Capacitores cerámicos: por qué las tensiones y capacitancias nominales no ofrecen una panorámica completa

Dugan Karnazes
|  Created: September 16, 2019  |  Updated: September 13, 2020

La capacitancia real de los condensadores cerámicos rara vez coincide con la indicada en las especificaciones una vez que se instalan en las aplicaciones finales. Dependiendo de la frecuencia, tensión y dieléctrico, la capacitancia real puede ser muy distinta de la prevista. En esta guía, se explican los conceptos erróneos comunes y se muestra cómo seleccionar el condensador adecuado para una aplicación a la hora de elegir piezas en el mundo real. La polarización de CC a la que funciona un condensador cerámico puede tener una gran influencia en su capacitancia real. 

Estas son las reglas principales que tener en cuenta, y sobre las que nos extenderemos.

Para condensadores en general:

  1. Cuanto mayor sea la tensión que pasa normalmente por el condensador, menor capacitancia se obtendrá de la pieza
  2. Un paquete más grande proporcionará mejor estabilidad en términos de capacitancia a diferentes tensiones
  3. El coeficiente de tensión cambia con el dieléctrico y está relacionado con el coeficiente de temperatura (¡aunque no está garantizado!)

Los fabricantes de condensadores pueden usar cualquier material que se adapte a los requisitos de temperatura nominal, pero esto no significa que todos los condensadores X7R tengan el mismo coeficiente de tensión o estén hechos del mismo material dieléctrico. ¡La tolerancia de capacitancia establecida generalmente se basa en la temperatura, no en la tensión de polarización! Es especialmente importante tener esto en cuenta al elegir alternativas para condensadores aprobados. Es vital comprobar que el coeficiente de tensión sea el mismo para las piezas si es importante mantener la capacitancia. Lamentablemente, esta información es a menudo difícil de encontrar y generalmente ni siquiera está en la hoja de datos. Si la capacitancia real es crítica en la aplicación, es importante probarla en dicha aplicación. La frecuencia y la tensión CA también afectan a la capacitancia real. Hablar con un ingeniero de aplicaciones del fabricante del condensador es un buen punto de partida cuando se trata de filtrar las posibles opciones.

Murata incluye un ejemplo en su hoja de datos con un gráfico, pero no incluye los parámetros reales disponibles. A partir de la  hoja de datos: Condensador cerámico monolítico de chip de uso general GRM0335C1H101JA01_ (0201, C0G:EIA, 100 pF, 50 VCC)

DC Voltage Characteristics with Capacitance Change on the vertical axis and DC Voltage on the horizontal axis.

Capacitor cerámico. Características de tensión CC con cambio de capacitancia en el eje vertical y tensión CC en el eje horizontal

Para aplicaciones de suministro de energía donde la capacitancia de desacoplamiento real puede tener una tolerancia relativamente grande, es necesario verificar que la tensión nominal del condensador sea varias veces mayor que el punto de operación si utilizan dieléctricos económicos con coeficiente de temperatura, como Y5V. De esta forma, se garantiza que la aplicación utilice el condensador en su región de funcionamiento, donde la mayor parte de la capacitancia está aún disponible. 

En aplicaciones de filtro, sincronización o alta precisión donde la tensión fluctuará y la capacitancia debe permanecer estable, es importante usar un condensador de grado superior. Los condensadores de película de metal son excelentes para esto, pero generalmente son mucho más grandes. Si tienes que usar un condensador cerámico por razones de tamaño, los dieléctricos Clase I C0G o NP0 son el camino a seguir. Estos dieléctricos no solo son más estables a diferentes temperaturas, sino también a diferentes tensiones. Además, no presentan efectos de "zumbido" piezoeléctrico, como los componentes de Clase II o III.

Prácticas recomendadas

  1. Si la capacitancia es importante, se debe probar el condensador elegido en las condiciones en que vaya a funcionar. Estos datos no aparecen normalmente en la hoja de datos.
  2. Un ingeniero de aplicaciones del fabricante del condensador podrá ayudarte si haces las preguntas correctas. Por ejemplo, «¿Qué condensador necesito para obtener una capacitancia X con una polarización de CC de X a una frecuencia de X y a temperaturas X, y qué encapsulados hay disponibles?»
  3. El coeficiente de temperatura está relacionado con el coeficiente de tensión CC, pero no por diseño. Es un buen punto de partida, pero no garantizado.

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Dugan Karnazes is the owner of Velocity Research, and an experienced electrical engineer with a background in electronics and engineering physics. Since 2013, Dugan has been focusing his attention on the PCB design process and working on research and development teams with companies in West Michigan to build better products incorporating advanced technologies and new techniques.

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