陶瓷电容
陶瓷电容器是以陶瓷为介电质的电容器。其结构是由二层或更多层交替出现的陶瓷层和金属层所组成，金属层连结到电容器的电极。陶瓷材料的成份决定了陶瓷电容器的电气特性及其应用范围，依稳定性可分为以下三类：
- Class 1 陶瓷电容器：有高稳定性和低损失，适用于谐振电路的应用。
- Class 2 陶瓷电容器：其容积效率高，但稳定性及准确度较差，适用于缓冲、解耦及旁路电路。
- Class 3 陶瓷电容器：其容积效率更高，但其稳定性及准确度更差。
陶瓷电容器是电子设备中最常使用的电容，每年的产量约为一兆颗[1]。其中最常用的是积层陶瓷电容器（MLCC），且有采用表面安装技术的元件。
结构[编辑]
陶瓷电容是有二个端子的非极性元件。早期最常使用陶瓷电容是碟型电容器，比电晶体问世的时间要早，在1930年代到1950年代就应用在许多的真空管设备（如广播接收器）中，后来陶瓷电容也广泛使用在电晶体设备中。至2007年止，由于陶瓷电容相较于其他低容值电容的高容量及低成本优势，陶瓷电容仍广泛使用在各种电子设备中。
陶瓷电容可分为以下几种不同的形状及様式：
陶瓷电容分类[编辑]
- Class 1 陶瓷电容：有温度补偿，电容值准确的电容器。在不同的电压、温度下的稳定性最佳，且其损失最少。但是其容积效率也最低。典型Class 1电容的温度系数为30 ppm/°C，而且对温度的线性度很高，Class 1 陶瓷电容的散逸因数约为0.15%，因此适用在高品质因子的滤波器中。一般Class 1电容的电容误差约为5%至10%，也可以找到高准确度，误差只有1%的电容器。最高准确度的Class 1电容其标示为C0G或NP0。
- Class 2 陶瓷电容：其容积效率较Class 1电容要好，但其电容准确度及稳定性较差。一般的Class 2电容在−55°C至85°C的温度范围内，电容量误差值会在15%以内。Class 2电容的散逸因数约为2.5%。
- Class 3 陶瓷电容：其容积效率更好，但其电容准确度及稳定性也更差。一般的Class 3电容在10°C至55°C的温度范围内，电容量会有-22%至+56%的变化。Class 3电容的散逸因数约为4%。一般Class 3电容会用在去耦电容及其他电源供应器的应用中。
以往曾经有贩售Class 4 陶瓷电容，其电气特性更差，但容积效率更好。不过先进的多层陶瓷电容可以在小封装内有更好的电气特性，因此取代了Class 4 陶瓷电容。
上述三类的电容大约对应低K（介电系数）、中K及高K的电容。三类的电容中没有哪一类是最好的，需针对应用需求选择适用的电容器。Class I 电容器体积比Class 3电容器要大，若只是用于旁路及非滤波器的用途时，电容器只需考虑成本及容积效率，其准确度、稳定性及损失系数都不是主要考量，此时不适合使用Class 1 电容器，因此Class 1 电容器主要用在滤波器中，此领域除了使用Class 1 陶瓷电容器外，低频应用还可以使用薄膜电容，射频的应用则需要用更复杂的电容器。Class 3电容器一般用在电源供应器中，此应用由于体积上的限制，除了Class 3电容器外很难找到其他适用的电容器，随著陶瓷技术的进步，陶瓷电容器的容值范围也逐渐扩大，目前最大可以到100 µF，许多应用已开始用陶瓷电容器来取代电解电容，陶瓷电容器的性能比会相同容值的电解电容要好，虽然其成本较电解电容要高，但随著技术的提升，其价格也越来越低。
编码[编辑]
陶瓷电容上会印有三位数的编码标示其电容值，前二个数字标示容值最高的二位数，最后一数字则标示10的次方，其单位为皮法拉 （pF）。数字后会有一个字母标示其电容允差范围[4]。
| B | ± 0.1 pF | C | ± 0.25 pF | M | ±20% |
|---|---|---|---|---|---|
| D | ± 0.5 pF | P | +100 −0% | ||
| J | ± 5% | Y | −20 +50% | ||
| K | ±10% | Z | −20 + 80% |
例：一陶瓷电容标示104K，表示其容值为10×104 pF = 100,000 pF = 100 nF = 0.1 µF ±10%
EIA也有针对电容的温度系数有三个字的识别码。对于不是Class 1的非温度补偿型电容，第一个字对应工作温度的下限，第二个字为数字，对应工作温度的上限，第三个字对应在上述温度范围内的电容值变动：
| 字母（低温） | 数字（高温） | 字母（容值变动） |
|---|---|---|
| X= −55 °C (−67 °F) | 2= +45 °C (+113 °F) | D= ±3.3% |
| Y= −30 °C (−22 °F) | 4= +65 °C (+149 °F) | E= ±4.7% |
| Z= +10 °C (+50 °F) | 5= +85 °C (+185 °F) | F= ±7.5% |
| 6=+105 °C (+221 °F) | P= ±10% | |
| 7=+125 °C (+257 °F) | R= ±15% | |
| 8=+150 °C (+302 °F) | S= ±22% | |
| T= +22 to −33% | ||
| U= +22 to −56% | ||
| V= +22 to −82% |
一个标示Z5U的电容，其工作温度为+10°C至+85°C，容值变动范围在+22%至−56%之间。标示X7R的电容，其工作温度为-55°C至+125°C，容值变动范围在±15%之间。
温度补偿型电容也针对电容的温度系数有三个字的识别码，但规则和上述的不同。第一个字表示电容随温度的变动量，以ppm/°C来表示，第二个字是其10的乘幂，第二个字是电容随温度的变动量（以ppm/°C来表示）的最大允许误差，所以数值均是以25至85 °C为准：
| 最高位数字 | 乘幂 | 允许误差 |
|---|---|---|
| C: 0.0 | 0: -1 | G: ±30 |
| B: 0.3 | 1: -10 | H: ±60 |
| L: 0.8 | 2: -100 | J: ±120 |
| A: 0.9 | 3: -1000 | K: ±250 |
| M: 1.0 | 4: +1 | L: ±500 |
| P: 1.5 | 6: +10 | M: ±1000 |
| R: 2.2 | 7: +100 | N: ±2500 |
| S: 3.3 | 8: +1000 | |
| T: 4.7 | ||
| V: 5.6 | ||
| U: 7.5 |
一个标示C0G的电容，其容值不会随温度变化，误差在±30 ppm/°C之间，而标示P3K的电容，其容值飘移量为−1500 ppm/°C，最大误差在±250 ppm/°C。
除了EIA的电容识别码外，也有工业及军事应用的电容识别码。
高频使用[编辑]
陶瓷电容的电感性较其他主要电容器（薄膜电容或电解电容）要低，因此适用于高频的应用，一般可以到达数百MHz，若在电路上进行微调，甚至可以到达1GHz。若希望达到更高自共振频率，需要使用更昂贵及少见的电容，例如玻璃电容或云母电容。
以下分别列出一组C0G（温度补偿型）及X7R（非温度补偿型）陶瓷电容的自共振频率：
| 10 pF | 100 pF | 1 nF | 10 nF | 100 nF | 1 µF | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C0G (Class 1) | 1550 MHz | 460 MHz | 160 MHz | 55 MHz | ||
| X7R (Class 2) | 190 MHz | 56 MHz | 22 MHz | 10 MHz |
取代钽质电容及电解电容[编辑]
相较于钽质电容及电解电容，陶瓷电容在成本、可靠度及体积上都有竞争力，因此越来越多的应用会用陶瓷电容来取代钽质电容及小容值的铝电解电容，尤其应用在高频的开关电源或是旁路电容中。而且因为陶瓷电容的ESR低，因此可以配合较小的容值使用[5]。
颤噪效应[编辑]
有些陶瓷电容会有轻微的颤噪效应，也就是将机械振动转换为电气杂讯的情形。
参考资料[编辑]
- ^ J. Ho, T. R. Jow, S. Boggs, Historical Introduction to Capacitor Technology, PDF [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Kemet: Ceramic leaded Capacitors F-3101F 06/05 互联网档案馆的存档，存档日期2008-10-10.
- ^ Ceramic. [2012-08-02]. （原始内容存档于2008-03-31）.
- ^ Capacitor Coding 互联网档案馆的存档，存档日期2012-03-07.
- ^ Power Electronics Technology - Multilayer Ceramics or Tantalums. [2012-08-01]. （原始内容存档于2005-05-09）.