EN
Գրիգ Հղումներ
Գինը կոնդենցիտորներ մեծ դեր է խաղում, թե որքան էներգիա կարող են պահել և թե ինչքան արագ են արձագանքում էլեկտրոնային համակարգերում փոփոխություններին: Վերցրեք, օրինակ, այն 100nF կերամիկական տիպերը, որոնք հիանալի աշխատում են թվային սխեմաների աղմուկը բարձր հաճախականություններում կանխելու համար: Մյուս կողմից, սնուցման աղբյուրների հետ աշխատելիս մարդիկ հաճախ ընտրում են 10µF էլեկտրոլիտային կոնդենսատորներ, քանի որ դրանք ավելի մեծ ֆիլտրման աշխատանք են կատարում՝ համապատասխան այդ տիրույթում անհրաժեշտ պահանջներին: Սակայն, երբ աշխատում են RF օսցիլյատորների վրա, ինժեներները սովորաբար ընտրում են 1-ից 10 պՖ փոքր արժեքներ հաճախականությունների ճշգրիտ կարգավորման համար: Այս փոքր թվերի նուրբ տատանումները շատ կարևոր են ճշգրիտ արդյունքներ ստանալու համար: 2024 թվականի «Շղթաների նախագծման ձեռնարկի» վերջին հրատարակությունը զգուշացնում է, որ կիրառության համար անհամապատասխան կոնդենսատորների արժեքների ընտրությունը կարող է հանգեցնել խնդիրների, ինչպիսիք են ոչ ցանկալի ռեզոնանսի էֆեկտները կամ լարման մակարդակների անկումը շղթաների նուրբ անալոգային բաղադրիչներում:
| Տարողության տիրույթ | Տիպիկ դիմադրություն (1ՄՀց) | Օպտիմալ հաճախականության շրջան |
|---|---|---|
| 1պՖ - 10նՖ | <1Օհմ | ՌՉ (50ՄՀց) |
| 10նՖ - 1մկՖ | 0.1Օհմ - 10Օհմ | Թվային (1-100ՄՀց) |
| 10մկՖ | 100մՕհմ | Ուժեղ (<1կՀց) |
| Փոքր տարողության արժեքները պահպանում են կոնդենսատորային վարքը մինչև ԳՀց հաճախականությունները, մինչդեռ բարձր արժեք ունեցող էլեկտրոլիտայինները 100կՀց-ից վեր դառնում են ինդուկտիվ։ Այս վարքը ազդում է տեղադրման վրա՝ փոքր կերամիկականները տեղադրվում են IC-ների մոտ արագ աղմուկի սեղմման համար, իսկ մեծ տանտալայինները՝ սնուցման մուտքի կետերում՝ ցածր հաճախականության կայունության համար։ |
X7R կերամիկական կոնդենսատորները, երբ ջերմաստիճանը հասնում է 85 աստիճան Ցելսիուսի, սովորաբար կորցնում են իրենց տարողականության մոտ 15-25 տոկոսը: C0G և NP0 տարբերակները շատ ավելի լավ են պահպանում կայուն աշխատանքը ջերմաստիճանի փոփոխությունների դեպքում՝ ամեն աստիճանի համար ընդամենը մոտ 30 միլիոներից մեկի չափով տատանումներով: Մինչդեռ ալյումինե էլեկտրոլիտային կոնդենսատորների տարողականությունը կարող է իջնել մինչև 20%՝ եթե դրանք աշխատում են իրենց անվանական արժեքի 80%-ում: Ինժեներների համար, ովքեր աշխատում են դժվար պայմաններում՝ ինչպես օրինակ մեքենաներում կամ գործարաններում, ընդհանուր առմամբ խելամիտ է լինում կոմպոնենտների անվանական արժեքները իջեցնել 20-ից մինչև 50%՝ որպես անվտանգության ամրապնդում ջերմության և էլեկտրական լարվածության պատճառով տեղի ունեցող աստիճանական անկման դեմ:
Երբ աշխատում ենք ճշգրիտ ժամանակային սխեմաների հետ, մոտ 1% շեղում ունեցող՝ լարվածության փոքր դաշտ ունեցող ֆիլմային կոնդենսատորները օգնում են պահպանել կայունությունն ու ճշգրտությունը։ Այն դեպքերում, երբ կարևոր է ոչ թե ճշգրիտ չափումները, այլ էներգիայի պահեստավորումը, սովորական էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները, որոնք 20% դաշտ են ունենում, սովորաբար բավարար են։ Իսկ երկարակեցության հարցում՝ պոլիմերային կոնդենսատորները ավելի երկար են ծառայում։ Սովորաբար նրանք կորցնում են մոտ 5% տարողություն 10,000 ժամ անընդհատ աշխատելուց հետո, մինչդեռ ավանդական հեղուկ էլեկտրոլիտայինները կարող են կորցնել մինչև 30%։ Շատ սխեմաներ մշակող նախագծողներ, որոնք հանդիպում են իրական պայմաններին, իրար զուգահեռ միացնում են տարբեր արժեքներ ունեցող մի քանի կոնդենսատորներ։ Այս մոտեցումն օգնում է հաղթահարել ինչպես անկանխատեսելի շրջակա միջավայրի գործոնները, այնպես էլ մեկ-մեկ մաշվող մասերի վիճակի փոփոխությունը։ Ներկայումս շատ սնուցման ցանցերի նախագծման ձեռնարկներ հատկապես այս մեթոդն են առաջարկում՝ ավելի հուսալի սնուցման համակարգեր ստեղծելու համար, որոնք կարողանան դիմանալ ժամանակի ստուգումներին։
MLCC-ները, կամ բազմաշերտ կերամիկական կոնդենսատորները, օգտագործվում են ամենուր, սկսած դեկուպլինգ սխեմաներից մինչև շրջանցման կիրառություններ, քանի որ դրանք բավականաչափ փոքր են՝ հարմարվելու գրեթե ցանկացած տեղում, և գալիս են ստանդարտ չափերով՝ 100 նանոֆարադից մինչև 10 միկրոֆարադ։ Այս սպեկտրի ցածր մակարդակի կոնդենսատորները, սովորաբար 0,1-ից մինչև 1 միկրոֆարադ, օգնում են կրճատել այն բարձր հաճախականության աղմուկները, որոնք խանգարում են պրոցեսորներին և ռադիոհաճախականության մոդուլներին։ Մինչդեռ 4,7-ից 22 միկրոֆարադ տիրույթում գտնվող ավելի մեծ MLCC-ները խաղում են ամբողջովին այլ դեր՝ պահելով էլեկտրամատակարարման կայունությունը IoT սարքերում և ավտոմեքենաների էլեկտրոնիկայում։ Ըստ Future Market Insights ընկերության վերջերս իրականացված շուկայական հետազոտության՝ MLCC-ների պահանջարկում տեղի է ունեցել մեծ աճ՝ հատկապես 5G ենթակառուցվածքների համար, որը կազմում է մոտ 11 տոկոս տարեկան աճ։ Այս կոմպոնենտները այստեղ այդքան լավ են աշխատում իրենց արտակարգապես ցածր համարժեք շղթայական ինդուկտիվության շնորհիվ՝ մեկ նանոհենրիից ցածր, ինչը դրանք դարձնում է հիանալի այն աղմուկների դեմ պայքարում, որոնք գերազանցում են 1 գիգահերցի հաճախականությունը։
| Հատկություն | C0G/NP0 (1-ին կարգ) | X7R (2-րդ կարգ) | Y5V (2-րդ կարգ) |
|---|---|---|---|
| Ջերմաստիճանային կայունություն | ±30ppm/°C | ±15% (-55°C-ից +125°C) | +22%/-82% (-30°C-ից +85°C) |
| Լարման կախվածություն | <1% ΔC | 10-15% ՕC | 20% ՕC |
| ESR | 5-10մՕմ | 50-100մՕմ | 200-500մՕմ |
| Դիմումներ | Տատանիչներ, RF ֆիլտրեր | Սնուցման աղբյուրի դեկուպլինգ | Ոչ կրիտիկական բուֆերավորում |
C0G/NP0 կոնդենսատորները տալիս են ճշգրտություն և կայունություն ժամանակային և RF կիրառումների համար, իսկ X7R-ը առաջարկում է ծախսարդյունավետ հավասարակշռություն DC/DC փոխակերպիչներում ընդհանուր օգտագործման համար: Y5V տեսակները, չնայած լարման և ջերմաստիճանի նկատմամբ մեծ փոփոխականությանը, լավ են աշխատում սպառողական էլեկտրոնիկայում, որտեղ ընդունելի է լայն հանդուրժողականությունը:
Բարձր խտությամբ՝ 10 միկրոֆարադից ավելի, MLCC-ները հաճախ կորցնում են իրենց անվանական տարողության մոտ 30-ից 60 տոկոսը, երբ ենթարկվում են DC բայասի լարման, որը գերազանցում է նրանց առավելագույն արժեքի կեսը: Այս տարողության կորստի պատճառը կապված է բարիումի տիտանատի մեջ օգտագործվող դիէլեկտրիկ հատուկների հարթակման հետ: Տեսանելի է, որ X7R տիպերը շատ ավելի sharp անկում են ապրում, քան X5R-ի նմանները: Այս խնդրի դեպքում ինժեներների մեծամասնությունը կամ կրճատում է շահագործման լարումը մոտ կեսով, կամ միացնում է մի քանի փոքր արժեք ունեցող կոնդենսատորներ զուգահեռ կառուցվածքով: Սա օգնում է պահպանել անհրաժեշտ տարողության մակարդակը՝ չնայած այս կերամիկական բաղադրիչների ներքին սահմանափակումներին բեռի տակ:
ՈՒժի կորուստը այս անջատիչ կարգավորիչների շղթաներում նվազեցնելու համար կondենսատորների դեպքում ցածր համարժեք հաջորդական դիմադրությունը շատ կարևոր է: Վերցրեք, օրինակ, ստանդարտ 1206 չափի 10 միկրոֆարադայի X7R կondենսատորը, որն սովորաբար ունի 10 միլիոհմից ցածր ESR: Սակայն մեկ այլ գործոն էլ կա՝ պարազիտային ինդուկտիվությունը, որն սովորաբար մոտ 1,2 նանոհենրի է, և որն իրականում կարող է խանգարել ավելի բարձր հաճախականությունների դեպքում աշխատանքին: Նույնը վերաբերում է նաև ավելի փոքր բաղադրիչներին: Մի պարզ 100nF 0402 մասը սկսում է ռեզոնանցվել մոտ 15 մեգահերցի վրա և դառնում է գրեթե անօգտակար, երբ հասնում է 50 ՄՀց-ից բարձր հաճախականությունների: Խելամիտ ինժեներները լավ են իմանում այս սահմանափակումը, ուստի հաճախ միավորում են բազմաշերտ կերամիկական կondենսատորներ (MLCC) կամ թղթակամ կամ միկայի տեսակների հետ: Այս համադրությունը օգնում է պահել ընդհանուր համակարգի իմպեդանսը մեկ օհմից ցածր մի քանի տարբեր հաճախականությունների շրջանակներում, ինչը կենսական կարևորություն ունի ժամանակակից էլեկտրոնային նախագծերում կայուն աշխատանքի համար:
Էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները կարող են պահել մեծ քանակությամբ էներգիա՝ սովորաբար 10 միկրոֆարադից մինչև 47,000 միկրոֆարադ։ Նրանք շատ կարևոր են անհանգիստ լարման տատանումները վերացնելու և հաստատուն հոսանքի համակարգերում ցածր հաճախականությամբ աղմուկը մաքրելու համար։ Անջատիչ ռեժիմով սնուցման աղբյուրների դեպքում ինժեներները սովորաբար օգտագործում են 100-ից 2,200 միկրոֆարադ տարողությամբ կոնդենսատորներ՝ ելքային լարումը կայուն պահելու համար։ Այն դեպքերում, երբ փոքր տարածքում է անհրաժեշտ աղմուկը ֆիլտրել, օգտագործվում են տանտալային կոնդենսատորներ։ Այս կոնդենսատորների տարողությունը տատանվում է 1-ից մինչև 470 միկրոֆարադ սահմաններում և զբաղեցնում են շատ ավելի քիչ տեղ։ Շատերը նախընտրում են ալյումինե էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները, երբ բյուջեն սահմանափակ է և անհրաժեշտ է մեծ քանակությամբ էներգիա պահել։ Սակայն, եթե տեղը սահմանափակ է և կարևոր է կայունությունը տարբեր ջերմաստիճանների դեպքում, ապա տանտալային կոնդենսատորները դառնում են նախընտրելի ընտրություն՝ չնայած նրանց բարձր գնին:
Էլեկտրոլիտային և տանտալային կոնդենսատորները բևեռացված են, ուստի դրանց համար անհրաժեշտ է ճիշտ միացում՝ հաշվի առնելով լարման ուղղությունը: Երբ ալյումինե էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները հակառակ բևեռացման են ենթարկվում, դրանց էլեկտրոլիտը շատ արագ քայքայվում է, ինչը կարող է կտրուկ կրճատել դրանց կյանքի տևողությունը՝ երբեմն մինչև 70%: Ռիփլ հոսանքի կրելիությունը վերլուծելով՝ կարելի է տեսնել այս երկու բաղադրիչների տարբերությունը: Ալյումինե տարբերակները, ընդհանուր առմամբ, կարող են կրել ավելի բարձր ռիփլ հոսանքներ՝ մոտ 5 Ա արմատային միջին արժեքով, սակայն տաքացման դեպքում ավելի արագ են մաշվում: Տանտալային կոնդենսատորներն ունեն առավելություններ, ինչպիսիք են ավելի ցածր կորուստների հոսանք և բարելավված կայունություն, սակայն նախագծողները հաճախ ստիպված են լինում լարման նվազեցման միջոցներ կիրառել՝ անջատումներից պաշտպանվելու համար: Կարգավորման հարցը մնում է երկու տեսակի կոնդենսատորների համար էլ: Օրինակ՝ ալյումինե էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները, ընդհանուր առմամբ, կորցնում են իրենց տարողության 20-30%-ը՝ անընդհատ աշխատելով մոտ 5000 ժամ՝ 85°C-ին մոտ ջերմաստիճանում:
Նախագծողները հաշվի են առնում երեք հիմնարար պարամետր՝ բարձր արժեք ունեցող կոնդենսատորներ ընտրելիս.
100 մկՖ/25Վ տանտալային կոնդենսատորը զբաղեցնում է 30%-ով պակաս տեղ տախտակի վրա, քան նրա ալյումինե համարժեքը, սակայն այն արժե մոտավորապես հինգ անգամ ավելի շատ
Տանտալի կոնդենսատորները շատ լավ են աշխատում աուդիո սխեմաներում և շարժական սարքերում, քանի որ նրանք պահպանում են հաստատուն ESR՝ տարբեր հաճախությունների դեպքում: Սա օգնում է պահպանել ֆազային հարաբերությունները այդ անալոգային ֆիլտրների նախագծման մեջ: Ալյումինե էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները դեռևս գերակշռում են հզորության աղբյուրների ֆիլտրման գործողություններում՝ հզորության մատակարարման 100 Հց-ից մինչև մոտ 10 կՀց փոփոխական լարման տիրույթը բավականին արդյունավետ կերպով մշակելով: Բայց այստեղ կա մի խնդիր. դրանց բարձր ESR-ը սկսում է առաջացնել նկատելի դեֆորմացիա, երբ սիգնալները գերազանցում են մոտ 1 կՀց-ը: Ներկայումս ինժեներները ավելի հաճախ են խառնում տարբեր տեսակի կոնդենսատորներ, օգտագործելով ալյումինե կոնդենսատորներ հիմնական ունակությունը պահելու համար, միաժամանակ տանտալի կամ կերամիկական մասեր ավելացնելով՝ բարձր հաճախության աղմուկը վերացնելու համար: Բժշկական սարքավորումների ոլորտում նույնպես հետաքրքիր տվյալներ են դիտվում: Պինդ տանտալի մասերը շարունակական շահագործման պայմաններում կյանքը տևում է մոտավորապես երկու անգամ ավելի երկար, քան հեղուկ էլեկտրոլիտայինները, ինչը դարձնում է դրանք իմաստալից ընտրություն այն դեպքերում, երբ վստահելիությունը առաջնային նշանակություն ունի: