Типы диэлектриков в керамических конденсаторах

В керамических конденсаторах используется обширный класс диэлектрических материалов - в основном это различные соединения на основе титанатов или ниобатов. Дли инженера важна классификация диэлектриков для керамики по признаку температурной стабильности, для оценки которой используется т.н. температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ).

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)коэффициент, отражающий относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин).


Импортная классификация диэлектриков по ТКЕ
Отечественная классификация диэлектриков по ТКЕ


В зарубежной системе классификации используется деление керамических конденсаторов на три класса:

  • Класс 1 - точные термостабильные конденсаторы с практически линейной зависимостью ТКЕ от температуры;
  • Класс 2 - конденсаторы с меньшей температурной стабильностью, но, в основном, с большей объёмной ёмкостью.
  • Класс 3 (устаревшие) - т.н. барьерные керамические конденсаторы, имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость и поэтому более высокую объемную ёмкость, чем конденсаторы второго класса. Тем не менее, эти конденсаторы имеют худшие электрические характеристики, в том числе более низкую точность и стабильность. Так как не представляется возможным создание многослойного конденсатора такого типа, на рынке присутствуют лишь выводные конденсаторы третьего класса. По состоянию на 2013-й год конденсаторы третьего класса считаются устаревшими, так как современная многослойная керамика 2 класса может обеспечить более высокую емкость и лучшие параметры в более компактном корпусе.

Для обозначения диэлектриков керамических конденсаторов зарубежом используются два стандарта: EIA RS-198 и IEC/EN 60384-8/21. Согласно этой системе, к первому классу принадлежат следующие диэлектрики:

Тип диэлектрика
(согласно IEC/EN 60384-8/21)
Тип диэлектрика
(согласно EIA-RS-198)
Температурный коэффциент ёмкости
(10-6/K)
Допустимое отклонение ТКЕ на градус
(10-6/K)
NP0C0G0±30
P100M7G100±30
N33H2G-33±30
N75L2G-75±30
N150P2H-150±60
N220R2H-220±60
N330S2H-330±60
N470T2H-470±60
N750U2J-750±120
N1000Q3K-1000±250
N1500P3K-1500±250


По стандарту EIA RS-198 керамические конденсаторы 2-го класса различаются по допустимому изменению ёмкости и рабочему диапазону температур.

Нижняя рабочая температура
(первый индекс)
Верхняя рабочая температура
(цифровой индекс)
Допустимое изменение ёмкости в температурном диапазоне
(третий индекс)
X = -55°
Y = -30°
Z = +10°
2 = +45°
4 = +65°
5 = +85°
6 = +105°
7 = +125°
8 = +150°
9 = +200°
A = ±1.0%
B = ±1.5%
C = ±2.2%
D = ±3.3%
E = ±4.7%
F = ±7.5%
P = ±10%
R = ±15%
S = ±22%
T = +22%, -33%
U = +22%, -56%
V = +22%, -82%


Пример обозначения, одни из самых распространённых типов диэлектриков:
X7R - ёмкость изменяется на ±15% в диапазоне от -55° до +125°
Y5V - ёмкость может измениться на +22% или -82% в диапазоне от -30° до +85°





В отечествнной системе классификации диэлектрики керамических конденсаторов по типу ТКЕ разделяются на три группы:

  • Конденсаторы с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры
  • Керамические конденсаторы различающиемя по допускаемому изменению емкости в интервале температур
  • Слюдяные конденсаторы

Классификация конденсаторов с линейной или близкой к ней зависимостью ТКЕ от температуры приведена в таблице ниже. Там же указано соответствие отечественной системы и импортной, чтобы подобрать замену импортному конденсатору по типу диэлектрика:

Обозначение группы ТКЕ
По отечественной классификации
Обозначение группы ТКЕ
По импортной классификации
Номинальное значение ТКЕ в диапазоне 20 - 85°С
П100 (П120)P100+100 (+120)
П33 +33
МП0NP00
М33N030-33
М47 -47
М75N75-75
М150N150-150
М220N220-220
М330N330-330
М470N470-470
М750N750-750
М1500N1500-1500
М2200N2200-2200


Группы керамических конденсаторов классифицируемые по допускаемому изменению емкости в интервале температур:

Обозначение группы ТКЕДопускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
H10±10
H20±20
H30±30
H50±50
H70±70
H90±90


Для слюдяных конденсаторов используется следующее деление по типам ТКЕ:

Обозначение группы ТКЕДопускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
А±200
Б±100
В±50
Г±20


Остальные конденсаторы могут иметь различный ТКЕ, в зависимости от конкретного диэлектрика и конструкции. При расчётах необходимо сверяться с документацией на конкретный тип конденсатора. Для примера можно руководствоваться следующими значениями:

Полистирольные конденсаторы - ТКЕ в диапазоне 40 - 200 (10-6/°К).
Поликарбонатные конденсаторы - ТКЕ около ±50 (10-6/°К).
Полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) конденсаторы - ТКЕ у них не нормирован, но, как правило, они относительно термостабильные.
Полипропиленовые конденсаторы (серия К78) имеют достаточно высокий ТКЕ: -500 (10-6/°К).


Обратите внимание. Ёмкость конденсаторов изменяется не только из-за температуры окружающей среды, но также и в зависимости от приложенного напряжения. Данная особенность освещена в отдельной заметке.