Nejhorší vlastnost keramických kondenzátorů

Keramické kondenzátory jsou super! Jsou malé, levné a mají kapacitu až několik uF. Přesto mají jednu zásadní nevýhodu: Napěťovou a teplotní závislost. Zjednodušeně řečeno: C0G je v perfektní, X7R je v pohodě a Z5U je hrůza. Týká se to jednak pracovního rozsahu teplot a pak taky jak moc se kapacita v daném rozsahu mění. C0G je v tomto ohledu perfektní. Má sice malou kapacitu, ale nemění se ani s napětím ani s teplotou. X7R má výrazně vyšší kapacitu, která se v rozsahu -55+125°C mění jen o +-15%, ale už závisí na napětí a proto potřeba používat vždy kondenzátory na napětí alespoň 2x vyšší, než je v obvodu očekávané. A nakonec je tu Z5U nebo Y5V, pro které platí stejné pravidlo ohledně napětí jako X7R, ale navíc mají šílenou teplotní závislost, jak je vidět na obrázku výše.

Jak je od sebe poznat?

Dají se poznat snadno – stačí na ně fouknout fénem nebo horkovzduškou nastavenou na 120°C. Pokud to bude COG nezmění se kapacita vůbec, u X7R se změní trochu, u Z5U/Y5V klesne klidně o 80%. Bohužel všechny THT kondíky >1nF jsou zpravidla Y5V, hlavně ty levné. Takže když si z Aliexpressu koupíte sadu THT keramik, i kdyby u nich prodejce udával, že jsou X7R, nejsou. Zkuste si na ně fouknout 120°C horkovzduškou. X7R se THT opravdu nedělají. X7R THT MLCC se sice dělají, ale 10,-Kč za malý keramický kondenzátor je už hodně. Co s tím? Buď se spokojit s Y5V pro nějaký bastl nebo levnou spotřební elektroniku a nebo použít SMD variantu, kde je X7R naprosto běžné. O důvod víc, proč je stále více spotřební elektroniky v SMDčku.

COG lze od X7R ještě poznat napěťovou závislostí, kterou X7R má a C0G nemá. Při připojení k C-metru s předpětím bude mít C0G pořád stejnou kapacitu, zatímco u X7R kapacita výrazně klesně. Y5V se zde bude chovat stejně jako X7R.

//Obrázek multimetru s připojeným předpětím.//

Značení

Ve skutečnosti existuje více typů dielektrik, jen tyto jsou z nich nejčastější. Samotný název naštěstí není nesmyslný, ale něco o kondenzátoru říká. První značení je pro paraelektrická dielektrika (různé oxidy), tzv. Třída 1, mezi které patří C0G. Zesilují elektrické pole jen málo (mají relativně malou relativní permitivitu, ε_r=10-100), ale zato žádnou nebo malou teplotní závislost, která je navíc lineární. Jsou dlouhodobě stabilní, nízkoztrátové (tgδ<0,0015) a kapacita nezávisí na napětí!

Až na tu malou teplotní závislost je to tedy ideální kondenzátor! Jedinou nevýhodou je malá permitivita, takže se z nich zpravidla nedělají kondenzátory větší než asi 100pF. Opět, když si připlatíte, tak samozřejmě můžete mít 100nF/25V C0G ve 1206 SMD provedení, jen bude 1kus stát 8,-Kč místo 0,8Kč. Ale v levné kategorii ani THT provedení se nedělá. To je ostatně dobrá míra toho, co je náročné na výrobu – že se to v levné kategorii neprodává.

Druhé značení je pro feroelektrická dielektrika (např. BaTiO₂) tzv. Třída 2, která zesilují elektrické pole tak, jako feromagnetcké materiály zesilují pole magnetické. Stejně jako v železe jsou v X7R domény shodně orientovaných dipólů (v tomto případě elektrických), které se při připojení elektrického pole natáčejí a zesilují ho tak výrazně více. Díky tomu mají ε_r>>1 obvykle 1000-5000, ale zároveň dochází k jejich saturaci. Stejně jako cívce na železném jádře začne od určitého proudu klesat indukčnost vlivem saturace jádra, i zde začne s napětím výrazně klesat permitivita dielektrika a tím i kapacita. A to je jev, který u X7R a dalších nelineárních dielektrik pozorujeme jako velkou napěťovou závislost!

Tabulka typů

EN/IEC	EIA-198	TESLA	Tolerance s teplotou	Teplotní rozsah	Tolerance s napětím
NP0	C0G	–	-0,2%	-55 +125°C	0
N047	T1G	TK75x “J” TK656 (š)	-+0,5%	-55 +125°C	0
N750	U2J	TK77x “U” TK676 (f)	-+7,5%	-55 +125°C	0
N1500	P3K	TK79x “V” TK696 (z)	-+15%	-55 +125°C	0
2B4	Y5P	TK72x “F”	-10%	-25 +85°C	-10%
2C4	Y5S	TK626 (h)	+-20%	-25 +85°C	-20%
(2X2)	X5R	–	+-15%	-55 +125°C	-40% až -80%*
(2X1)	X7R	–	+-15%	-55 +125°C	-40% až -80%*
2E4	Y5U	TK74x “W” TK666 (čv)	-60%	-25 +85°C	-20%**
3E4	Y5V	TK68x “N”	-60%	-25 +85°C	-60% až -90%*
(2E6)	Z5U	–	-60%	+10 +85°C	-60% až -90%*

Nutno dodat, že u keramických kondíků TK6x6 se typ pozná podle barevné hlavičky, u TK7xx podle velkého písmena. Malé písmeno “d” značí kondík TK7x5 na 250V, žádné označení nebo “s” je na 40V. TK68x jsou na 32V “q” nebo na 12,5V “n”, ale ty je vzhledem k poklesu kapacity o 50% s teplotou i napětím lepší nepoužívat.

Takže např. “150p Jd” je TK755 150pF/250V N047 nebo “4n7 Fs” je TK724 4,7nF/40V Y5P

Teplotní charakterisatiky

(Vishay) https://www.vishay.com/docs/28536/geninfo-cd-rfi-safcaps.pdf

Závislost na frekvenci

NP0 je opět lepší než X7R. NP0 má td=x, X7R má td=100x.

Stárnutí

kuk

Jak určit napětí kondenzátoru?

Mám neznámý kondenzátor a zajímá mě jeho jmenovité napětí. Kapacitu změřím snadno. U NP0 a dalších napěťově nezávislých keramik nezjistím nic, protože průrazné napětí leží výrazně nad jmenovitým, takže s tím budu mít stejný problém jako u svitků. O důvod víc, proč malé vypájené keramiky neschovávat. Při výměně v zařízení lze napětí usuzovat ze zbytku zapojení, dalších kondíků v obvodu, nebo tam připojit kondík na co nejvyšší napětí a na něm po zapnutí změřit, jestli by nestačil menší.

Ale co když mám třeba od Aliho keramické kondíky 10uF/100V X7R v pouzdře 0805, což samo o sobě zní dost nereálně, a chci si ověřit, jestli je opravdu na 100V. Tady se dá perfektně využít napěťové závislosti a měřit kondenzátor s předpětím z laboratorního zdroje. Ze zkušenosti s X7R: Napětí, kdy kapacita klesne o 60%, odpovídá jmenovitému napětí kondu. Já osobně mám u těch pár hodnot keramik, které používám nejčastěji napsanou toleramci třeba -15%/-60%, přičemž 1. je pokles kapacity s teplotou 120°C (Pájecí HV stanice na minimum) a 2. je pokles při jmenovitém napětí.

Starší značení

Zajímavé použití

…by bylo použít X7R kondenzátor (s malou teplotní závislostí a velkou napěťovou) jakoladitelný filtr. Zapojit kondík 1uF/50V X7R do dolní / horní / pásmové RC propusti, která filtruje signál 1V~ a předpětím 0-50V= ho ladit v rozsahu 0.2-1uF, tedy třeba 200Hz-1kHz