Condensateur céramique | C'est la construction et les caractéristiques | Types et utilisations importants

Points de discussion

  • Définition et aperçu
  • Construction et styles des condensateurs en céramique
  • Condensateurs céramiques multicouches
  • Condensateurs de puissance en céramique
  • Caractéristiques électriques

Définition et aperçu

Condensateur

Un condensateur est défini comme un appareil électrique passif qui stocke de l'énergie électrique dans un champ électrique. C'est un appareil à deux terminaux.

Capacitor Ceramic

Un condensateur céramique est une sorte de condensateur où la poudre céramique est utilisée comme matériau diélectrique.

Les condensateurs céramiques ont une valeur fixe. Il se compose de plus de deux couches alternées de céramique et d'une couche métallique, qui agit comme électrode du condensateur. La composition du condensateur représente le comportement électrique, et donc, ils ont des applications différentes. Il existe deux types de condensateurs céramiques.

Condensateurs céramiques, source d'image - ElcapCondensateur à disques en céramiqueCC0 1.0

Condensateur céramique de type classe 1:

Ces condensateurs offrent une stabilité plus élevée et des pertes plus faibles pour les applications dans les circuits résonants.

Condensateur céramique de type classe 2:

Ces condensateurs offrent une efficacité volumétrique plus élevée pour les applications de tampon, de dérivation et de couplage.

Les condensateurs céramiques multicouches sont les condensateurs les plus utilisés dans les appareils électroniques. C'est pourquoi c'est aussi le condensateur le plus produit (plus que n'importe quel condensateur). La gamme de produits est d'environ un billion d'unités par an!

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Construction et styles des condensateurs en céramique

Les condensateurs céramiques sont constitués d'un mélange d'excellents granules de matériaux paraélectriques, mélangés avec précision avec d'autres types de matériaux pour atteindre les caractéristiques souhaitées. Des granulés broyés de matériaux ferroélectriques peuvent également être utilisés pour le mélange. La céramique est séparée du mélange et frittée à haute température.

Étant l'un des types de condensateurs les plus populaires, un condensateur céramique a différents styles et formes. Certains d'entre eux sont décrits ci-dessous.

  • Condensateur à puce céramique multicouche (MLCC): Il est rectangulaire et utilisé comme but de montage en surface.
  • Condensateur à disque en céramique (CDC): Un disque monocouche a une couche de résine. Il a des fils traversants.
  • Condensateur céramique traversant (FCC): C'est un condensateur en forme de tube dont la métallisation interne est mise en contact avec un plomb, métallisation externe pour le soldat. Il est utilisé comme condensateur de dérivation dans les circuits haute fréquence.
  • Condensateur de puissance céramique (CPC): Ce type de condensateur céramique a un corps en céramique plus grand, et il est spécialement conçu pour les applications haute tension.

Condensateur céramique multicouche (MLCC)

Condensateur céramique multicouche (MLCC), structure interne d'un condensateur MLCC - 1. Céramique diélectrique
2. Couche extérieure en céramique
3. Électrode
4. Surface de contact, source de l'image - Elcap, Jens Both, version SVG: Hk kngDétails de la structure du MLCCCC BY-SA 3.0

Construction MLCC:

Il est constitué de condensateurs individuels, placés les uns après les autres via les surfaces des bornes. Le matériau principal nécessaire pour construire chaque MLCC est les granulés broyés de matériaux paraélectriques, qui sont encore modifiés par l'ajout de certains additifs prédéterminés. Les matériaux ferroélectriques peuvent également servir cet objectif, comme mentionné précédemment. Maintenant, tous ces matériaux en poudre sont mélangés de manière égale. Le fabricant détermine la composition du mélange et la taille des particules.

Une fine feuille de céramique est utilisée à partir d'une suspension de poussière avec un dossier à feuilles mobiles approprié. La feuille est ensuite découpée en feuilles de taille égale avec de la pâte métallique. Ces feuilles seront les électrodes du condensateur. Dans un autre processus automatisé, les feuilles sont conservées les unes après les autres dans un nombre requis de couches. Ils sont également solidifiés en exerçant une pression. La valeur de capacité est également déterminée par la permittivité relative, la taille et le nombre de couches.

Après le processus de découpe, le mélange est brûlé hors des couches empilées. Maintenant, un processus de frittage se produit entre 1200 et 1450 degrés Celsius. Il produit la structure cristalline finale et principale. La combustion forme les propriétés diélectriques souhaitées. Après la combustion, le nettoyage et la métallisation des deux surfaces sont effectués. Le processus de métallisation relie les extrémités et l'électrode interne en connexions parallèles. Le condensateur est également introduit avec des bornes dans le processus de métallisation.

Miniaturisation MLCC:

La formule de la capacité d'un condensateur MLCC est basée sur la procédure d'un condensateur à plaques parallèles, qui comporte plusieurs couches. Il est donné comme suit.

C = (ε. N. A) / d

Ici, ε est la permittivité du matériau diélectrique. Un support pour la surface de l'électrode, «n» est le nombre de couches et d est la distance entre les électrodes.

Une valeur plus considérable de «A», c'est-à-dire une plus grande surface d'électrode et un diélectrique plus mince, augmente finalement la valeur de capacité du condensateur MLCC. Un matériau avec une permittivité plus élevée fait de même pour le condensateur MLCC.

L'ère de la numérisation a accru le besoin de miniaturisation. Une miniaturisation MLCC implique la réduction de l'épaisseur diélectrique et simultanément l'augmentation du nombre de couches. Il n'est pas nécessaire de le dire, mais le processus demande d'énormes efforts et une grande expertise.

En 1995, la valeur minimale de l'épaisseur de la couche diélectrique possible était de près de quatre micromètres. Au fil du temps, l'épaisseur diminue progressivement avec l'avancement des technologies. En 2005, l'épaisseur mesurée était proche de 1 micromètre. Et cinq ans plus tard, la consistance a été mesurée à 0.5 micromètre.

La réduction de la taille de ces condensateurs est obtenue en réduisant la taille du grain de puissance et en rendant les couches plus minces. Les progrès technologiques ont aidé le fabricant à contrôler le processus plus précisément. C'est pourquoi un plus grand nombre de couches sont empilées.

Qu'est-ce que les condensateurs de puissance en céramique?

Condensateurs de puissance en céramique

Les condensateurs céramiques utilisés dans les applications à très haute puissance ou haute tension sont appelés condensateurs de puissance céramiques.

Les matériaux utilisés pour fabriquer un condensateur de puissance en céramique sont les mêmes que ceux utilisés pour fabriquer de petits condensateurs en céramique. Ce type a des applications dans les systèmes d'alimentation haute tension, les transformateurs électriques et diverses installations électriques.

Auparavant, la partie variation de puissance était détenue séparément par les composants de puissance électrique. Maintenant, la distinction entre «électronique» et «électrique» devient moins nette. Auparavant, la limite au milieu de l'électrique et de l'électronique était à peu près à une puissance réactive de 200 volts ampères. L'électronique des temps modernes peut gérer l'excès d'énergie.

Habituellement, les condensateurs céramiques de puissance sont conçus pour une valeur de puissance supérieure à 200 volts-ampères. Les condensateurs de puissance en céramique ont une grande diversité de styles. La bonne plasticité de la matière céramique brute et la rigidité diélectrique plus élevée de la céramique ouvrent la voie à de nombreuses applications et expliquent la diversité. Ces condensateurs de puissance ont déjà passé des décennies sur le marché.

La production dépend de l'exigence car l'exigence de haute stabilité et de faibles pertes conduit à la production de condensateurs de puissance de classe 1. De même, une condition de rendement volumétrique élevé conduit à la production de condensateurs de puissance céramiques de classe 2. Les types de condensateurs de classe 1 sont généralement utilisés pour les circuits résonants, tandis que les types de classe 2 sont utilisés comme disjoncteurs, lignes de distribution électrique et alimentations haute tension.

La taille des condensateurs de puissance peut être considérable. Travailler dans une application haute puissance peut générer beaucoup de chaleur. C'est pourquoi certains types particuliers de condensateurs de puissance en céramique ont des installations de refroidissement par eau.

Condensateur céramique de puissance, source d'image - ElcapKerko-HV-ScheibenkondensatorCC BY-SA 3.0

Caractéristiques électriques

Circuit équivalent en série

Le circuit ci-dessous spécifie le modèle.

Circuit équivalent en série du condensateur céramique, source d'image - I, KaneiderdanielCondensateur à film ErsatzschaltbildCC BY-SA 3.0

C est la capacité du condensateur; RESR est la résistance série équivalente, qui prend en compte toutes les pertes ohmiques. LESL est l'inductance série équivalente et considérée comme l'inductance propre du condensateur. La résistance aux fuites est sombre.

Capacité, valeurs standard et tolérances

L'écart en pourcentage autorisé par rapport à la valeur nominale de la capacité est appelé tolérance du condensateur. Des applications particulières peuvent déterminer la valeur de capacité requise.

Impédance

Un condensateur standard est considéré comme un composant de stockage de l'énergie électrique. Parfois, il est utilisé comme élément résistif dans un circuit CA. Un condensateur électrolytique est utilisé comme condensateur de découplage dans un cours. Il bloque la composante continue du signal à l'aide du matériau diélectrique.

ESR, facteur de dissipation, facteur de qualité

Les condensateurs de puissance en céramique subissent des pertes ohmiques AC. La perte CC est connue sous le nom de «courant de fuite» et est négligeable dans un but spécifique CA. La perte CA ohmique est de type non linéaire et dépend de la fréquence, de l'humidité et de la température. Il y a deux conditions physiques derrière les pertes.

  • Les pertes de ligne se produisent en raison de la résistance interne de la ligne d'alimentation. La résistance de connexion du contact d'électrode a également une certaine influence sur celui-ci.
  • La perte diélectrique se produit en raison de la polarisation diélectrique.

ESR ou résistance série équivalente est spécifiée comme le total des pertes résistives totales d'un condensateur. Cela peut également être identifié comme facteur de dissipation (DF, tan δ) ou comme facteur de qualité (Q) selon les besoins.

Le facteur de dissipation est couramment utilisé pour spécifier les condensateurs de classe 2. Elle est déterminée comme la valeur tangentielle de la réactance (Xc - XL).

La formule suivante le représente.

tan δ = ESR * C

Contrairement aux condensateurs de classe 2, les condensateurs de classe 1 utilisent le facteur de qualité (Q) pour la spécification. Le facteur de qualité (Q) est l'inverse du facteur de dissipation (DF).

Q = 1 / bronzage = f0 / B

B est la bande passante, et f0 est la fréquence de résonance.

À propos de Sudipta Roy

Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications.
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