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電容器是電路設計中必不可少的無源元件。如今,市面上可供選擇的電容器規格非常多,因此,要確定哪種電容器最適合您的應用并不是一件容易的事。
在電路設計初期,工程師們就需要決定是選用單層電容器(SLC)還是多層陶瓷電容器(MLCC)來滿足應用需求。總的來說,兩者似乎有類似的功用,因為無論是SLC還是MLCC,它們都可作電路中的充儲電、濾波或旁路之用。要確定哪一種最貼合您的需求,我們不妨從它們各自的基本結構入手進行探討。SLC是最基本的電容器類型,它的正負電極間僅僅只有一層電介質材料或絕緣層。
MLCC基于SLC設計的基本原理,在單一電容器的電介質中分層嵌入多層電極,由此獲取的MLCC的容值相當于多個SLC并聯使用的電容量。盡管從厚度上看,MLCC比SLC要略厚,但它卻能以更小的體積實現更大的容值——這正是當前對電容器的尺寸、重量和功率(SWaP)比較注重的射頻、微波類應用需要考量的關鍵因素。圖1展示了SLC與MLCC的基本結構。
圖1. 左邊圖示為SLC的構造,右邊圖示為MLCC堆疊的層級。
1.SLC較為適合的應用場景
SLC是專門為微波和射頻應用而設計的。這是因為SLC固有的自諧振頻率(SRF,即電容器會表現出最小阻抗的點)是分立塊狀定值電容器中最高的。
值得注意的是,一般來說ESR (即與電容器串聯的內部電阻) 隨頻率而變化,所以使用低ESR的電容器是十分必要的。此外,由于SLC是單片集成形式,其包含的機械元件數量有限,這也有助于降低ESR值。
然而,SLC有一個潛在的缺點——由于它只是單層結構,容值在很大程度上取決于所使用的電介質的介電常數,這在一定程度上局限了所能獲取的最大容值。因此,SLC主要適用于高頻率、低容值的應用。
2.MLCC較為適合的應用場景
一般來說,MLCC的容值范圍比SLC高得多,因此可適用于各種場合。MLCC由多層電介質和電極組成,除了更高的容值外,還能承受更高的工作電壓——樓氏電容(KPD)制造的MLCC目前最高耐壓可達12kV。然而,由于使用了多層電極和電介質,MLCC的ESR值通常比SLC高得多。因此,MLCC(含高Q值、超低損耗的一級電介質MLCC),只能處理30GHz以下的頻率,而SLC可以處理高達100GHz的頻率。
在射頻和微波應用中,如果對容值和電壓同時具有較高的要求,那么MLCC是比較合適的選擇;在除射頻微波應用之外的其他應用中,MLCC,是醫療植入、汽車電子及高可靠性爆破等嚴苛性應用的理想之選。
綜上所述,由于SLC和MLCC在耐壓、頻率、容值等參數方面各有千秋,因此在應用中是不可互換的。簡而言之,SLC非常適用于高頻、低壓的射頻微波應用,而MLCC可以在更有限的頻率范圍內適用于各種類型的高壓高容應用。
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