keramische condensatoren, de nieuwe gebakken lucht

fatbeard

Honourable Member

Op jacht naar een nogal pesky probleem in de laatste creatie (ergens ontstaat een mengprodukt wat zich een weg weet te vinden naar de ontvangerketen) werd ik geconfronteerd met een vertrouwd fenomeen: de spanningsafhankelijkheid van keramische condensatoren.
Daar is ook hier al het nodige over gediscussieerd, maar toch.

Omdat het probleem verminderde als ik capaciteit toevoegde in de voedingsfiltering, ging ik op zoek naar grotere waardes dan de 1µ die er nu in zit. Lastig, omdat er 0603 in zit en er geen ruimte is voor grotere...

Ik verkeerde in de veronderstelling dat X5R een relatief stabiel materiaal was, met ongeveer 40% capaciteitsverlies op de nominale spanning.
Grote vreugde toen ik ontdekte dat er 10µ 0603 condensatoren van X5R bestaan.
Veel mindere vreugde (zeg maar enorme teleurstelling) toen ik de datasheet daarvan las: de 10V condensator zou op 5V nog maar 30%(!) van de capaciteit hebben...

Uitgaande van het gegeven dat er nu een 1µ/16V/X7R in zit zocht ik een datasheet op en leerde dat ook die bij 5V al de helft van de capaciteit kwijt was...

Wat me bij de -bijna retorische- vraag brengt: wat is het nut van condensatoren die bij praktisch gebruik maar een fractie van de nominale waarde hebben?
Als designer wéét je dat je voor effectieve ontkoppeling van je 5V switcher 1µ nodig hebt met een zeer lage ESR en ESL, dus dan ligt een keramische condensator voor de hand. Maar als je die dan een factor 7 of meer moet gaan overbemeten omdat je anders alsnog onvoldoende capaciteit hebt voel ik me toch wel een beetje boel bekocht...

Als je dan ook nog ontdekt dat een TDK dit soort informatie onvindbaar (of misschien wel helemaal niet) op de website heeft geplaatst beginnen de fundamenten van mijn electronica toch wel een beetje te rammelen...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Ja, dat X5R zich zo gedraagt moet je als ontwerper weten. Het moet uit de lengte of de breedte komen; dit is het gevolg van een sterk gepolariseerd dielectricum.

Dergelijke condensators zijn zeker wel nuttig; ik ontwerp elektronica die bestand moet zijn tegen grote transients (minimaal +/- 300V uit 1 ohm, soms 750V/1 ohm, in een extreem geval 1600V/1 ohm), en hoewel je natuurlijk zoveel mogelijk moeten tegenhouden op het punt waar de transient binnenkomt, is het dan verdomd handig dat componenten verderop nog een ruimte transient marge hebben. Bij gevolg ben ik vaak toch al verplicht grote factor te nemen op de werkspanning, en omdat die bij normaal gebruik niet bereikt wordt, vind ik de capaciteit daar helemaal niet zo interessant.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Groter is beter... ;).   Als je er ruimte voor hebt een grotere nemen, die hebben er veel minder last van.

https://www.maximintegrated.com/en/images/appnotes/5527/5527Fig01.gif

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

10 μF in een 0603 zandkorrel willen stoppen komt met wat nadelen. Dat is fysiek gewoon (nog) niet mogelijk.

Mijn echte naam: Joris | Mijn elektronica website: Fuzzcraft.com

Eigenlijk niets nieuws maar ik kan de opmerkingen van de TS begrijpen.
Niet alle datasheets zijn goed of duidelijk. Bob Pease heeft daar lang geleden kritiek op gegeven.

Tja, het was mij al een tijdje bekend. Ook dat een hogere werkspanning niet impliceert dat er op (bijv.) 5V meer capaciteit over is.

Overigens betekend X5R (of X7R) helemaal niets voor de spanningsafhankelijkeheid. Die is gewoon bij elke fabrikant anders. X5R is alleen maar een temperatuurspec.

Voor gewone ontkoppeling (de 100nF korrels die in de praktijk 90% van de condensatoren zijn) maakt het geen ruk uit.

Voor je schakelvoeding moet je even goed in de specs duiken. Maar fatsoenlijke condensatorbakkers (Kemet, AVX, Murata) hebben die gewoon op de website staan.

En anders kijk je of je 2 Maart welkom bent op Kemet's Institute of Technology, een hele dag condensatorgeleuter :-) (Google maar op Kemet KIT)

@Arco: Groter is niet beter; van een 1210 verwacht ik minimaal 47uF, geen 4.7uF. En dan is de spanningsafhankelijkheid vaak net zo dramatisch.

Misschien kun je 0603-tjes piggybacken?

Mijn echte naam: Joris | Mijn elektronica website: Fuzzcraft.com
fatbeard

Honourable Member

Daar ben ik inmiddels ook achter. Wéér een illusie armer...
Hogere maximale spanning helpt ook niet: voor toepassing op een 5V net is de 25V versie geen spat beter dan de 16V versie en maar weinig beter dan de 10V versie...

Iets te lang rondgeneuzeld...
Ik wil inderdaad 2 maart naar Eindhoven. En wel precies daarom :)

Piggybacken heb ik nu gedaan voor het experiment, maar dat gaat in de produktie natuurlijk niet lukken...

[Bericht gewijzigd door fatbeard op 15 februari 2017 15:21:04 (18%)]

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Inderdaad, het staat vaak niet of zeer onduidelijk in de datasheets, en het is absoluut belachelijk dat dit niet in de code staat.

Daarbij heeft niemand zin om 250+ datasheets van 100nF condensators op Farnell te gaan openen en vergelijken op een specificatie die er de helft van de tijd helemaal niet in staat.

Het is hoogst frustrerend en idioot dat de fabrikanten, die ongetwijfeld precies weten hoe zo'n condensator zich gedraagt, niet de moeite nemen om dat fatsoenlijk te specificeren.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 15 februari 2017 14:03:10 schreef fatbeard:Grote vreugde toen ik ontdekte dat er 10µ 0603 condensatoren van X5R bestaan.

Roflmao

Op 15 februari 2017 14:21:14 schreef Arco:
Groter is beter... ;).

Dat zei mijn ex-vriendin laatst ook al :/

Diëlektrische verzadiging is een bitch

This is the world we know best, the world of madness
fatbeard

Honourable Member

Yeah, it sucks... In all the wrong places.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Op 15 februari 2017 15:33:49 schreef SparkyGSX:
Het is hoogst frustrerend en idioot dat de fabrikanten, die ongetwijfeld precies weten hoe zo'n condensator zich gedraagt, niet de moeite nemen om dat fatsoenlijk te specificeren.

Grappig: Alle 10uF 0603 ceramische capaciteiten bij Farnell zijn van of TDK, of Murata. En als je nu hun partnummers in google stopt, vind je gelijk een pagina van de fabrikant waarop het capaciteit vs. DC bias grafiekje staat....

Sorry hoor, maar ik vind dat dit onderwerp toch wel een hoog klaaggehalte heeft.
Zoals @blurp al aangeeft, de juiste gegevens zijn meestal eenvoudig te vinden als je even zoekt.
Wanneer je dat teveel moeite vind en blind vaart op wat Farnell en consorten je aanbieden dan is dat niet aan de fabrikant te wijten.
95 volume % van de componenten gaat toch naar de grootverbruikers die deze componenten in overleg met de leverancier of eigen expertise hebben gekozen.
De paar kleinere verbruikers en hobbymatige toepassingen zullen wat meer moeite moeten doen om de juiste componenten te kunnen vinden.

Hou me ten goede; ook ik loop daar soms tegen aan omdat we nu eenmaal geen grootverbruikers zijn.
Dan kost het inderdaad veel tijd en moeite om de juiste component te vinden, of om er achter te komen dat die component niet bestaat.

P.s:
Als iemand nog een vriendin in de aanbieding heeft die ook bij hogere spanningen even leuk blijft, er altijd sexy uit ziet, nooit klaagt, een goed inkomen heeft, en geen eisen stelt dan hou ik me aanbevolen :)

[Bericht gewijzigd door Brainbox op 15 februari 2017 17:05:27 (12%)]

Op 15 februari 2017 16:27:12 schreef blurp:Grappig: Alle 10uF 0603 ceramische capaciteiten bij Farnell zijn van of TDK, of Murata. En als je nu hun partnummers in google stopt, vind je gelijk een pagina van de fabrikant waarop het capaciteit vs. DC bias grafiekje staat....

Pardon? Ik krijg 10 fabrikanten bij Farnell:

AVX (8)
JOHANSON DIELECTRICS (2)
KEMET (2)
MULTICOMP (3)
MURATA (27)
TAIYO YUDEN (2)
TDK (17)
WALSIN (3)
WURTH ELEKTRONIK (2)
YAGEO (PHYCOMP) (2)

Murata en TDK zijn wel de grootste, maar dan nog zijn het 68 verschillende componenten. Nu is de combinatie 0603 en 10uF natuurlijk vrij dramatisch, want dat is alleen haalbaar met dielectrische materialen met dergelijke eigenschappen.

Ik was laatst op zoek naar een stabiele condensator met een kleine tolerantie, bij voorkeur 1%, maar vooral thermisch stabiel, op de lange termijn stabiel, en over een groot spanningsbereik constant, voor een veiligheidskritische luchtvaarttoepassing. Dat wordt de zoektocht toch wel "iets" lastiger!

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
maartenbakker

Golden Member

Op 15 februari 2017 15:18:59 schreef fatbeard:

Iets te lang rondgeneuzeld...
Ik wil inderdaad 2 maart naar Eindhoven. En wel precies daarom :)

Enigszins off-topic maar wel relevant voor Kemet. Als ze er niet zelf over beginnen, zou je eens kunnen vragen waarom ze nog steeds de oude ingegoten geïmpregneerde X2-papiercondensatoren en RC-netwerkjes van Rifa verkopen en of ze die nou niet even bedrijfszeker kunnen maken als hun polypropyleenproducten?

"The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."
fred101

Golden Member

Ik denk dat Fatbeard bedoeld dat het vreemd is dat je bv een 10uF voor 10V verkoopt die, wanneer je hem ook bij 10V gebruikt nog maar een fractie van 10uF is.

Condensators zijn maar rare dingen. Ze zijn qua "werkelijke" capaciteit afhankelijk van spanning, stroom, frequentie en temperatuur. Net als de ESR trouwens. (en dan vindt men spoelen eng)

Ze worden gebruikt voor DC, AC en een mix daarvan. Het begint al met het (eigenlijk beetje vreemde) geval dat capaciteit eigenlijk een DC parameter is maar meestal wel op AC wordt gemeten en daar wordt ook dan ook de ESR bepaald (als fasehoek of DF). En dan nog dingen als het piezo effect.

De max spanning die ze geven heeft dan weer met doorslag te maken, niet met de capaciteit. En dan nog alle soorten en maten. Mica condensators zijn ideaal voor RF maar gebruik ze niet bij heeeeeel lage frequentie. (ceramisch is in WW2 ontstaan omdat mica (niet meer ;-) ) uit de USA kwam. RS was toen de producent van deze nieuwe condensator) Tantalen hebben een heel lage ESR en veel capaciteit per volume, ze kunnen ook vreselijk lang meegaan maar ze kunnen niet goed tegen transients en nog minder tegen overspanning.En zo hebben ze allemaal wel wat.

Groter is idd beter. Die grote bussen uit de jaren 60/70 houden het bijna eeuwig vol bij normaal gebruik. De ESR is laag genoeg om moderne elco's een minderwaardigheids complex te geven. Eigenlijk een beetje vreemd dat alles steeds kleiner moet. Soms echt belangrijk maar soms helemaal niet (dan krijg je een 19" kast die voor 80% leeg blijkt te zijn).

En dan zijn er dus nog de C meters, die op DC, of AC of een (combi) kunnen meten. Bij AC op verschillende frequenties etc
Moderne C meters werken met heel lage spanning en maar weinig hebben nog de mogelijkheid om daarbij een DC bias te geven. Iets wat bij oude bruggen en LCR meters eigenlijk standaard was. Maar ook de max (instelbare) test signalen waren stevig, mijn beste C meter (GR 1620 ex GR standards lab) kan zelfs tot 300VAC leveren.
Dus kun je ook zeggen: 10uF ? op welke manier wilt u hem gemeten hebben ;-)

Zie dan alle gebruikers maar te vriend te houden zonder een telefoonboek dikke datasheet.

www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

Zo'n condensator is dus denk ik onbruikbaar voor een RC-filter om één bepaalde frequentie uit te filteren (bijv Wienbrug) omdat hij niet-lineair is.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
fatbeard

Honourable Member

Inderdaad fred101, dat bedoel ik dus. Al bij 2V is de afname dramatisch te noemen...
"For all practical purposes" is een keramische 10µ condensator dus geen 10µ.
Deze auto heeft een topsnelheid van 260km/h en rijdt 1 op 40.
Maar alleen zonder passagiers op een volkomen gladde, rechte weg met een helling van -10%; op de gewone weg met een passagier aan boord haalt-ie maar 60km/h en rijdt-ie 1 op 3.


Mijn aanname dat X5R iets van 40% verloor bij de halve nominale spanning stamt dus nog uit het 1206-tijdperk...

[rantmode: light]
Dat de exacte gegevens met enig zoekwerk wel te vinden zijn heb ik niet bestreden, maar als je 'een' 10µ condensator zoekt vind ik wel dat zowel leveranciers als fabrikanten iets meer moeite mogen nemen om alle relevante data bij elkaar te zetten om de keuze voor een bepaald type/fabrikaat eenvoudiger te maken.
Dus niet een catalogus en/of product briefs waar weliswaar alle condensatoren in staan maar waar je slechts met grote moeite in kunt terugvinden wat nou de feitelijke TC en tolerantie is maar waar dus met geen woord wordt gerept over de spanningsafhankelijkheid, ook niet gegeneraliseerd. Juist omdat die eigenschap zo'n enorme impact heeft zou het op het allereerste selectienivo al duidelijk moeten zijn (en niet alleen door opgedane ervaring).

Dat je die spanningsafhankelijkheid te zien krijgt als je de datasheet van een specifieke condensator opvraagt is niet meer dan normaal (al ontbreekt het nog te vaak), maar om nou bij de ontwerpkeuze voor een condensator eerst bij een (of meerdere!) leverancier(s) een preselectie te gaan maken en dan vervolgens van al die typen apart de datasheet op te gaan halen om tot de ontdekking te komen dat ze niet geschikt zijn... Moet simpeler kunnen.
[rantmode: off]

Ga voor de gein eens op de TDK website zoeken naar een algemeen verhaal hierover...

@ohm pi: klopt, alleen NP0/C0G is -beperkt- bruikbaar in een signaalweg.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
fatbeard

Honourable Member

Zojuist gedaan: na de selectie (10µ) was er nog geen indicatie van de spanningsafhankelijkheid. En in de series datasheet... stond het ook niet.
Ook in de uitgebreide serie-informatie was er niets over te vinden...

I rest my case.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Nog steeds klaag, klaag, klaag,.........
Hoe moet je een condensator anders specificeren dan hij is ?
De fabrikant maakt een condensator die een wisselspanningsgedrag heeft van een condensator van 10 uF.
Nu blijkt deze condensator bij een flinke DC offset nog maar de helft van dat gedrag te vertonen, geheel conform het gebruikte dielectricum.
Moet je die dan gaan verkopen als 5 uF? , of eventueel als 3 uF?
Ook dat zou niet juist zijn, want puur AC gezien blijft het een condensator van 10 uF.
Het is aan de ontwerper om de eigenschappen van een component te kennen en de datasheets te bestuderen.
Dat dit voor een bepaalde toepassing soms onvoordelig uitpakt is nu eenmaal inherent aan de eigenschappen van het gekozen materiaal.
Eigenlijk wil je een C0G of NP0 condensator maar die past kwa formaat helaas niet in je ontwerp.
Dus ga je maar klagen dat X5R of slechter zich niet zo gedraagt als je graag zou willen.
Ook op CO is dit al eens uitgebreid aan de orde geweesthttps://www.circuitsonline.net/forum/view/124197/1/ceramisch...fhankelijk

blackdog

Golden Member

Hi Brainbox,


P.s:
Als iemand nog een vriendin in de aanbieding heeft die ook bij hogere spanningen even leuk blijft,
er altijd sexy uit ziet, nooit klaagt, een goed inkomen heeft, en geen eisen stelt dan hou ik me aanbevolen :)

En ik maar denken dat er weinig mensen met humor hier op CO aanwezig zijn, ik moest echt hard lachen! :-):-):-)

Verder ben ik wel van mening dat je constand gebombardeerd wordt met marketing bullshit.
Ik denk dat fatbeard het wel een beetje wis, maar zich niet realiseerde dat het effect zeer groot kan zijn.
Zoiets komt bij mij ook wel voor...

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
maartenbakker

Golden Member

Erg flauw. Zelfs Yageo/Phycomp (ex Philips dus dan verwacht je nog wat) heeft in de databladen alleen grafiekjes van temperatuurcoëfficiënt en impedantie/ESR staan.

Op 15 februari 2017 20:12:56 schreef fred101:
Tantalen hebben een heel lage ESR en veel capaciteit per volume, ze kunnen ook vreselijk lang meegaan maar ze kunnen niet goed tegen transients en nog minder tegen overspanning.En zo hebben ze allemaal wel wat.

In dat verband vind ik het dan weer heel raar dat Vishay/BC (andere ex-Philips tak) hun beroemde solid-aluminium condensatortjes wegens gebrek aan interesse aan de wilgen heeft gehangen. Dat waren in veel toepassingen goede tantaalvervangers.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op 15 februari 2017 23:18:33 (65%)]

"The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."
fatbeard

Honourable Member

@Brainbox: Ik klaag niet zozeer dat de condensator zich niet gedraagt zoals ik zou willen, maar dat de hh fabrikanten er nogal laks en/of geheimzinnig over doen door het effect alleen op lastig bereikbare plekken te benoemen (als ze dat al doen).
Sommigen zijn er helder over en hebben er zelfs specifieke documenten aan gewijd (die dan ook nog eens goed te vinden zijn), anderen zetten het alleen in de datasheets van de specifieke componenten maar velen doen net of hun neus bloedt.

Los daarvan, ik ken maar érg weinig schakelingen waarin een condensator alleen zuivere wisselspanning voor z'n kiezen krijgt zónder DC offset (flink is een relatief begrip)...
En zelfs dan, de capaciteit van dit soort condensatoren hangt óók af van de aangeboden AC spanning. En ook díe informatie is behoorlijk lastig te vinden...
Plaatje komt uit de datasheet van de MuRata GRM188R61E106MA73.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Op 15 februari 2017 22:00:33 schreef Brainbox:
Hoe moet je een condensator anders specificeren dan hij is ?
De fabrikant maakt een condensator die een wisselspanningsgedrag heeft van een condensator van 10 uF.

Bullshit! Bij 5Vrms AC doet hij precies hetzelfde, hij is non-lineair, en als je daar een filter van maakt waar je een zuivere sinus in stopt komen er opeens harmonische uit!

Nu blijkt deze condensator bij een flinke DC offset nog maar de helft van dat gedrag te vertonen, geheel conform het gebruikte dielectricum.

Leuk, de eigenschappen van dat dielectricum houden ze angstvallig geheim; er zijn vele varianten mogelijk die allemaal binnen de X5R temperatuur specificatie blijven.

Moet je die dan gaan verkopen als 5 uF? , of eventueel als 3 uF?

Nee, als een 10uF condensator met een eenduidig gespecificeerde spanningsafhankelijkheid.

Om eerlijk te zijn klinkt het alsof je zelf niet professioneel ontwerpt, en degene die dat wel doen beschuldigd van luiheid en onkunde zonder het probleem echt te begrijpen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken