ما هو مكثف السيراميك؟ يعد المكثف الخزفي من أكثر أنواع المكثفات شيوعًا المستخدمة في معظم الأدوات الكهربائية نظرًا لموثوقيته العالية وتكلفته المنخفضة. في هذا الشكل ، تُستخدم أقراص السيراميك أو البورسلين في صناعة المكثفات غير المستقطبة وتستخدم في صناعات مختلفة. إن الموصلية الضعيفة لمواد السيراميك تجعلها  عازلة ممتازة ، فضلاً عن كونها داعمة فعالة للمجالات الكهروستاتيكية.

أساسيات مكثف سيراميك

المكثفات الخزفية هي مكثفات ذات قيمة ثابتة مصنوعة من مادة خزفية كعزل كهربائي. وتتكون من طبقتين أو أكثر من السيراميك وطبقة من المعدن تعمل كأقطاب  كهربائية. يتم تحديد السلوك الكهربائي وبالتالي تطبيقات مواد السيراميك من خلال تكوين مادة السيراميك. السيراميك عبارة عن مركبات أكسيد بلورية أو غير معدنية أو غير عضوية أو نيتريد أو كربيد مثل الكربون والسيليكون. يعد المكثف الخزفي ، وخاصة مكثف السيراميك متعدد الطبقات (MLCC) ، أحد أكثر المكونات الكهربائية شيوعًا في يومنا هذا.

عادةً ما يكون لمكثفات السيراميك نطاق سعة من 10 pF إلى 0.1 μF.

يوضح الشكل التالي رمز مكثف السيراميك:

رمز مكثف سيراميك (المرجع: elprocus.com)

يشير مكثف السيراميك المكون من ثلاثة أرقام ، 101 ، 102 ، 103 ، إلخ ، إلى أنه يقاس بوحدة بيكو فاراد. ومع ذلك ، عندما يستخدم نفس المكثف الحروف الأبجدية بدلاً من الأرقام ، تكون القيمة AB x 10C Picofarad.

أنواع المكثفات الخزفية

هناك أربعة أنواع رئيسية من المكثفات الخزفية:

مكثفات سيراميك فئة 1

هذه المكثفات مستقرة للغاية ولها خسائر منخفضة في دوائر الرنين. نظرًا لخسارتها المنخفضة ، يمكن استخدامها في المذبذبات والمرشحات. معاملات درجة الحرارة المستقرة تجعلها مناسبة للمكثفات عالية التحمل.

مكثفات السيراميك فئة 2

بناءً على الجهد المطبق ، تتمتع المكثفات بسعة معينة. معامل درجة الحرارة للعوازل الكهربائية من الفئة 2 غير خطي. تشمل تطبيقات هذه المكثفات الاقتران والفصل.

مكثفات السيراميك فئة 3

تحتوي العوازل الكهربائية من الفئة 3 على قيم سماحية تصل إلى 50000 مرة أكبر من عوازل الفئة 2. المكثفات تعتمد على الجهد ولها خسائر عالية.

مكثفات السيراميك فئة 4

تسمى مكثفات الفئة 4 أيضًا مكثفات الطبقة الحاجزة.

قطبية المكثفات الخزفية 

تعد قطبية المكثف من أهم الاعتبارات عند توصيل المكثفات في دائرة كهربائية. على أساس قطبيتها ، يمكن تقسيم المكثفات إلى مجموعتين:

المكثفات المستقطبة 

المكثفات المستقطبة لها طرفان ، يعرفان بالقطب الموجب والكاثود.

المكثفات غير المستقطبة 

على عكس المكثفات المستقطبة ، فإن المكثفات غير المستقطبة لها طرف وبالتالي يمكن استخدامها في أي اتجاه. يشير الجهاز غير القطبي إلى عدم وجود قطبية على المكثف.

بناء مكثفات سيراميك

تتكون المكثفات الخزفية من حبيبات من مواد شبه كهربية أو  حديد كهربية  ، يتم دمجها مع مواد أخرى لإنتاج السلوك المطلوب. في درجات حرارة عالية ، يتم تلبيد خلائط المسحوق هذه في السيراميك. يتم استخدام السيراميك العازل ليكون بمثابة ناقلات للأقطاب الكهربائية المعدنية. يحدد حجم حبيبات مسحوق السيراميك الحد الأدنى لسماكة الطبقة العازلة. بالنسبة للمكثفات ذات الفولتية العالية ، تحدد قوة العزل للمكثف سمك العازل.

يتم تطبيق درجة حرارة عالية بعد وضع طبقات ، ويتم تلبيد المادة ، مما ينتج عنه مادة خزفية بالخصائص المرغوبة. نتيجة لذلك ، يتم تكوين مكثف عن طريق توصيل العديد من المكثفات الأصغر بشكل متوازٍ ، مما يؤدي إلى زيادة السعة.

يأتي المكثف الخزفي بثلاثة أشكال أساسية بالرغم من وجود أنواع أخرى:

المكثفات المصنوعة من السيراميك ذات الأقراص المحتوية على الرصاص 

إنها مطلية بالراتنج للتركيب عبر الفتحة. الأقراص الخزفية مطلية على كلا الجانبين بملامسات فضية. مكثفات القرص لها قيم سعة تتراوح بين 10pF و 100μF مع تصنيفات جهد تتراوح من 16V إلى 15KV. يمكن أن تتكون الأجهزة من طبقات متعددة لاكتساب سعات أعلى.

يتكون نوع قرص المكثف الخزفي من قرصين موصلين على جانبي عازل السيراميك. هذه الألواح مطلية بتركيبة خزفية مقاومة للماء ، والتي يتم ربط الخيوط بها. يتوفر هذا النوع من المكثفات الخزفية حتى قيمة 0.01 فهرنهايت ، ويمكنها تحمل جهد تيار مستمر يبلغ 750 فولت وجهد تيار متردد يبلغ 350 فولت.

مكثف سيراميك قرصي الرصاص (المرجع: electronics-notes.com)

المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCC) 

MLCCs عبارة عن كتل مستطيلة تتكون من مزيج من المكونات شبه الكهربية والحديدية الكهربية ذات طبقات مع ملامسات معدنية ومصممة للتركيب على السطح. يوجد أكثر من 500 طبقة في MLCCs ، بسمك طبقة أدنى يبلغ حوالي 0.5 ميكرون. من الممكن تقنيًا تقليل سماكة الطبقة مع زيادة السعة في نفس الحجم.

هيكل مكثف خزفي متعدد الطبقات (المرجع: passive-components.eu)

مكثفات MLCC لها سعة (C) تستخدم صيغة مكثف لوحة مع زيادة عدد الطبقات.

في المعادلة أعلاه ، تمثل ε سماحية العزل ؛ تقف على مساحة سطح القطب. n هو عدد الطبقات ، و d يوضح المسافة بين الأقطاب الكهربائية.

مكثفات قرصية سيراميك خالية من الرصاص

مكثفات سيراميك الميكروويف مصممة خصيصًا لتناسب الفتحات الموجودة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

أنواع عوازل السيراميك 

على عكس التنتالوم والمكثفات الإلكتروليتية ، يمكن تصنيع المكثفات الخزفية من مجموعة متنوعة من المواد العازلة. تضفي العوازل المختلفة خصائص مختلفة جدًا على المكثفات. لذلك ، بصرف النظر عن اختيار مكثف سيراميك ، قد يكون هناك حاجة أيضًا إلى قرار ثانٍ بشأن نوع العازل الذي يجب استخدامه. تم ذكر العديد من عوازل المكثف الخزفي في قوائم الموزعين ، بما في ذلك C0G و NP0 و X7R و Y5V و Z5U وغيرها الكثير. أفضل نوع ، ومع ذلك ، يحتاج إلى مزيد من التحقيق.

تطبيقات المكثفات الخزفية 

للمكثفات الخزفية العديد من التطبيقات ، بما في ذلك:

• في محطات الإرسال في دائرة الطنين
• في إمدادات طاقة الليزر عالية الجهد
• أفران الحث
• قواطع التيار الكهربائي
• لوحات الدوائر المطبوعة
• تطبيقات عالية الكثافة
• يمكن أيضًا استخدام هذه المكثفات كمكثفات للأغراض العامة وكفرشاة لمحركات التيار المستمر لتقليل ضوضاء التردد اللاسلكي.

مزايا المكثفات الخزفية

المكثفات الخزفية لها المزايا التالية:

• إنه موثوق وله خصائص استجابة تردد جيدة حتى عند التشغيل على ترددات أعلى.
• يمكنهم تحمل الفولتية العالية حتى 100 فولت.
• وزنها أقل من المكثفات الأخرى.
• التكاليف منخفضة لهذه العناصر.
• تتوفر مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام.
• لديهم ESR منخفض (مقاومة السلسلة الفعالة) ، وانخفاض ESL (الحث المتسلسل الفعال) مقارنة بالمكثفات الأخرى.

عيوب المكثفات الخزفية 

فيما يلي بعض عيوب المكثفات الخزفية:

• بفضل تصميمه ، لا يمكن بناء مكثفات ذات قيم أعلى. توجد قيمة سعة قصوى تبلغ 150 درجة فهرنهايت.
• المكثفات الخزفية ذات التركيبات المماثلة لما سبق غير متوفرة في الفولتية العالية. مكثفات سيراميك الطاقة مبنية بأشكال وأحجام أكبر. يمكنهم التعامل مع الفولتية من 2 كيلو فولت إلى 100 كيلو فولت.
• لديهم معامل درجة حرارة أعلى.
• قيم تحمل المكثفات الخزفية أعلى.
• يمكن أن تواجه بعض دوائر إمداد الطاقة مشاكل مع المكثفات الخزفية كمكثفات خرج.
• يتم استخدام سلسلة من المكثفات الأصغر بالتوازي لأن الوحدات الأكبر تتشقق مع ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

المصدر: Linquip