Ero sivun ”Kondensaattori” versioiden välillä
>Oh2mqk p (→Katsottavaa) |
>Oh2mqk p (tekstiviilausta) |
||
Rivi 66: | Rivi 66: | ||
|- | |- | ||
! C0G, NP0 | ! C0G, NP0 | ||
| 4.7 pF ..<br>47 nF, 5% | | 4.7 pF ..<br>47 nF, 5%<br><math>\epsilon_r < 500\,</math><br>erittäin vähähäviöinen | ||
| Laadukas toleranssiltaan ja lämmönkestoltaan. Kooltaan isompaa ja kaliimpaa. (Eristeaineen lämpötilariippuvuus on erittäin pientä.) | | Laadukas toleranssiltaan ja lämmönkestoltaan. Kooltaan isompaa ja kaliimpaa. (Eristeaineen lämpötilariippuvuus on erittäin pientä.) | ||
|- | |- | ||
! X7R | ! X7R | ||
| 3.3 nF ..<br>330 nF, 10% | | 3.3 nF ..<br>330 nF, 10%<br>medium <math>\epsilon_r\,</math> | ||
| Kelvollinen epäkriittiseen käyttöön ja ajastuksiin. Herkkä [[mikrofonisuus|mikrofonisuudelle]] (eristemateriaali on [[pietsosähköinen_ilmiö|pietsosähköistä]] ainetta) | | Kelvollinen epäkriittiseen käyttöön ja ajastuksiin. Herkkä [[mikrofonisuus|mikrofonisuudelle]] (eristemateriaali on [[pietsosähköinen_ilmiö|pietsosähköistä]] ainetta) | ||
|- | |- | ||
! Z5U | ! Z5U, Y5U | ||
| 10 nF ..<br>2.2 µF, 10% | | 10 nF ..<br>2.2 µF, 10%<br>korkea <math>\epsilon_r\,</math> | ||
| Hyvä (RF) bypass käyttöön, halpaa ja pientä. Herkkä [[mikrofonisuus|mikrofonisuudelle]] (eristemateriaali on [[pietsosähköinen_ilmiö|pietsosähköistä]] ainetta) | | Hyvä (RF) bypass käyttöön, halpaa ja pientä. Herkkä [[mikrofonisuus|mikrofonisuudelle]] (eristemateriaali on [[pietsosähköinen_ilmiö|pietsosähköistä]] ainetta) | ||
|- | |- | ||
Rivi 83: | Rivi 83: | ||
! Lasi | ! Lasi | ||
| pF .. nF | | pF .. nF | ||
| Erittäin stabiileja (ja harvinaisia), käytetty stabiileissa oskillaattoreissa | | Erittäin stabiileja (ja harvinaisia), käytetty stabiileissa oskillaattoreissa, kestävät myös lämpötiloja +200°C asti. | ||
|- | |- | ||
! Kiille ("mica") | ! Kiille ("mica") | ||
Rivi 200: | Rivi 200: | ||
Suurilla virroilla on tärkeää minimoida R<sub>ESR</sub>, kun taas | Suurilla virroilla on tärkeää minimoida R<sub>ESR</sub>, kun taas | ||
suurilla taajuuksilla on tärkeää minimoida L<sub>ESL</sub>. | suurilla taajuuksilla on tärkeää minimoida L<sub>ESL</sub>. | ||
== Taulukoita == | |||
{| border=1 | |||
|+ align=bottom| Kiinteiden kondensaattorien valintamatriisia | |||
|- | |||
! Käyttö | |||
! Tyypit | |||
! Edut | |||
|- | |||
| AF/IF kytkentä | |||
| Paperi, polyesteri, polykarbonaatti | |||
| Korkea jännitekesto, halpoja | |||
|- | |||
|rowspan=4| RF kytkentä | |||
| X7R keraami | |||
| Pieni, halpa, mutta häviöinen | |||
|- | |||
| Polystyreeni | |||
| Erittäin pienet häviöt, pieni vuotovirta, mutta kookas, eikä siedä kuumaa | |||
|- | |||
| C0G keraami<br>hopeoitu kiille | |||
| Erittäin pienet toleranssit | |||
|- | |||
| Pinottu kiille | |||
| Tehovahvistimet | |||
|- | |||
| RF dekoplaus | |||
| X7R tai Z5U keraamiset kiekot, tai läpiviennit | |||
| erittäin pieni induktanssi | |||
|- | |||
|rowspan=4| Virityspiirit | |||
| Polystyreeni | |||
| Pienet toleranssit, pienet häviöt, negatiivinen lämpötilakerroin (-150ppm) | |||
|- | |||
| Hopeoitu kiillelevy | |||
| Pienet toleranssit, pienet häviöt, positiivinen lämpötilakerroin (+50ppm) | |||
|- | |||
| C0G keraami | |||
| Pienet toleranssit, pienet häviöt | |||
|- | |||
| Luokan 1 keraamit | |||
| Erilaisia lämpötilakertoimia, enemmän häviöitä, kuin C0G:llä. | |||
|- | |||
|} | |||
{| frame=all cellpadding=5 | |||
|+ Keraamisten kondensaattorien materiaalitaulukoita: Luokka 1 - <math>\epsilon_r < 500\,</math> | |||
|- | |||
| C0G, NP0, lämpötilakerroin ±30ppm/°C | |||
|- | |||
| N*** lämpötilakerroin: '''-''' *** ppm/°C | |||
|- | |||
| P*** lämpötilakerroin: '''+''' *** ppm/°C | |||
|- | |||
|} | |||
{| frame=all cellpadding=5 | |||
|+ Keraamisten kondensaattorien materiaalitaulukoita: Luokka 2 - <math>\epsilon_r > 500\,</math> | |||
|- bgcolor=silver | |||
|colspan=6| '''EIA koodit''' | |||
|- bgcolor=silver | |||
|colspan=6| | |||
|- | |||
|colspan=4| '''Käyttökelpoinen lämpötila-alue''' | |||
|colspan=2 rowspan=2 valign=top| '''Kapasitanssin muutosalue''' | |||
|- | |||
|colspan=2 align=center| ''alaraja'' | |||
|colspan=2 align=center| ''yläraja'' | |||
|- | |||
| '''kirjain''' | |||
| '''lämpötila''' | |||
| '''numero''' | |||
| '''lämpötila | |||
| '''kirjain''' | |||
| '''muutos''' | |||
|- bgcolor=silver | |||
|colspan=6| | |||
|- | |||
| X | |||
| +10°C | |||
| 2 | |||
| +45°C | |||
| R | |||
| ±15% | |||
|- | |||
| Y | |||
| -30°C | |||
| 4 | |||
| +65°C | |||
| S | |||
| ±22% | |||
|- | |||
| X | |||
| -55°C | |||
| 5 | |||
| +85°C | |||
| T | |||
| +22 .. -55% | |||
|- | |||
| | |||
| | |||
| 6 | |||
| +105°C | |||
| U | |||
| +22 .. -56% | |||
|- | |||
| | |||
| | |||
| 7 | |||
| +125°C | |||
| V | |||
| +22 .. -82% | |||
|- | |||
| | |||
| | |||
| 8 | |||
| +150°C | |||
| | |||
| | |||
|- | |||
|} | |||
{| frame=all cellpadding=5 | |||
|+ Keraamisten kondensaattorien materiaalitaulukoita: Luokka 2 - <math>\epsilon_r > 500\,</math> | |||
|- bgcolor=silver | |||
|colspan=8| '''CECC 32100 koodeina''' | |||
|- | |||
|- bgcolor=silver | |||
|colspan=8| | |||
|- | |||
| '''Koodi''' | |||
|colspan=2| '''Kapasitanssin muutos alueella''' | |||
|colspan=5| '''Lämpötila-alue (°C)''' | |||
|- | |||
| | |||
| Bias 0V | |||
| maksimi-<br>jännitteellä | |||
| -55<br>+125 | |||
| -55<br>+85 | |||
| -40<br>+85 | |||
| -25<br>+85 | |||
| +10<br>+85 | |||
|- | |||
|colspan=3| | |||
|colspan=5 align=center| Koodin viimeinen numero | |||
|- | |||
|colspan=3| | |||
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| 4 | |||
| 5 | |||
|- | |||
| 2B* | |||
| ±10% | |||
| +10 .. -15 % | |||
| | |||
| * | |||
| * | |||
| * | |||
| | |||
|- | |||
| 2C* | |||
| ±20% | |||
| +20 .. -30% | |||
| * | |||
| * | |||
| * | |||
| | |||
| | |||
|- | |||
| 2D* | |||
| +20 .. -30% | |||
| +20 .. -40% | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| * | |||
| | |||
|- | |||
| 2E* | |||
| +22 .. -56% | |||
| +22 .. -70% | |||
| | |||
| * | |||
| * | |||
| * | |||
| * | |||
|- | |||
| 2F* | |||
| +30 .. -80% | |||
| +30 .. -90% | |||
| | |||
| * | |||
| * | |||
| * | |||
| * | |||
|- | |||
| 2R* | |||
| ±15% | |||
| | |||
| * | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
|- | |||
| 2X* | |||
| ±15% | |||
| +15 .. -25% | |||
| * | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
|- | |||
|} | |||
== Katsottavaa == | == Katsottavaa == |
Versio 4. heinäkuuta 2005 kello 00.02
Kondensaattori on virtapiirin osa, joka toteuttaa sähkövarauksen varastointia.
Yksinkertaisin kondensaattori on kaksi toisistaan hieman erossa olevaa suoraa sähköä johtavaa levyä, joiden väliin (tyhjöön tai muuhun eristeeseen) muodostuva sähkökenttä varastoi sähkövarausta.
"Rinnakkaisista levyistä" tehdyn kondensaattorin elektrodien välinen kapasitanssi, kun pinta-ala on A ja levyjen väli on d on suunnilleen:
missä C on kapasitanssi faradeina, on tyhjön sähköstaattinen permittiivisyysvakio () ja on käytetyn eristeen suhteellinen dielektrinen permittiivisyys.
Kondensaattorin varauskykyä voi siis lisätä:
- Laittamalla lisää pinta-alaa kondensaattoriin - tai laittamalla useampia kondensaattoreita rinnakkain.
- Käyttämällä korkeamman :n omaavaa materiaalia eristeenä
- Ohentamalla eristettä
Koska ilmaeristeiset kondensaattorit ovat suurikokoisia, yleensä käytetään jotain muuta eristettä ja erilaisia keinoja kasvattaa pinta-alaa pienessä paketissa. Nykyisin ilmaeristeisiä kondensaattoreita näkee enää eräissä virityspiireissä, enimmäkseen nekin ovat menneisyyttä.
Kondensaattoriin varastoituva energia
Kondensaattori varastoi energiaa ja sen yhtälöt ovat:
missä:
- C = kapasitanssi
- U = jännite
- Q = sähkövaraus
- E = energia
Katso myös: reaktanssi
Erilaisia kondensaattoreita
Kondensaattoreita luokitellaan yleensä niiden rakenteen tärkeimmän komponentin: eristeaineen mukaan:
Ilmaeristeiset | ||
---|---|---|
Ilma | pF .. nF | Yleensä säädettäviä kondensaattoreita virityspiireissä |
Suojakaasut | Suurjännitekäytössä yli 100 kV jännitteillä | |
Tyhjö | Suurehko jännitekesto ja immuniteetti ympäristön likaa kohtaan | |
Kiinteä eriste: Keraamiset | ||
C0G, NP0 | 4.7 pF .. 47 nF, 5% erittäin vähähäviöinen |
Laadukas toleranssiltaan ja lämmönkestoltaan. Kooltaan isompaa ja kaliimpaa. (Eristeaineen lämpötilariippuvuus on erittäin pientä.) |
X7R | 3.3 nF .. 330 nF, 10% medium |
Kelvollinen epäkriittiseen käyttöön ja ajastuksiin. Herkkä mikrofonisuudelle (eristemateriaali on pietsosähköistä ainetta) |
Z5U, Y5U | 10 nF .. 2.2 µF, 10% korkea |
Hyvä (RF) bypass käyttöön, halpaa ja pientä. Herkkä mikrofonisuudelle (eristemateriaali on pietsosähköistä ainetta) |
PZT | 1 nF .. 1 µF, 1% korkea |
Keraamiset chipit, lyijy-zirkonaati-titanaatti on sekä pietsosähköisesti, että ferrosähköisesti reagoiva keraami (reagoi sekä tärinään, että magneettikenttään) |
Lasi | pF .. nF | Erittäin stabiileja (ja harvinaisia), käytetty stabiileissa oskillaattoreissa, kestävät myös lämpötiloja +200°C asti. |
Kiille ("mica") | pF, 100V | Hopeoituja kiillelevyjä, varhaisia RF kondensaattoreita |
Kiinteä eriste: muut kuin keraamit | ||
Paperi | 10nF .. 5µF, 10-30% |
Varhainen halpa rakenne kerrostaa pitkä paperiliuska ja kaksi alumiinifolioliuskaa rullalle kierrettynä. Paketti on viimeistelty laittamalla se kuoreen ja sinetöimällä vahalla. Löytyy antiikkisista radioista. Jossain määrin nähty myös öljyllä kyllästettynä suurjännitekondensaattoreina. |
Polyesteri (Mylar®) | 1 nF .. 1µF, ??% |
stabiileita ja jännitekestäviä. signaalikäsittelyssä, integraattoreissa |
Polystyreeni | pF | RF signaalikäsittelyyn |
Polypropyleeni | pieni häviö, suuri jännitekesto, läpilyöntikestävyys, signaalikäsittelyssä ja mm. häiriönpoistokondensaattoreina | |
PTFE (Teflon®) | Mikroaaltotaajuuksilla, yleensä piirilevykuvioina | |
Piirilevykuviot | pF .. nF | Mikroaalloilla tarvittavat pienet kapasitanssit syntyvät helposti ja toistettavasti johteen ja maatason |
Elektrolyyttiset | ||
Alumiini | 1µF .. 0.1 F, 3 .. 600 V, 10 .. 40% polaroitu |
Eristeaineena alumiinifolion pinnalla oleva alumiinioksidikerros, ynnä sopiva elektrolyytti (kalium-hydroksidi, tms.), polaroitu eli kondensaattorin yli ei saa olla väärän suuntaista tasajännitettä. |
Tantaani | 1µF .. 100 µF 3 .. 50 V 5 .. 20% 'polaroitu |
Stabiilimpi kapasitanssi, kuin alumiinielektrolyytillä, samoin pienempi vuotovirta ja yleensä myös pienempi ESR ja Impedanssi. Toisin kuin Al-lyytti, nämä eivät siedä ylijännitettä, eikä väärinpäin olevaa tasajännitettä, vaan temperamenttisesti tahtovat räjähtää... |
EDLC, Super- kondensaattorit |
useita faradeja, max 2.55 V | Suuri kapasitanssi, pieni jännitekesto. Elektrodit huokoisia aktiivihiilipalasia. |
Ultracap | kilofaradeja, max 2.55 V | Erittäin suuri kapasitanssi, pieni jännitekesto; Superkondensaattori, jossa pinta-alaa on suurennettu tekemällä huokoisuus nanotasolla asti. |
Säädettävät kondensaattorit | ||
Mekaaniset | 10 pF .. 10 nF | Eristevaihtoentoina: ilma, tyhjö, muovi, keraami, lasi. RF-virityspiireissä. |
Kapasitanssi- diodi |
1 pF .. 10 nF | Diodin yli estosuuntaan kytketty tasajännite (1-30V) säätää puolijohteen sisällä ns. estovyöhykkeen paksuutta, joka puolestaan säätää kapasitanssia |
Kaikkea sekavaa | ||
Kondensaattori- mikrofonit |
||
Painemittaus- kennot |
||
Ihminen | ||
Pietsosähköinen kide |
||
Hajasuureet | ||
DRAM- muistisolu |
pieni kondensaattori + FET-transistori muodostaa dynaamisen (ja vuotavan) bittitaltion. Wikipedia: DRAM | |
(UV)EPROM- muistisolu |
Sähköisesti kirjoitettava ja bittinsä kauan pitävä muisti, jossa hilaeristeeseen ajetaan varaus silloin, kun siellä halutaan olevan nollabitti. (Tyhjänä antaa ykköstä.) Purettavissa UV-valolla, mikä vaatii erikoisen ikkunallisen kotelon. | |
Flash-EEPROM- muistisolu |
Sähköisesti kirjoitettava ja tyhjennettävä bittinsä kauan pitävä muisti, joka perustuu kelluvahilaiseen avalance-injektoituvaan MOS transistoriin. Wikipedia: Flash memory | |
Akut | Sähkökemiallisella reaktiolla (eikä pelkästään sisäiseen sähkökenttään) energiaa varastoivia rakenteita. Varauskapasiteetti ilmaistaan ampeeritunteina, eikä faradeina. |
----- TODO ----- kirjoita mitä on saatavilla mihin käyttöön
Sähköinen mallinnus
Reaalisen kondensaattorin täysimuotoinen mallinnuskytkentä on:
Reaalisen kondensaattorin sisäisistä rakenteista syntyy:
- C: Kondensaattorin kapasitanssi ideaalisena
- Rleak: Kondensaattorin eristeen/elektrolyytin yli oleva tasavirran vuotovirta
- RESR: Kondensaattorin johteiden resistiivisyys
- LESL: Kondensaattorin johteiden induktiivisuus (jopa suoralla johtimella on induktanssia)
Suurilla virroilla on tärkeää minimoida RESR, kun taas suurilla taajuuksilla on tärkeää minimoida LESL.
Taulukoita
Käyttö | Tyypit | Edut |
---|---|---|
AF/IF kytkentä | Paperi, polyesteri, polykarbonaatti | Korkea jännitekesto, halpoja |
RF kytkentä | X7R keraami | Pieni, halpa, mutta häviöinen |
Polystyreeni | Erittäin pienet häviöt, pieni vuotovirta, mutta kookas, eikä siedä kuumaa | |
C0G keraami hopeoitu kiille |
Erittäin pienet toleranssit | |
Pinottu kiille | Tehovahvistimet | |
RF dekoplaus | X7R tai Z5U keraamiset kiekot, tai läpiviennit | erittäin pieni induktanssi |
Virityspiirit | Polystyreeni | Pienet toleranssit, pienet häviöt, negatiivinen lämpötilakerroin (-150ppm) |
Hopeoitu kiillelevy | Pienet toleranssit, pienet häviöt, positiivinen lämpötilakerroin (+50ppm) | |
C0G keraami | Pienet toleranssit, pienet häviöt | |
Luokan 1 keraamit | Erilaisia lämpötilakertoimia, enemmän häviöitä, kuin C0G:llä. |
C0G, NP0, lämpötilakerroin ±30ppm/°C |
N*** lämpötilakerroin: - *** ppm/°C |
P*** lämpötilakerroin: + *** ppm/°C |
EIA koodit | |||||
Käyttökelpoinen lämpötila-alue | Kapasitanssin muutosalue | ||||
alaraja | yläraja | ||||
kirjain | lämpötila | numero | lämpötila | kirjain | muutos |
X | +10°C | 2 | +45°C | R | ±15% |
Y | -30°C | 4 | +65°C | S | ±22% |
X | -55°C | 5 | +85°C | T | +22 .. -55% |
6 | +105°C | U | +22 .. -56% | ||
7 | +125°C | V | +22 .. -82% | ||
8 | +150°C |
CECC 32100 koodeina | |||||||
Koodi | Kapasitanssin muutos alueella | Lämpötila-alue (°C) | |||||
Bias 0V | maksimi- jännitteellä |
-55 +125 |
-55 +85 |
-40 +85 |
-25 +85 |
+10 +85 | |
Koodin viimeinen numero | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
2B* | ±10% | +10 .. -15 % | * | * | * | ||
2C* | ±20% | +20 .. -30% | * | * | * | ||
2D* | +20 .. -30% | +20 .. -40% | * | ||||
2E* | +22 .. -56% | +22 .. -70% | * | * | * | * | |
2F* | +30 .. -80% | +30 .. -90% | * | * | * | * | |
2R* | ±15% | * | |||||
2X* | ±15% | +15 .. -25% | * |