Principe de fonctionnement et classification des condensateurs céramiques

Un condensateur est un appareil électrique qui stocke de l'énergie sous la forme d'un champ électrique. Il est constitué de deux plaques métalliques séparées par une substance diélectrique ou non conductrice. Les types de condensateurs sont grossièrement divisés en capacité fixe et capacité variable. Les plus importants sont les condensateurs à capacité fixe, mais il existe également des condensateurs à capacité variable, comme les condensateurs rotatifs ou à réglage fin. Les condensateurs à capacité fixe sont divisés en condensateurs à film, condensateurs céramiques, condensateurs électrolytiques et condensateurs supraconducteurs. Cet article présente brièvement le principe de fonctionnement, la structure et les caractéristiques d'application des condensateurs céramiques.

1. Polarité des condensateurs céramiques

Les condensateurs céramiques se trouvent le plus souvent dans tous les appareils électriques qui utilisent des matériaux céramiques comme diélectriques. Les condensateurs céramiques sont des dispositifs non polarisés, ce qui signifie qu'ils n'ont aucune polarité. Il peut donc être connecté dans n’importe quelle direction sur le circuit imprimé. Ils sont donc généralement beaucoup plus sûrs que les condensateurs électrolytiques. C'est le symbole d'un condensateur non polarisé donné ci-dessous. De nombreux types de condensateurs, tels que les condensateurs à billes de tantale, n'ont pas de polarité.

2. Structure et performances des condensateurs céramiques

Il existe trois principaux types de condensateurs céramiques, mais il existe d'autres types parmi lesquels choisir:

1. Condensateurs céramiques à disque au plomb pour montage traversant avec revêtement en résine.

2. Condensateurs céramiques multicouches (MLC) montés en surface.

3. Un type spécial de condensateur céramique à disque nu sans plomb pour micro-ondes conçu pour être monté dans un emplacement sur un PCB.

Les condensateurs à disque céramique sont fabriqués en recouvrant les deux côtés d'un disque céramique de contacts en argent, comme le montre la figure ci-dessus. Les condensateurs à disque céramique ont des valeurs de capacité d'environ 10pF à 100 μ F et une variété de tensions nominales, allant de 16 V à 15 KV ou même plus.

Pour obtenir une capacité plus élevée, ces dispositifs peuvent être constitués de plusieurs couches. Les MLCC sont constitués d'un mélange de matériaux paraélectriques et ferroélectriques, ou recouverts de contacts métalliques. Une fois le processus de stratification terminé, le dispositif est placé à haute température et le mélange est fritté, ce qui donne un matériau céramique présentant les propriétés souhaitées. Enfin, le condensateur résultant est constitué de nombreux condensateurs plus petits connectés en parallèle, ce qui entraîne une augmentation de la capacité.

Il est entendu que les MLCC sont constitués de plus de 500 couches, avec une épaisseur minimale de couche d'environ 0,5 microns. À mesure que la technologie progresse, l’épaisseur de la couche diminuera et la capacité augmentera dans le même volume.

Les diélectriques des condensateurs céramiques varient d'un fabricant à l'autre, mais les composés courants incluent le dioxyde de titane, le titanate de strontium et le titanate de baryum.

Principe de fonctionnement des condensateurs céramiques

3. Classification des condensateurs céramiques

Selon les différents matériaux céramiques, ils peuvent être divisés en condensateurs céramiques basse fréquence et condensateurs céramiques haute fréquence. Selon leur forme structurelle, ils peuvent être divisés en plusieurs types de condensateurs tels que des condensateurs à disque, des condensateurs tubulaires, des condensateurs rectangulaires, des condensateurs à feuilles et des condensateurs traversants. Différentes catégories de condensateurs céramiques sont définies en fonction de la plage de température de fonctionnement, de la dérive en température et de la tolérance.

1. Condensateurs céramiques de classe I

Ce type de capacité est principalement lié à la température. Ce sont les condensateurs les plus stables et ils ont des caractéristiques presque linéaires.

Les composés les plus couramment utilisés comme diélectriques sont:

A. Titanate de magnésium à coefficient de température positif.

B. Titanate de calcium pour condensateurs à coefficient de température négatif.

2. Condensateurs céramiques de classe II

Ce type de condensateur présente de meilleures performances en termes d'efficacité volumétrique, mais cela se fait au détriment d'une précision et d'une stabilité moindres. Par conséquent, ils sont souvent utilisés dans les applications de découplage, de couplage et de dérivation où la précision n'est pas importante.

A. Plage de température : -50 ° C à +85 ° C

B. Facteur de dissipation : 2,5%

C. Précision : Faible

3. Condensateurs céramiques de classe III

Ce type de condensateur céramique présente un rendement volumétrique élevé, une faible précision et un faible facteur de perte. Il ne supporte pas les hautes tensions. Le diélectrique utilisé est généralement le titanate de baryum.

A. Les condensateurs de classe III font varier leur capacité de -22% à +50%

B. La plage de température est de +10 ° C à +55 ° C.

C. Facteur de dissipation : 3 à 5%.

D. A une précision assez faible (généralement 20% ou -20/+80%).

E. Généralement utilisé pour le découplage ou d'autres applications d'alimentation électrique où la précision n'est pas un problème.