¿Por qué estos dos conjuntos de condensadores aparentemente idénticos se comportan de forma diferente?

Question

Tengo dos juegos de condensadores de aspecto casi idéntico que muestran un comportamiento diferente:

Los de la izquierda (que sin duda son estos MLCC ) actúan como cabría esperar, pero los de la derecha (que creemos que eran de un orden anterior pero no podemos estar seguros) tienen efectos impar en un circuito RLC como el de abajo:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

A la frecuencia de resonancia, la traza de \$V_\mathrm{FG} - V_\mathrm{r}\$ muestra una onda triangular:

y, en consecuencia, la FFT del \$V_\mathrm{r}\$ muestra los armónicos impar para el condensador "malo":

pero los condensadores buenos dan un seno casi puro como se esperaba cuando se intercambian

Ambos miden la misma capacitancia aproximada (100 nF) en un multímetro. Además, al barrer la frecuencia a través de la resonancia, los condensadores "malos" tienen un cambio de fase mucho más rápido al ir ligeramente por encima de la frecuencia de resonancia. ¿Qué imperfección o propiedad de estos condensadores podría estar causando este comportamiento no lineal?

Answer 1

Comportamiento dieléctrico clásico de tipo 2. Todos los condensadores de esta clase tienen una dependencia del voltaje (saturación ferroeléctrica), lo que significa que C disminuye a medida que |V| aumenta. Evidentemente tienes un ejemplo particularmente sensible.

El voltaje tolerable, para una cantidad dada de pérdida C, varía ampliamente con el tipo de material (código de coeficiente de temperatura), el tamaño del chip y la construcción. Básicamente, depende del grosor de las capas, pero el grosor y el número de capas dependen del fabricante. Por lo tanto, basta con consultar la hoja de características de la pieza, si se conoce el número de la misma y si el fabricante la facilita.

Piezas de chatarra al azar, tienes muy pocas esperanzas de eso, así que, como mucho puedes caracterizarlas. Lo cual es un poco complicado...

La mayoría de los condensadores no son demasiado sensibles, pero especialmente los de mayor valor, y a voltajes más altos, la disminución puede ser sorprendente. Es una trampa común.

Las cerámicas de tipo 1 (C0G, etc.) y los condensadores de película no presentan dependencia de C(V), por lo que son una buena elección para circuitos resonantes.

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Un detalle interesante sobre el circuito: tiene histéresis con respecto a la frecuencia. A medida que aumenta la amplitud, la capacitancia media (promediada a lo largo de un ciclo, a grandes rasgos) disminuye. Por lo tanto, al ajustar la frecuencia a la baja, parece permanecer en resonancia, y la amplitud sigue aumentando. Finalmente, la amplitud alcanza su punto máximo, entonces la frecuencia cae por debajo de la banda pasante (dada la amplitud impulsada) y la amplitud cae repentinamente. Al volver a subir la frecuencia, se observa un pico de resonancia mucho menor. No es muy útil, pero es una curiosidad no lineal.

Answer 2

Y5V es un desagradable Dieléctrico de clase II - el peor mucho en el uso actual, creo.

Yo ni siquiera lo usaría para un condensador de derivación y mucho menos para hacer resonar algo con él (podría ser aceptable para un juguete que nunca tenga que funcionar en un rango de temperaturas muy amplio). +20/-80% sobre voltaje/temperatura y una rápida tasa de envejecimiento.

Posiblemente sustituyeron algo como X5R- en uno de los pedidos. Un dieléctrico mejor cumplirá fácilmente todas las especificaciones del de mala calidad. O tal vez la construcción es simplemente diferente (tal vez de diferentes fábricas). Si quieres un buen comportamiento en el que importen el valor de la capacitancia y las características de pérdida, lo mejor sería un NP0 o un capuchón de película.

Y5V es lo suficientemente malo como para que un amigo mío sugiriera la posibilidad de hacer un amplificador con él.

El coeficiente de tensión varía mucho con el fabricante y la construcción, aquí es un Z5U MLCC de un el mismo fabricante con una tensión nominal similar:

Las demás características son igualmente desagradables:

Answer 3

Los condensadores cerámicos tienen diferentes dieléctricos y el dieléctrico se etiqueta por clase, no por composición del material. Esto significa que incluso dos condensadores etiquetados como X7R pueden estar hechos de materiales diferentes.

Answer 4

La capacidad o el factor de disipación del condensador dependen de la tensión. Y en el caso del factor de disipación, es muy pobre. Con tu medidor de condensadores, pon un buen condensador (más grande, digamos 1 uF) en serie con el condensador sospechoso, de la siguiente manera: neg del medidor - condensador de prueba - condensador bueno - pos del medidor. A continuación, puede utilizar una resistencia (digamos 100K) conectada a la unión de los tapones y añadir tensión continua al tapón de prueba y ver si su capacitancia cambia con 0, 1 y 2 voltios a través de él. También puedes intentar medir sus fugas, pero necesitas conocer su tensión nominal. En cualquier caso, conéctalo en serie con el medidor de corriente más sensible que tengas a una fuente de alimentación. Coloca el tapón a su tensión de trabajo, no deberías medir corriente. Sin embargo, lo que está sucediendo para crear la distorsión tiene que ser una función (cambiante) de la tensión aplicada.

Answer 5

En un circuito RLC en serie que funciona en resonancia, la tensión aplicada (su V1) (V_FG), debe ser igual a su Vr.

En un circuito RLC en serie que funciona en resonancia, Vin es igual a Vr.

Dado que tu tensión de entrada V1 no es igual a Vr (obtienes una onda triangular), te falta algo importante en tus ecuaciones.

La parte que falta en tus ecuaciones parece ser una porción resistiva de la capacitancia o la porción resistiva de tu inductor.

Como no has mencionado que tu inductor tenga un núcleo que no sea de aire, parece razonable que la diferencia en tu salida radique en diferencias entre los condensadores.

Por lo tanto, parece razonable que la diferencia entre tus condensadores sea una componente no lineal de resistencia en el dieléctrico de los condensadores.