de cerâmica do disco é o revestimento de resina que a cobre completamente.Este revestimento desempenha várias funções: protege o componente de danos físicos, protege contra fatores ambientais como umidade e mantém o desempenho elétrico, impedindo a contaminação.

Devido ao seu design forte, os capacitores de cerâmica do disco são muito confiáveis ​​e duradouros, tornando-os uma escolha popular em diferentes setores, como eletrônicos de consumo, sistemas de automóveis e equipamentos industriais.

Figura 2: Estrutura do capacitor de cerâmica do disco

Figura 3: Capacitor de cerâmica do disco

Capacitor MLCC

O capacitor de cerâmica de várias camadas (MLCC) é um componente principal na eletrônica moderna, especialmente na tecnologia montada na superfície (SMT).Este capacitor consiste em várias camadas de material dielétrico de cerâmica, empilhadas para maximizar a capacitância em uma forma compacta.A estrutura em camadas é cuidadosamente projetada com eletrodos metálicos colocados entre as camadas.Esses eletrodos criam conexões paralelas, aumentando a eficiência do capacitor.

Figura 4: Estrutura do capacitor MLCC

Os MLCCs são adequados para aplicações onde são necessárias alta capacitância e espaço físico mínimo.Nas configurações de montagem na superfície, as terminações finais dos MLCCs são projetadas com precisão para garantir uma forte fixação mecânica e excelente conectividade elétrica nas placas de circuito impresso (PCBs).Essas terminações são feitas de uma combinação de metais, como prata e paládio, e são então revestidas com níquel e estanho.Este revestimento melhora a solda e protege contra a oxidação.

Os avanços na tecnologia MLCC, incluindo o uso de dielétricos de alto K e técnicas de camadas refinadas, melhoraram bastante seu desempenho.Como resultado, os MLCCs agora são necessários em circuitos eletrônicos de alta densidade usados ​​em muitos dispositivos modernos.

Figura 5: MLCC Capacitor

Capacitor de alimentação

Os capacitores de alimentação são importantes em eletrônicos avançados porque ajudam a bloquear a interferência em situações em que cabos ou fios passam por áreas blindadas.Esses capacitores são projetados para manter a integridade do sinal filtrando a radiofrequência (RF) e a interferência eletromagnética (EMI).

O desenvolvimento de capacitores de cerâmica influenciou bastante a evolução dos capacitores de alimentação.Os projetos modernos de alimentação incorporam materiais dielétricos avançados, permitindo que eles operem efetivamente nas frequências de RF e microondas.Esses capacitores também são projetados para tolerar flutuações de tensão e manter o desempenho estável sob diferentes condições térmicas.

Figura 6: Estrutura do capacitor de alimentação

As inovações em materiais e técnicas de fabricação não apenas melhoraram o desempenho dos capacitores de alimentação, mas também os mantiveram econômicos para a produção em massa.Como resultado, esses capacitores são cada vez mais utilizados nas indústrias de telecomunicações, aeroespaciais e defesa.A melhoria contínua dos capacitores de alimentação destaca como eles precisam no progresso da tecnologia eletrônica.

Figura 7: Capacitor de alimentação

Tipos dielétricos de cerâmica

Capacitores de cerâmica Use diferentes tipos de materiais para isolamento e cada tipo é rotulado com códigos como C0G, NP0, X7R, Y5V e Z5U.Esses códigos não são aleatórios, indicam como o material reage a mudanças de temperatura e tensão.Para ajudar as pessoas a escolher os capacitores certos, os grupos da indústria criaram categorias diferentes para dielétricos de cerâmica.Essas categorias organizam os tipos de dielétricos usados ​​nos capacitores de cerâmica de acordo com como eles devem ser usados.

Para ajudar as pessoas a escolher os capacitores certos, os grupos da indústria criaram categorias diferentes para dielétricos de cerâmica.Essas categorias organizam os tipos de dielétricos usados ​​nos capacitores de cerâmica de acordo com como eles devem ser usados.

Capacitor de cerâmica de classe 1 dielétrico

Os capacitores de cerâmica de classe 1 são conhecidos por seu excelente desempenho, devido ao uso dos dielétricos da Classe 1.Esses dielétricos oferecem estabilidade notável e perdas mínimas, boas aplicações de precisão, como osciladores e filtros.A confiabilidade desses capacitores vem de sua capacidade de manter o desempenho em uma ampla gama de condições ambientais.

O desempenho excepcional dos dielétricos da Classe 1 decorre de sua composição específica.Eles são compostos de dióxido de titânio finamente moído (TiO2), depois misturados com vários aditivos para aprimorar as propriedades elétricas.Os aditivos incluem zinco, zircônio, nióbio, magnésio, tântalo, cobalto e estrôncio.Cada um desses elementos desempenha um papel na melhoria da estabilidade e eficiência do capacitor.Nos últimos anos, o uso de óxidos de terras raras, como neodímio e samário, tornou -se mais comum nos dielétricos C0G (NP0).Esses materiais são valorizados por sua capacidade de manter a estabilidade e minimizar a perda de sinal para preservar a integridade dos sinais elétricos em circuitos de alta precisão.

Figura 8: Capacitor de cerâmica Classe 1 dielétrico

Códigos de capacitores da classe 1

As características de desempenho dos capacitores de cerâmica Classe 1 são claramente indicadas por um código padronizado de três caracteres.Esse código fornece uma referência rápida e confiável ao comportamento do capacitor em resposta a variações de temperatura.

O primeiro caractere no código é uma letra que indica quanto a capacitância mudará com a temperatura, medida em peças por milhão por grau Celsius (ppm/° C).

O segundo caractere é um número que atua como multiplicador, dando mais detalhes sobre como a capacitância muda com a temperatura.

O terceiro caractere é outra letra que especifica o erro máximo permitido na variação da capacitância por grau Celsius.

Para entender completamente esses códigos, uma tabela detalhada é frequentemente usada, quebrando cada especificação.

Primeiro personagem		Segundo caractere		Terceiro caractere
Carta	Sig figs	Digit	Multiplicador 10x	Carta	Tolerância
C	0	0	-1	G	+/- 30
B	0,3	1	-10	H	+/- 60
L	0,8	2	-100	J	+/- 120
UM	0,9	3	-1000	K	+/- 250
M	1	4	1	L	+/- 500
P	1.5	6	10	M	+/- 1000
R	2.2	7	100	N	+/- 2500
S	3.3	8	1000	-	-
T	4.7	-	-	-	-
V	5.6	-	-	-	-
U	7.5	-	-	-	-

Tipos de capacitores da classe 1

NP0 (negativo-positivo-zero) ou c0g

O tipo C0G é altamente estável e mal muda com a temperatura.Possui uma margem de erro de apenas ± 30ppm/° C, tornando -o um material muito confiável na categoria cerâmica da classe 1 da EIA.O material C0G (NP0) mantém sua capacitância quase constante em uma ampla faixa de temperatura com menos de ± 0,3% de variação entre -55 ° C e +125 ° C.Sua mudança de capacitância ou histerese é mínima em ± 0,05%, o que é muito melhor do que a alteração de até ± 2% observada em alguns capacitores de filme.Os capacitores C0G (NP0) também têm um fator "Q" alto, geralmente acima de 1000, indicando excelente desempenho com perda mínima.Este alto "Q" permanece estável em diferentes frequências.C0G (NP0) possui absorção dielétrica muito baixa, menor que 0,6%, semelhante à mica, conhecida por baixa absorção.

Figura 9: NP0 (negativo-positivo-zero) ou c0g

N33

O capacitor N33 possui um coeficiente de temperatura de +33 ppm/° C, significa que sua capacitância aumenta lentamente à medida que a temperatura aumenta de maneira constante e previsível.Isso faz do N33 uma boa escolha para situações em que algumas mudanças na capacitância com a temperatura são boas, mas você ainda precisa de estabilidade geral.O N33 é encontrado nos circuitos de compensação de temperatura.Aqui, está mudando a capacitância ajuda a equilibrar as alterações relacionadas à temperatura em outras partes do circuito, mantendo todo o sistema funcionando bem.A capacitância do N33 geralmente varia de alguns picofarads a cerca de 1 microfarada, o que é normal para os capacitores de classe 1.O que torna o N33 especial é sua reação previsível às mudanças de temperatura.Mesmo sua ligeira dependência da temperatura, o N33 mantém baixa perda de energia e alta estabilidade e a torna uma opção confiável para circuitos eletrônicos de alta frequência e precisão.

P100, N150, N750, S2R

Os rótulos de temperatura como P100, N150, N750 e S2R nos dizem como o desempenho de um capacitor muda com a temperatura.Esses rótulos têm duas partes: uma carta e um número.

A carta mostra se a capacidade do capacitor de manter uma carga (capacitância) aumentará, diminuirá ou flutuará com a temperatura:

"P" significa que a capacitância aumenta à medida que a temperatura aumenta.

"N" significa que a capacitância diminui à medida que a temperatura aumenta.

"S" significa que a capacitância pode aumentar ou diminuir, dependendo da mudança de temperatura.

O número nos diz quanto a capacitância muda por grau Celsius.Por exemplo, um capacitor de P100 aumentará sua capacitância em 100 partes por milhão (ppm) para cada grau Celsius aumentou a temperatura.Esses capacitores são escolhidos para situações em que alguma mudança na capacitância devido à temperatura é boa.Eles são úteis para menos tarefas, como filtragem ou tempo, onde pequenas alterações não causam problemas e podem até economizar nos custos.Por outro lado, os capacitores NP0/C0G são usados ​​para tarefas onde a estabilidade é necessária porque não mudam com a temperatura.

Capacitor de cerâmica de classe 2 dielétrico

Os capacitores de cerâmica de classe 2 são feitos de materiais ferroelétricos como o titanato de bário (Batio3).Esses materiais dão aos capacitores uma constante dielétrica alta, que é muito maior do que o que você encontra na cerâmica da classe 1.Essa constante dielétrica mais alta significa que os capacitores de classe 2 podem armazenar mais carga elétrica em um volume menor, tornando -os perfeitos para aplicações que precisam de alta capacitância em espaços compactos, como filtros de fonte de alimentação e sistemas de armazenamento de energia.

No entanto, a alta permissividade dos materiais de classe 2 também apresenta alguns desafios.A capacitância desses capacitores pode variar com temperatura, tensão e envelhecimento.Por exemplo, sua capacitância não é consistente em diferentes temperaturas e pode mudar com a tensão aplicada.Os dielétricos da classe 2 são divididos ainda mais com base em quão estáveis ​​eles são com alterações de temperatura.A cerâmica 'estável no meio-K' possui constantes dielétricas entre 600 e 4000 e mantêm sua capacitância com uma variação de temperatura de até ± 15%.Por outro lado, a cerâmica 'alta K' tem constantes dielétricas entre 4000 e 18.000, mas são mais sensíveis às mudanças de temperatura que restringem seu uso a ambientes onde a temperatura não flutua muito.

Códigos de capacitores da classe 2

Nos capacitores de cerâmica da classe 2, um código de três caracteres é usado para descrever como o material se comporta.

O primeiro caractere é uma letra que mostra a temperatura mais baixa em que o capacitor pode trabalhar.

O caractere do meio é um número que informa a temperatura mais alta que pode suportar.

O último caractere, outra letra, indica quanto a capacitância muda na faixa de temperatura.Os significados desses códigos são explicados na tabela que vem com ela.

Primeiro personagem		Segundo caractere		Terceiro caractere
Carta	Baixa temperatura	Digit	Alta temperatura	Carta	Mudar
X	-55c (-67f)	2	+45c (+113f)	D	+/- 3,3%
Y	-30c (-22f)	4	+65 (+149f)	E	+/- 4,7%
Z	+10c (+50f)	5	+85 (+185f)	F	+/- 7,5%
-	-	6	+105 (+221f)	P	+/- 10%
-	-	7	+125 (+257f)	R	+/- 15%
-	-	-	-	S	+/- 22%
-	-	-	-	T	-0.6666667
-	-	-	-	U	-0.39285714
-	-	-	-	V	-0.26829268

Tipos de capacitores da classe 2

Capacitores X7R Funciona bem em uma ampla faixa de temperatura, de -55 ° C a +125 ° C.Dentro desse intervalo, sua capacitância só muda em cerca de ± 15%, embora possa diminuir ao longo do tempo devido ao envelhecimento.Esses capacitores são úteis em fontes de alimentação, desacoplamento e circuitos de desvio, onde são necessárias mudanças consistentes de temperatura.Embora possam não ser os melhores para aplicações que precisam de capacitância exata, elas são confiáveis ​​para o uso eletrônico geral em ambientes com temperaturas variadas, mas não extremas.

Capacitores X5R são semelhantes aos capacitores X7R, mas operam dentro de uma faixa de temperatura ligeiramente mais estreita, de -55 ° C a +85 ° C.Isso significa que eles são menos ideais para ambientes de alta temperatura.No entanto, eles ainda são usados ​​em eletrônicos de consumo, como dispositivos móveis e laptops, onde as mudanças de temperatura são moderadas.Os capacitores X5R mantêm sua capacitância estável dentro de ± 15% na faixa de temperatura, tornando -os bons para tarefas como suavizar e desacoplar em ambientes internos diários.

Capacitores Y5V Trabalho dentro de uma faixa de temperatura limitada, de -30 ° C a +85 ° C, e sua capacitância pode variar amplamente, de +22% a -82%.Devido a essa grande variação, eles são melhores para aplicações onde a capacitância exata não é necessária.Esses capacitores são encontrados em áreas menos exigentes de eletrônicos comerciais.Eles costumam ser usados ​​em brinquedos e produtos de consumo em geral, onde as condições ambientais são controladas.

Capacitores Z5U Opere em uma faixa de temperatura estreita de +10 ° C a +85 ° C, com alterações de capacitância variando de +22% a -56%.Eles são usados ​​em eletrônicos de consumo, onde o custo é mais importante que a estabilidade precisa.Embora os capacitores Z5U não sejam tão confiáveis ​​sob estresse ambiental, eles funcionam bem em condições estáveis ​​e previsíveis.Eles geralmente são usados ​​em equipamentos de áudio e vídeo ou gadgets de consumo de baixo custo.

Figura 10: Capacitores Z5U

Capacitor de cerâmica de classe 3 dielétrico

Os capacitores de cerâmica de classe 3 se destacam por sua permissividade extremamente alta, às vezes atingindo valores 50.000 vezes maiores que alguma cerâmica de classe 2.Isso permite que eles atinjam níveis de capacitância muito altos, tornando-os adequados para aplicações especializadas que requerem capacitância substancial, como sistemas de transmissão de energia e experimentos de física de alta energia.

Os capacitores da classe 3 têm desvantagens.Eles não são muito precisos ou estáveis, com características de temperatura não lineares e altas perdas que podem piorar com o tempo.Esses capacitores não podem ser usados ​​na fabricação multicamada que os exclui de serem feitos nos formatos de tecnologia de montagem de superfície (SMT).À medida que os dispositivos eletrônicos modernos dependem cada vez mais da SMT para miniaturização e desempenho aprimorado, o uso da cerâmica da classe 3 diminuiu.Essa tendência também se reflete no fato de que os principais órgãos de padronização como o IEC e o EIA não padronizam mais esses capacitores, apontando para um movimento em direção a tecnologias mais confiáveis ​​e estáveis.

Tipos de capacitores da classe 3

Código	Temperatura Faixa	Capacitância Mudar	Aplicações
Z5p	+10 ° C a +85 ° C	+22%, -56%	Usado em circuitos eletrônicos de consumo e fonte de alimentação.
Z5U	+10 ° C a +85 ° C	+22%, -82%	Ideal para circuitos e filtros de tempo.
Y5p	-30 ° C a +85 ° C	+22%, -56%	Adequado para uso de uso geral, principalmente para o bloqueio de DC.
Y5u	-30 ° C a +85 ° C	+22%, -82%	Utilizado em aplicativos de acoplamento e desvio do capacitor.
Y5V	-30 ° C a +85 ° C	+22%, -82%	Usado para armazenamento de energia e aplicações de suavização.

Capacitor de cerâmica de classe 4 dielétrico

Os capacitores de cerâmica da classe 4, antes conhecidos como capacitores da camada de barreira, usaram dielétricas de alta permissividade semelhantes às dos capacitores da classe 3.Embora esses materiais ofereçam alta capacitância, os avanços na tecnologia de capacitores levaram à sua fase gradual.

A afastamento dos dielétricos da Classe 4 é um sinal de como os componentes eletrônicos continuam a evoluir.As tecnologias de capacitores mais recentes agora se concentram não apenas no ajuste em dimensões físicas específicas, mas também em atender às demandas operacionais dos circuitos eletrônicos modernos.Essa mudança destaca a inovação contínua em materiais eletrônicos, com dielétricos novos e mais eficientes sendo criados para atender aos padrões em evolução e demandas de desempenho da indústria.

Vantagens de capacitores de cerâmica

• Os capacitores de cerâmica são baratos de produzir, tornando -os uma opção acessível para muitos dispositivos eletrônicos, desde aparelhos cotidianos a máquinas industriais.

• Os capacitores de cerâmica têm um desempenho muito bom em situações de alta frequência.Eles têm baixa indutância e resistência parasitária que os tornam ótimos para circuitos rápidos e de alta velocidade.

• Os capacitores de cerâmica têm baixa ESR, aumenta a eficiência do circuito, reduzindo a perda de energia.Isso é útil nos circuitos de regulamentação e fonte de alimentação de tensão.

• Os capacitores de cerâmica não são polarizados, o que significa que eles podem ser usados ​​nos circuitos CA ou onde a direção da tensão pode mudar, diferentemente dos capacitores eletrolíticos.

• Os capacitores de cerâmica vêm em vários estilos de embalagem, incluindo formas de dispositivo com chumbo e montagem de superfície (SMD), como o MLCCS, facilitando o uso em diferentes designs eletrônicos.

• Os capacitores de cerâmica são confiáveis ​​e duráveis, com um bom desempenho sob várias condições ambientais.Ao contrário dos capacitores eletrolíticos, eles são resistentes a vazamentos e secas.

Desvantagens dos capacitores de cerâmica

• Os capacitores de cerâmica não fornecem alta capacitância, como capacitores eletrolíticos.Isso limita seu uso em áreas que precisam de grande capacitância, como filtros de energia ou circuitos de áudio.

• A capacitância dos capacitores de cerâmica pode mudar com a temperatura.Por exemplo, os capacitores Y5V podem ter grandes variações, afetando potencialmente o desempenho do circuito se não for gerenciado adequadamente.

• Os capacitores de cerâmica podem experimentar mudanças na capacitância com diferentes níveis de tensão, conhecidos como efeito de viés de DC que pode reduzir sua eficácia em várias condições.

• Os capacitores de cerâmica podem ser quebradiços.Os capacitores de cerâmica de várias camadas (MLCCs) são propensos a rachaduras devido ao estresse físico, como a flexão da placa de circuito ou o manuseio bruto.

Conclusão

A discussão em torno dos capacitores de cerâmica destaca seu papel na redução da interferência eletromagnética, melhorando a qualidade do sinal e mantendo os circuitos estáveis.À medida que a tecnologia avança, é importante continuar melhorando os materiais e métodos de fabricação para os capacitores de cerâmica atender às crescentes demandas da eletrônica moderna.Este artigo não apenas explica os detalhes e tipos técnicos de capacitores de cerâmica, mas também enfatiza sua importância em tornar os dispositivos eletrônicos mais eficientes e confiáveis ​​no mundo da tecnologia acelerada de hoje.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. Como você identifica um capacitor de cerâmica?

Para identificar um capacitor de cerâmica, procure um componente pequeno, em forma de disco ou em camadas.Ao contrário dos capacitores eletrolíticos, os capacitores de cerâmica não têm marcas de polaridade.Eles podem ter códigos ou números que mostram capacitância, classificação de tensão ou tolerância.Essas marcações geralmente estão em um formato padrão, como o EIA.Você pode usar um conjunto multímetro para medir a capacitância para confirmar se é um capacitor de cerâmica.Se você não tiver um multímetro, também pode verificar sua aparência e comparar os códigos com um gráfico de capacitores ou folha de dados para verificar.

2. X7R é melhor que Y5V?

Decidir entre os capacitores X7R e Y5V depende do que você precisa.Os capacitores X7R são melhores se você precisar de desempenho estável em uma ampla faixa de temperatura (-55 ° C a +125 ° C) com apenas pequenas alterações na capacitância (± 15%).Por outro lado, os capacitores Y5V têm uma mudança muito maior na capacitância com a temperatura ( +22/-82%) e trabalham em uma faixa de temperatura menor (-30 ° C a +85 ° C).Portanto, o X7R é a melhor escolha para condições mais difíceis em que a estabilidade é importante.

3. O x8R é melhor que o X7R?

O X8R não é uma designação comum nas classificações padrão do capacitor.Se se referir a um capacitor que opera em uma faixa de temperatura mais ampla que o X7R, seria melhor em aplicações onde as temperaturas extremas são esperadas.No entanto, como o X8R não é padrão, o X7R continua sendo a escolha mais confiável e preferível devido às suas características conhecidas e estáveis.

4. Posso substituir um capacitor de cerâmica por um UF mais alto?

Sim, você pode substituir um capacitor de cerâmica por uma de uma capacitância mais alta (µF), desde que a classificação de tensão e outros parâmetros operacionais correspondam aos requisitos do circuito.Isso geralmente é feito para obter melhor desempenho ou acomodar a disponibilidade de componentes.No entanto, verifique se o tamanho físico e as características de frequência se ajustam à aplicação, pois elas podem afetar o circuito.

5. Posso substituir o capacitor de cerâmica pelo capacitor de filme?

Sim, substituir um capacitor de cerâmica por um capacitor de filme é viável.Os capacitores de filmes oferecem melhor tolerância, perdas mais baixas e mais estabilidade ao longo do tempo e da temperatura em comparação com os capacitores de cerâmica.Verifique se as classificações de tensão e capacitância são compatíveis.Os capacitores de filmes são frequentemente maiores; portanto, considere o espaço físico em seu design.

6. Posso usar um capacitor de 440V em vez de um 370V?

Sim, o uso de um capacitor com uma classificação de tensão mais alta (440V) em vez de um menor (370V) é geralmente seguro.A classificação de tensão mais alta significa que o capacitor pode lidar com diferenças potenciais mais altas sem risco de falha.Sempre garanta que a capacitância e outras especificações atendam aos requisitos do circuito.

7. Posso substituir um capacitor de 250V por 450V?

Sim, é seguro substituir um capacitor de 250V por um capacitor de 450V.A classificação de tensão mais alta fornece uma margem de segurança maior, pois o capacitor pode suportar tensões mais altas.Como em outras substituições, verifique se a capacitância, o tamanho físico e outras especificações correspondem às necessidades do seu aplicativo, para manter a funcionalidade e a segurança do seu dispositivo eletrônico.