MLCC kapasitörlerde nonlineer davranış

[taydin]

Yüksek sadakatte ölçüm yapması gereken bir ADC girişine diyelim low pass filtre koyduk ve kapasitör olarak da MLCC kullandık. Simulasyonda devre sorunsuz olarak çalışacaktır, ama gerçek devreyi kurunca, girişte bulunan AC sinyalin ikinci ve üçüncü harmonikler ürettiğini göreceğiz. Bu durum, MLCC'lerde kapasite değerinin voltaja bağlı olarak değişmesinden kaynaklanıyor. Videoda durum işin teorisi ile birlikte güzel anlatılmış. Çözüm önerilerini de ekran görüntüsü olarak ekliyorum.

 

[taydin]

En önemli çözüm önerilerini de burada özetleyeyim.

* C0G (veya NP0) olarak bilinen class 1 kapasitörler kullanmak. Bunların kapasite değerlerinin voltaj ile değişimi çok daha sınırlıdır.

* Eğer MLCC kullanmak zorunlu ise, olabilecek en büyük paket boyutunu kullanmak. Örneğin 1 uF MLCC gerekiyorsa, 0402 paketinde kullanmak yerine 1206 boyutunda olanı kullanmak. Büyük boyuttaki MLCC'lerin voltaja göre kapasite değişimi daha sınırlı oluyor.

Benim VRLA dengeleyici devresinde bu durum karşıma çıktı. LTC3305 datasheet, "kelvin ölçüm girişlerinde en az 10 uF kapasitör bağlayın" diyor. Eğer küçük boyutta 10 uF MLCC bağlarsam, 12V bias voltajında kapasite değeri yarıdan fazla düşüyor ve datasheet'in öngördüğü 10 uF değerini sağlayamıyoruz. Ben de 22 uF ve 1206 paketinde MLCC sipariş ettim. Böylece hem kapasite değişimi daha sınırlı olacak, hem de en kötü durumda bile kapasite değeri 10 uF üzerinde kalacak.

 

[Mikro Step]

 

[ckocagil]

Bu etki o kadar güçlü ki mlcc kondansatörleri varicap olarak kullanabiliyorsunuz. Dielektrik malzeme ne kadar kötüyse o kadar iyi

Böyle etkileri ölçebilmek için kaliteli masaüstü LCR metrelerde DC bias ayarı oluyor.

 

[taydin]

MicroCap ile değişken kapasitörlü RC low pass simulasyonunu yaptım. Çıkış voltajındaki harmonikleri görebiliyoruz

 

[taydin]

Peki voltaja bağlı kapasite değişiminin tepki hızı nedir? Mesela uygulanan DC bias voltajını elle değiştirirsek, kapasitör tepki verecektir. Ama mesela 1 MHz lik bir sinyal verirsek, sinyalin her değeri için kapasite değişimi gerçekleşecek mi?

 

[tekosis]

hocam desene kondansatör bir nevi varikap diyot gibi çalışıyor.

 

[czorgormez]

C0G (veya NP0) dielektrikte kapasiteler nf range ile sınırlı stacked mlcc dedikleri paralel bağlantı ile arttırılmış kapasiteler var ama şekilleri sıkıntılı.
en iyi seçenek kılıfı büyütmek, voltajı yükseltmek de teoride faydalı çünkü dielektrik katmanını kalınlaştırıyor ama burada bi tuzak var bazı üreticiler yüksek-K dielektrik ile aynı kalınlıkta kalabiliyor bu da durumu daha da kötü hale getiriyor.
en sağlamı dc bias altında ölçüm yapabilen bir LCR metre ya da üreici speclerine dikkat etmek.