Расчет тонкопленочных конденсаторов. Исходные Данные
|
№ |
Ci, пФ |
Gc, % |
|
1 |
1000 |
10 |
|
2 |
1600 |
2 |
|
3 |
3300 |
10 |
|
4 |
150 |
10 |
|
5 |
2200 |
10 |
|
Параметр |
Величина |
|
UP ,В |
12 |
|
Tmax ,°C |
90 |
|
Tmin ,°C |
-60 |
Технология изготовления – масочная.
Примечание:С2- точный конденсатор и выполняется в виде навесного элемента и из расчёта исключается.
Выбор диэлектрика
По рабочему напряжению (12В), из справочной таблицы выбираем материал диэлектрика.
В таблице ниже указан выбранный материал диэлектрика, материал обкладок конденсатора и параметры, необходимые для расчета.
|
Материал |
Параметры | ||||||||
|
Резистивной пленки |
Обкладок |
Удельное поверхностное сопротивление обкладок |
Удельная емкость |
Рабочее напряжение |
Диэлектрическая проницаемость на f=1 кГц |
tgδ x103 на f=1 кГц |
Электрическая прочность |
Рабочая частота |
ТКЕx104, При Т=60…125 0С |
|
Ом/кв |
пФ/мм2 |
В |
МВ/см |
МГц |
град-1 | ||||
|
Моноокись германия (ГОСТ 19602-74) |
Алюминий А99 (ГОСТ 11069-64) |
0,2 |
50 |
10 |
12 |
5…7 |
1 |
300 |
3 |
Определение минимальной толщины диэлектрика.
Минимальное значение толщины диэлектрика определяется по формуле:
,
Где
КЗ– коэффициент запаса электрической прочности, для пленочных конденсаторов составляет 2-3.
Епр– электрическая прочность материала диэлектрика
Расчёт максимальной удельной емкости из условия обеспечения электрической прочности.
Удельная емкость определяется по формуле:
Определение максимально допустимой относительной погрешности активной площади конденсатора.
Этот параметр находится из условия:
,
Тогда:
Где
- относительная погрешность конденсатора,
обусловленная технологическими и
конструктивными факторами;
- относительная погрешность удельной
емкости, зависящая от воспроизводимости
свойств;
- относительная погрешность старения
пленок конденсатора
-
относительная температурная погрешность.
Для всех конденсаторов кроме С2, имеем:
Определим из условия обеспечения точности емкости конденсатора
С=36 пФ – емкость наименьшего по номиналу конденсатора
Δ=0,001 см
Определим значение удельной емкости из условия обеспечения минимальной площади, занимаемой конденсатором.
Этот параметр определяется по формуле:
,
где
С=150 пФ – емкость наименьшего по номиналу конденсатора
S=0,01 см2– минимально допустимый размер обкладок конденсатора.
Имеем:
Определение расчетной емкости конденсатора.
Расчетная емкость конденсатора выбирается как наименьшее из трех значений рассчитанных выше, т.е.:
|
пФ/см2 |
пФ/см2 |
пФ/см2 |
|
29513 |
2709,325 |
1223,76 |
4.8. Определение активной площади пленочного конденсатора.
Площадь конденсатора вычисляется по формуле:
где
|
№ |
Сi, пФ |
|
K |
Sсм2 |
|
1 |
1000 |
12230,76 |
1 |
0,82 |
|
3 |
3300 |
1 |
2.70 | |
|
4 |
150 |
0.56 |
0,12 | |
|
5 |
2200 |
1 |
1.80 | |
|
|
|
|
|
пФ/см2
4.9. Определение размеров верхней обкладки конденсатора.
4.10. Определение размеров нижней обкладки конденсатора.
4.11. Определение размера диэлектрического слоя.
4.12. Определение площади, занимаемой конденсатором на подложке.
4.13 Поверочный расчет.
Определим
напряжённость электрического поля в
диэлектрике
,
и полученное значение сравним с
:
Расчет конструкции конденсатора проведен правильно.
4.14 Таблица результатов.
|
|
C1 |
C2 |
C4 |
C5 |
|
L |
9,04 |
16,42 |
3,50 |
13,41 |
|
Lн |
9,44 |
16,82 |
3,90 |
13,81 |
|
Lg1 |
9,64 |
17,02 |
4,10 |
14,01 |
|
Lg1округ |
9,70 |
17,10 |
4,10 |
14,10 |
|
S |
94,09 |
292,41 |
16,81 |
198,81 |
|
Номинал (пФ) |
1000 |
3300 |
150 |
2200 |
Расчет толстопленочных конденсаторов.
6.1. Выбор диэлектрической и проводящей паст.
По диапазону номинальных значений (150…3300) выбираем диэлектрическую пасту по таблице электрофизических характеристик:
|
Марка пасты |
Толщина пленки |
Минимальный размер |
Отклонение емкости от номинала |
Удельная емкость |
tgδx102 при f=1,5 МГц |
ТКЕх104 При Т=60…125 0С |
Пробивное напряжение |
|
|
мкм |
мм |
% |
пФ/мм2 |
|
град-1 |
В |
|
ПК-12 |
40…60 |
1х1 |
±15 |
100 |
3,5 |
- |
500 |
Выберем проводящую пасту для обкладок конденсатора:
|
Марка пасты |
Толщина пленки |
Удельное поверхностное сопротивление |
Прочность сцепления с керамикой |
Растекаемость |
Шероховатость поверхности пленки |
|
|
мкм |
Ом/кв. |
Па |
мкм |
мкм |
|
ПП-1 |
10…20 |
0,05 |
5*106 |
50 |
5 |
6.2. Определение площади верхней обкладки конденсатора.
Этот параметр определяется по формуле:
Конденсаторы С3 и С5 заменим конденсаторами с меньшей емкостью соединенными параллельно С2, С3 и С6, С7 соответственно.
|
Ci |
С, пФ |
S,мм2 |
|
1 |
1000 |
10.0 |
|
3 |
1650 |
16,5 |
|
4 |
1650 |
16.5 |
|
5 |
150 |
1,5 |
|
6 |
1100 |
11.0 |
|
7 |
1100 |
11.0 |
6.3. Определение геометрических размеров верхней обкладки конденсатора.
Для обкладок квадратной формы:
|
Ci |
L,B, мм |
|
1 |
3.162 |
|
3 |
2.873 |
|
4 |
2.873 |
|
5 |
1.825 |
|
6 |
2.645 |
|
7 |
2.645 |
6.4. Определение геометрических размеров верхней обкладки конденсатора.
Размеры верхней обкладки вычисляются по формуле:
,
Где p=0,3мм – перекрытие между нижней и верхней обкладками
|
Ci |
Lн,Bн, мм |
|
1 |
3.762 |
|
3 |
3.183 |
|
4 |
3.183 |
|
5 |
1.825 |
|
6 |
2.645 |
|
7 |
2.645 |
6.5. Определение геометрических размеров диэлектрика.
Размеры диэлектрика вычисляются по формуле:
,
Где f=0,2мм – перекрытие между нижней обкладкой и диэлектриком.
|
Ci |
Lg,Bg, мм |
|
1 |
4.162 |
|
3 |
3.383 |
|
4 |
3.383 |
|
5 |
2.225 |
|
6 |
2.845 |
|
7 |
2.845 |
6.6. Определение площади, занимаемой конденсатором на плате.
Габаритная площадь конденсатора вычисляется по формуле:
|
Ci |
Sg, мм2 |
|
1 |
17.325 |
|
2 |
22,742 |
|
3 |
22.742 |
|
4 |
4.949 |
|
5 |
16.191 |
|
6 |
16.191 |
6.7 Подбор навесного конденсатора С2 = 1600 пФ