Condensatori e tensione di lavoro

Torno con questo post sull'argomento condensatori. E di mezzo ci sono ancora i ceramici.
In un vecchio progetto, si parlava di fattore di merito Q.

Non molto tempo fa, mi trovavo ad usare un banale circuito RC come ritardo, usando dei ceramici MLCC in tecnologia SMD. Valori attorno ai 100 nF.

Ma la costante di tempo misurata non corrispondeva al classico prodotto RC, era molto più bassa.

Classi di condensatori

I condensatori ceramici si dividono in due classi, caratterizzate dalla stabilità in temperatura:

• Classe 1; compensazione termica C0G, 30 ppm e bassi valori capacitivi.
• Classe 2; alta costante dielettrica, stabilità in temperatura tipo X5R o X7R, alti valori di capacità.

I MLCC (Multi Layer Ceramic Capacitor) sono condensatori formati da un parallelo di singoli strati ceramici. Per ottenere capacità elevate, si gioca sullo spessore dello strato ceramico, molto sottile, e sul parallelo di questi strati. E le dimensioni di questi componenti sono molto piccole, generalmente da 1 a 3 mm di lunghezza nei componenti più usati (size 0603 o 0402).

Se devo usare alti valori di capacità devo cadere per forza di cose su un classe 2. Ne consegue che la tensione di lavoro non può avere valori elevati, 16 o 25 V sono già tanti.

Ma per applicazioni a bassa tensione, 16 V bastano.

Cosa succede al condensatore

Se non fosse per una particolarità di questi componenti: la capacità dipende dalla tensione applicata.

Con valori di tensione applicata prossimi a quello nominale, la capacità si dimezza.

Questo significa che si deve tener conto della capacità, data una certa tensione di lavoro. O si sovradimensiona la tensione di lavoro, nei limiti dell'ingombro del componente, o si sceglie un componente con capacità maggiore.

Il fenomeno è simile all'effetto piezoelettrico: un cristallo sottoposto ad un campo elettrico si deforma meccanicamente.

Analogamente succede al dielettrico ceramico di questi condensatori. Si tratta della "polarizzazione spontanea", un effetto presente in questi materiali (Titanato di Bario). Questo effetto, presente in assenza di campo elettrico, si somma alla tensione applicata. Si ha così un effetto sulla capacità del componente, che diminuisce all'aumentare della tensione.

Questo effetto è pressochè assente nei condensatori C0G, costruiti con un diverso tipo di ceramica.

Quindi, occhio ai prossimi progetti!

73 de Andy IV3ONZ

Link utili e bibliografia:

•  TDK Multilayer Ceramic Chip Capacitors Tech Notes
•  Murata Ceramic Capacitors FAQ