2-1 第二章 电容器及高频电容器瓷

( > 0 )
N E i 1 0 E
4 0 (r r )3 a n 1
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
Film Capacitor 薄膜电容器
Monolithic Ceramic Capacitor 贴片陶瓷电容器
Tantalum Electrolytic Capacitor 钽电解电容器
§2- 1 概述
Aluminum Electrolytic Capacitor 铝电解电容器 Disc Ceramic Capacitor (Disk-type) 陶瓷电容器（圆盘状）
ε 特别高， ε 随温度呈 非线性变化
第三类 III类瓷（半导体陶瓷） 电容器 （低频） 以SrTiO3用为主晶相，半导化 晶界层陶瓷电容器
Class 3
超高ε ， 较大的tgδ 击穿电压低
陶瓷材料和特性
Class 分类 Ceramic Material Ceramic Character 陶瓷材料 陶瓷特性 Temp. Char. Capacitance Range 温度特性 容量范围 CHIP 0.1pF - 0.1uF 推荐电路
(微量) (微量)
1 )2 C
- Q = 1 / DF ( ⇒ loss tangent )
=
1 R2 2 +(2πfL + 1/2πfC R ( 2 fL )2 )2 2fC
微量
(频率ｆ→大) (2πfL→大) (1/2πfC→Z少)
(容量C→大) (1/2πfC→小→Z少)
§2- 1 概述
度，也决定于相应温度下单位体积的质点数。

a、 TiO2、CaTiO3
( << 0)
( > 0 )源自b、 CaSnO3、CaZrO3 c、 BaO· 4TiO2
( 0)
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
μ + - + - + - +- + + + - + - + - +- + -
Ei
T n << 0 T Ei
金红石型晶体结构
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
b、CaSnO3、CaZrO3等以离子位移极化为主 T↑→N↓（距离↑）→ε↓
T↑→V↑（热膨胀）→（r++r-）↑
→αa（极化率）按（r++r-）3↑↑→ε↑↑
为保证高温时能有效工作，要求ρv高
④ 抗电强度Eb要高 陶瓷材料的分散性，即使Ε<Eb，可能仍有击穿
§2- 1 概述
温度特性表示方法不同
⑤ 对I类瓷，用介电常数温度系数αε ，要系列化。 I类瓷
1 d dT
对II类瓷，用介电常数变化率表示，要小。 II类瓷

25 C (%) 100% 25 C
§2- 1 概述
Recommended Circuit In Band Pass Filter Circuit In Coupling Circuit LEAD 1pF - 680nF 插脚 (010 - 683) 耦合电路 In Temp. Compensasion Circuit 温度补偿电路
Class 1 Temperature 分类1 Compensation 温度补偿系列 (TC系)
极化强度:
P
i
- + - + - +- + P -
V
N N E i


+ - + - + - +- +
+ +
介电常数:
N E i 1 0 E
与N , , Ei (内电场)有关系。
电介质的极化
ε决于质点的极化程度与单位体积的质点数。
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
Semi-conductive Capacitor 半导体电容器
Mica Capacitor 云母电容器 Glass Capacitor 玻璃电容器
100fF
1pF
10pF
100pF
1nF
10nF
100nF
1μF
10μF
100μF
1mF
10mF
§2- 1 概述
每台手机使用约150~300个MLCC
Using glass film or glass powder as the dielectric , metallic foil or metallic paste as electrodes.
Using natural Mica as the dielectric , metallic foil as inner electrodes.
Impregnated collecting electrode with liquid electrolyte , divided into positive / negative / by a porous separator as polarized capacitors.
各材质电容的容量范围
§2- 1 概述
§2- 1 概述
总结
对电容器瓷电性能指标的一般要求：
①介电常数大，以制造小体积、重量轻的陶瓷电容器。 ε↑→电容器体积↓→整机体积、重量↓ ②介质损耗小，要求tanδ在射频范围内保持在 10-4数量 级以下，以减低高频工作条件下的损耗，保证回路的 高Q值。 ③ 体积电阻率ρv高（ρv>1012Ω·cm）
a、 TiO2、CaTiO3
( << 0)
( > 0 )
b、 CaSnO3、CaZrO3 c、 BaO· 4TiO2
( 0)
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
a、TiO2、CaTiO3以电子位移极化为主 [TiO6]八面体，Ti4+高价、小半径 →离子位移极化→强大的局部内电场 Ei导致，Ti4+，O2-→本身极化率增大 →电子位移极化为主
ε 2 − ε1 ×100% ε ε1 ΔC (%) = C 2 − C1 ×100% C C1 ε1，C1分别表示温度为（20 ± 5）℃时的 电容量和介电常数；ε 2，C2 分别表示特 定温度（按EIA）的电容量和介电常数
(%) = Δε
电容器温度特性
表： 陶瓷电容器标准（EIA代号）
EIA代码 X7 X5 Y5 Z5 温度/°C -55 ~ +125 -55 ~ +85 -30 ~ +85 +10 ~ +85 EIA代码 D E F P R S T U V
电容变化率%
±3.3 ±4.7 ±7.5 ±10 ±15 ±22 +22 ~ -33 +22 ~ -56 +22 ~ -82
§2- 1 概述
§2- 1 概述
§2- 1 概述
§2- 1 概述
§2- 1 概述
§2- 1 概述
§2- 1 概述
Freq. Characteristic Explanation
I类瓷：高频介质瓷的介电常数与温度之间的关系几乎呈直线关系，因 而用介电常数温度系数αε（或容量温度系数αc）来表示电容器的温度特性。 II类瓷：铁电介质瓷的介电常数随温度的变化是非线性的，因此，不能用介 电常数温度系数αε （或电容温度系数αc）的概念来表示电容器的温度特性。 通常用一定温度范围内的 介电常数变化率或容量变化 率来表示：
Ceramic 陶瓷
Using Ceramic as the dielectric , metal baked with ceramic as inner electrodes , non-polarized and non-organic capacitors.
Fixed Capacitor 固定电容器
频率特性说明 等效电路
Capacitance 容量
§2- 1 概述
ESL 电感
-每个电容器都有ESR（等效串联电阻）和 ESL( 等效串联电感 )。 -对于高频率（由MHz到GHz的范围）微波的应 用，为了减少损耗，ESR应降低。 -Q代表质量因素
ESR 电阻
+2 (ωL 2 Z = R2R Z +1/ωC) (L
按主晶相分
1
d dt
按 ε 的值分
< 0：TiO2、CaTiO3、SrTiO3 > 0：MgTiO3、 CaSnO3、 SrSnO3、 CaZrO3 0： BaO•4TiO2
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
§2- 2-2
值不同的原因
有正、负、零，取决于不同温度下质点的极化程
离子晶体中主要是电子位移极化与离子位移极化。
E=0
2r
+
E


+
e 4 0 r
原子核 极化前 电子 极化后
3
电子位移极化
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性
-
+
E=0
-
+
离子位移极化
E→
4 0 (r r )3 a n 1
§ 2-2 高频电容器瓷的介电特性

温度补偿系列
§2- 1 概述
第一类 Class 1 电容器 （高频） 第二类 电容器 （低频）
较高ε ，较小 介质损耗，温 （高频热补偿电容器瓷 I类瓷 高频热稳定电容器瓷） 度系数系列化 以钛、锆、锡酸盐陶瓷为主晶相
陶瓷 电容器
Class 2
高介电系列
II类瓷 （低频高介电容器瓷） 以BaTiO3为主晶相的铁电陶瓷