信じられないかもしれませんが、 コンデンサ 現代世界を構成する基本的な要素の一つです。これらの電荷貯蔵装置は、車のスピーカーからカメラのフラッシュまで、あらゆるものに使用されています。最も重要なタイプのコンデンサの1つはセラミック コンデンサです。これは、2つ以上の導電性電荷蓄積プレート間の誘電体としてセラミック層を使用します。
セラミックコンデンサとは何ですか?
セラミックコンデンサは、マイカ誘電体の代替品として1920年代にドイツで初めて開発されました。21世紀現在、国際電気標準会議 (IEC) はセラミック コンデンサを2つのクラスに分類しています。IECガイドラインによると:
- クラス1コンデンサは、高い安定性を実現するために細かく粉砕された常誘電体材料から製造されています。
- クラス2コンデンサは強誘電体材料を使用して製造されます。クラス2コンデンサは、クラス1コンポーネントと比較して体積あたりの静電容量が高くなりますが、精度と安定性は低くなります。
最もよく目にするのは陶器 積層セラミックチップコンデンサ（MLCC）のコンデンサ 表面実装はんだ付けに適したパッケージ、または一般にスルーホールアセンブリに適した単層セラミックディスクコンデンサとして使用できます。2012年時点で、メーカーは1兆個を超えるこれらの部品を生産しており、電子機器での使用が増えていることを考えると、その数は間違いなく増加しています。残念ながら、まだ 十分なコンデンサ 利用可能。
セラミックコンデンサは豊富にあり便利ですが、電荷保持コンポーネントとして利用できるのはセラミックコンデンサだけではありません。他のタイプにもそれぞれ独自の長所と短所があります。セラミックコンデンサは非極性コンデンサのクラスに属します。対照的に、有極性コンデンサは正極と負極の構成で適切に接続する必要があります。
極性および非極性誘電体材料
セラミックコンデンサは、非極性コンデンサのクラスに確実に分類されます。誘電体が2つの平行板導体を分離すると、それらは容量特性を示し、板上に電荷を蓄えます。シンプルなため、セラミックの代わりに次のようないくつかの代替誘電体材料を使用できます。
- ポリマーフィルム
- 紙
- ポリスチレン
- 雲母
- ガラス
- 状況によっては、空気または真空
それぞれの代替誘電体材料は、異なる誘電率、最小誘電体厚さ、および誘電強度を示します。セラミック コンデンサは、通常、上記のリストにある他の材料よりも誘電率が高く、最小誘電体厚が0.5 ～ 1マイクロメートル (μm) 程度と薄くなります。セラミック コンデンサの誘電強度も100 V/μm未満と低くなりますが、エアギャップ コンデンサは3.3 V/μmと注目すべき例外です。
有極性コンデンサが適切に機能するには、正確な方向に取り付ける必要があります。通常、これには次のものが含まれます。
- 電解コンデンサは、金属導体を使用して陽極「プレート」を形成します。セラミックコンデンサの観点から言えば、
- 陰極に接触する電解液
- 金属陽極上の誘電体を形成する酸化物層。表面を粗くすることで表面積を大幅に増やす。
この表面積の増加と、酸化物誘電体材料が非常に薄くなる（0.01 μm未満）という事実は、極性コンデンサが、与えられた物理的サイズに対して非常に高い静電容量を持つことができることを意味します。
有極性コンデンサの欠点の1つは、ある種のフィルタリングなど、一方の接点と他方の接点の間で電圧が振動するアプリケーションでの使用には適していないことです。これらのアプリケーションでは、セラミックコンデンサやその他の非極性コンデンサが最適です。
極性コンデンサでは、酸化層を形成するためにアルミニウム、タンタル、またはニオブを使用できます。各材料は比較的高い絶縁強度を示し、酸化アルミニウムは710 V/μmで最高の性能を示します。それらの比誘電率はクラス1セラミック コンデンサと似ており、約20です (ニオブが最も大きく、次にタンタル、アルミニウムの順)。ただし、クラス2セラミック コンデンサは、場合によっては10,000をはるかに超える優れた性能を発揮します。
セラミックコンデンサvs. スーパーキャパシタ
スーパーキャパシタは正極と負極の端子を備えているため、有極キャパシタの一種として分類できますが、これらのデバイスは独自のクラスに属します。スーパーキャパシタは電解質を通るイオンの動きを利用して、ヘルムホルツ二重層を動的に形成します。この二重層は、0.001 μm未満の非常に薄い誘電体として機能します。これらのコンデンサ 優れたエネルギー貯蔵能力を備えていますが、セラミックや他のタイプのコンデンサと比較すると電荷の吸収と消散が比較的遅いため、フィルタリングには適していません。さらに、充電および放電の寿命が限られており、全体的な絶縁破壊電圧が低くなります。
セラミックコンデンサvs. チューニングコンデンサ
セラミック コンデンサは一定の定格を維持できますが、アプリケーションによっては、静電容量をその場で変更する必要がある場合があります。もしそうなら、調整可能な、またはチューニング可能なコンデンサが適切なコンポーネントである可能性があります。チューニング コンデンサは、2つの平行プレートを動かして静電容量を増減するように設計されています。大部分は他の技術に置き換えられましたが、かつてはラジオのチューニングにチューニングコンデンサが使われており、特定のニッチな用途や教育用途では今でも使用されています。これらを使って独自のチューニングコンデンサを作ることもできます 説明書。