| AVX独石电容和钽电容器比较 独石电容和钽电容比较
（AVX技术文章）
简介
虽然用于制造独石电容和钽电容的结构技术和材料是完全不同的，但是基本应用仍有相同的地方。容量在0.1-22μF范围内的电容器主要用在数字电路中的去耦和虑波。作为供电，不管数字电路中的开关，电容器辅助电源保持（DC）直流电压不变。电容器也起到一个简单、单极虑波器的作用，可以用来连接其它元件（电阻和电感）产生更高阶的虑波电路。
钽电容器和陶瓷电容器是两种电容器，它们有许多不同的特性。现有的尺寸大小和容量是第一个讨论的内容。每种技术的阻抗曲线、寄生电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）也做概述。然后，各种条件下的电气性能，例如温度和直流偏置也要进行讨论。
这篇文章主要集中在陶瓷和钽电容器的片状元件，唯一真正有差别的知识是穿孔产品引线的附加电感。目的也只限制在比较相同容量和尺寸大小的产品。
现有产品
下表详细列出了产品范围，表中包括钽电容器和陶瓷电容器的扩充范围
表1：
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独石电容器
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钽电容器
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尺寸大小
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0603 (1608M)
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R-0805 (2012M)
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0805 (2012M)
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A-1206 (3216M)
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1206 (3216M)
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B-1411 (3528M)
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1210 (3225M)
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C-2412 (6026M)
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额定电压（V）
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10-500
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4 - 50
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介质
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BaTiO2
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Ta2O5
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容量范围（μF）
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X7R-0.0001-3.3
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0.1-100
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Y5V-0.022-22.0
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极性
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Bi-directional双向
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极性
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DC漏电流
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0.001μA max
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一般 0.5-30 μA
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表1中显示的数据要做说明。首先，要记住，对钽电容器要采用50%的降额电压，即5V的应用电压要用10V额定电压的元件。其次，对两种产品技术在容量上和额定电压上有明确的替代使用要求。例如对钽电容器，一个C壳号额定电压为4V的产品最大容量为100μF，而50V额定电压有1μF容量。一个10V，Y5V-1206陶瓷电容器最大容量为10μF，而50V元件有最大容量只有0.33μF。X7R和Y5V介质的选择是因为他们广泛可得，并可以得到需要的容量范围。最后，钽电容器是有极性的元件，所以，要小心在隔直应用中的反向电压有多大。
寄生现象
电容器的阻抗曲线可以告诉许多在实际电路中元件的性能。每个电容器有寄生ESL和ESR，是因为它的物理本质包括元件的制造的原因。两种制造技术都有一定长度和宽度的导体组成，其中有电流通过，所以它们有电感。陶瓷电容器金属板和钽电容器的钽粉都有一些电阻（ESR）。阻抗意味着实际的和想象的元件，并且今天的阻抗分析器（例如HP4194）同时测试幅度和相位，从这里我们可以计算ESL和ESR。图1显示4.7μF、Y5V、1206、16V陶瓷电容器和一个4.7μF、16V、B壳号钽电容器的阻抗幅度和ESR。
图1显示一些有趣的结果。首先，可以说出它们容量值相同，因为在低频时，即在1K时，阻抗曲线是相同的。陶瓷电容器的ESR在所有频率下比较低。最后，看频率的上端陶瓷电容器包装的ESL也是相当低的。这主要是由用在表面安装钽电容器上的引线框架造成的。表2列出了各种壳号的钽电容器和陶瓷电容器测试到的寄生电感。可以有趣地注意到容量值几乎不受电感的影响。影响的特性是电流“看起来”流过电容器的通路长度和外表比率。
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16V
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3.5
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1000
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10V
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5
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1000
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陶瓷电容器,Y5V
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25V和50V
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5
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1000
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26V
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7
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1000
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10V
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10
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1000
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不幸的是在现实世界中，大多数电子电路并不工作在120Hz或1KHz。钽电容器最大的ESR是在100KHz规定的，因为这十分接近大多数电源的开关频率，而陶瓷电容器一般不规定和 / 或只给出响应频率。下面的表显示一些可比陶瓷和钽电容器在100KHz和1MHz时的典型ESR。
表4
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AVX产品号
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规格
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ESR@100KHz
(mΩ)
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ESR@ 1MHz
(mΩ)
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TAJA105M016
1206YC105M
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A壳号,1μF,16V
16V, 1μF,X7R
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5000
2200
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1500
25
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TAJA106M010
1206ZG106Z
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A壳号,10μF,10V
10V, 10μF,Y5V
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1600
600
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350
20
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TAJB226M010
1210ZG226Z
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B壳号,22μF,10V
10V, 22μF,Y5V
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1300
4
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1000
3
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TPSC226M016
1210ZG226Z
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C壳号,22μF,10V
10V, 22μF,Y5V
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300
4
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250
3
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正如表中所证实的，陶瓷电容器的ESR一般要低得多，尤其是在频率比较高时。
DC(直流)偏压的影响
陶瓷电容器由高K（介电常数）材料制成，此材料的介质常数随施加的DC电压而变化。钽电容器的容量不随DC偏压而变化。因为几乎所有电容器工作在直流情况。当设计电路时这种特性是需要牢记在心的。图2显示了到额定电压时DC偏置对Y5V和X7R电容器的影响。这种影响主要不是与额定电压有关，而更重要的是电容器层之间的电场有关。经验法则是X7R产品在额定电压有15-20%损失，Y5V有75-80%的损失，不管额定电压多少。用一条直线可以很好地近似表示产品之间的情况。
温度的影响
再次说明，由于陶瓷和钽的天性，电容器的容量随温度而变化。X7R和Y5V EIA依此编号，介绍容量是如何随温度变化的。X7R温度从-85℃到+125℃容量变化为±15%，Y5V温度从-30℃到+85℃容量变化为+22%到-82%。图3显示了钽和陶瓷电容器容量的变化。需要注意的是温度和DC偏压的影响是累计的不可以区别开来。
相伴随。因为ESR与频率和温度有关，下面列出的额定功率是根据经验而不是铁定的法则。钽电容器有一组已公布的高于环境温度10℃的数据。做试验得到的数据用模拟的方法得到的，是对一系列陶瓷电容器做的试验。需要注意的是不同的安装技术可以大大改变热传导。下面的表列出了从这些试验中得到的数据。
表5
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壳号尺寸
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介质
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最大功率损耗（W）
100ΔC
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钽
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A
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0.08
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B
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0.09
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C
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0.11
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陶瓷
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1206
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X7R
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0.27
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0805
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0.24
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1206
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Y5V
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0.2
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0805
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0.18
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从表5中可以看出，陶瓷电容器的能量处理一般比钽电容器好得多。要记住，陶瓷电容器的ESR通常也比钽电容器小（见表4），所以可以有更多的电流通过电容器（P=I2R）
微噪声影响
很少关心但也很重要，尤其在音频应用中，这就是微噪声或压电效应。大多数介质系统的陶瓷材料基础的钛酸钡有微噪声效应。不难发现，取一个Y5V电容器并加上一个带小的1K正弦波DC偏置电压，可以使电容器“唱歌”。钽电容器没有微噪声效应。由AVX做的试验出现相反的现象。当产品在偏置时发生振动导致可以测量出的电压。这是对一个串联的1μF元件做的试验，结果显示在图4中。而这个试验未给出经验数字，相对电压产生的结果说明了情况。此试验确认陶瓷电容器的K越高，微噪声效应变得越坏。
结论
没有一种简单的回答可以说什么时候钽电容器可以用陶瓷电容器取代，反之亦然。电容器的参数要在它的寿命期间小心检查，优点和重点列在下表。
表6
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重要参数
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钽电容器
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陶瓷电容器
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ESR/输出波纹
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X
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体积效益
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X
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温度范围宽
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X
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低电感
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X
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DC偏置
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X
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压电效应
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X
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高频滤波
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X
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人们不能盲目地用一种技术类型的电容器取代另一种，同时期望在所有条件下性能相同。要考虑到电路的一般知识。 |
