Vidlákovo elektro 80. Keramický nekondenzátor 2.

17. července 2014 v 5:51 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Tedy rekapitulace - kapacitu kondenzátoru určují tři faktory: Plocha elektrod, jejich vzdálenost a vlastnosti materiálu mezi nimi. Elektrolytické kondenzátory se k obrovským kapacitám vydaly cestou obrovské plochy elektrody (v houbovité hmotě hliníkového materiálu kondenzátoru) a cestou super tenké izolační vrstvy z oxidu hlinitého alias safíru.

Keramické kondenzátory se k obrovským kapacitám vydaly cestou keramiky s extrémně vysokovu "relativní permitivitou". A protože perimitivita je věc (pro mně ) nepředstavitelná, použijeme analogii - kondenzátor - cívka.

Indukčnost cívky ovlivňuje materiál jádra, který je z hlediska chování v magnetickém poli trojího druhu. Diamagnetický - magnetické pole v okolí mírně zeslabuje. Paramagnetický - magnetické pole v okolí mírně zesiluje a nakonec Feromagnetické materiály - například železo, které magnetické pole ve svém okolí zesiluje mnoho-tísíc- násobně.

Tedy nevím jak analogie funguje u para a dia - magnetických materiálů, ale bezpečně vím, že keramika moderních kondenzátorů je ferroelektrická. Opět si pomůžeme analogií s magnetismem. Bez vnějšího magnetického pole se i ferromagnetické materiály jeví jako nemagnetické. Vtip je v tom, že to je jenom zdánlivý jev, způsobený tím, že ve ferromagnetickým materiálech spontánně vznikají magnetické dipóly (lze si představit jako mikroskopické magnety) které se vzáhemně ruší a teprve vnějším magnetickým polem se zorientují jedním směrem a zesilují magnetické pole.


U ferroelektrických materiálů je to némlich to samé, akorát místo magnetického se jedná o elektrické pole. Materiál ferroelektrické keramiky se spontánně elektricky polarizuje - lze si jej tedy představit jako miliardy nepatrných kondenzátorů nabitých v jedné i druhé polaritě, které se navenek jeví jako elektricky neutrální kousek materiálu.

Pokud takový materiál strčíme mezi desky kondenzátoru - elektrony, které přicházejí do desek svým elektrickým polem otáčejí polaritu polarizovaných zón keramiky a tím se odpudivé síly mezi stejně nabitými elektrony zmenší. Proto desky kondenzátoru pojmou daleko větší náboj, než kdyby mezi deskami byl jenom vzduch (nebo vakuum).

Problémečky ferroelektrické keramiky jsou v zásadě dva
  • Teplota - každý materiál (i ty ferromagnetické) mají Currieho teplotu - tedy tepltoní bod kdy spontání elektrizace (magnetizace) zmizí. U keramických kondenzátorů je to typicky kolem 120 st. (u ferromagnetických materiálů to bývá tak 300-500 st.). Se zvyšováním teploty se pohyblivost elektrických dipólů v keramice kondenzátoru prudce zvyšuje - kapacita kondenzátoru tedy roste s teplotou až do Currieovy teploty kdy najednou pink - kondenzátor má najednou kapacitu (skoro) nula.
  • Vnější elektrické pole - pokud na kondenzátor pustíme stejnosměrné napětí - to orientuje polarizované zóny jedním směrem - a tim jejich vliv na kapacitu kondenzátoru mizí, což se měřením projeví jako prudký pokles "relativní permitivity" keramiky. I zde máme elektro-magnetickou analogii a to je obávané (a pro spinané zdroje smrtící) magnetické nasycení feromagnetického jádra cívky.

Pesimistický gráfek - z minula snad nebudu ani uvádět. jenom to berte tak pokud koupíte keramický kond 100uF na 16 V je to tak 100uF je při 0V vnějšího stejnosměrného napětí, při 16V to bude maximálně 10uF.

Aby toho nebylo dosti tak keramické koncenzátory mají i piezoelektrické vlastnosti. Vibrující kondenzátor je "mikrofonický" tedy moduluje napětí které na něm je v rytmu vibrací - jako elektretový mikrofon. A navíc díky piezo vlastnostem keramiky - má "vlastní rezonanci" tedy od jisté frekvence se najednou začne chovat jako cívka. Což jsme probírali u "Svatých trojic kondenzátorů" Konec konců jistě víte, že krom "keramických kondenzátorů" existují i "keramické filtry" myslíte že materiál ze kterých jsou vyrobeny se tak moc liší ? A aby byla situace úplně nejhorší - pokud keramickým kondenzátorem prochází velké střídavé napětí - s amplitudou pár voltů - i to ovlivňuje kapacitu během jednotlivých period - lze tedy dojít k situaci kdy "do kondenzátoru" jde krásná sinusovka a ven leze "něco velmi divného", díky změnám kapacity přímo přenášeným signálem....

Když jsme tedy po pracném rozboru došli k názoru, že žádný kondenzátor není hodem použití v našich obvodech - co tedy dělat ? Především fóliové a keramické kondenzátory z hmoty NPO jsou "ty pravé kondenzátory", které nemají těměř žádné podstatné parazitní parametry.
Elektrolytické kondenzátory včetně "tantalů" mají milion nectností, ale jejich kapacita je taky relativně konstantní.

A pak jsou ty nešťastné keramické kondenzátory z exotických keramik - co s nimi. Obecně lze říci, že jsou dvě možnosti - dám "kondenzátor jako prase" - ne 5x větší než vyšlo ze vzorečku, jak doporučuju já, ale třeba 50x větší. Nebo použiju kondenzátor s malou kapacitou z "méně exotické" keramiky - třeba takový klasický 100nF do 50V sice taky trpí poklesem kapacity s rostoucím napětím na něm, ale ten pokles se nikde moc nezmiňuje, neboť se až do 50 voltů vejde do "výrobní tolerance kapacity" ve výši 20%

Tím se dostáváme k poslení zajímavé věci - když budete pátrat po vlastnostech keramických kondenzátorů zjistíte, že nějaké poklesy kapacity jsou zmiňovány jen u kondenzátorů "renomovaných firem" jako je Murrata, Nippon Chemicon, Panasonic atd... Skoro to vypadá jako kdyby firma Ping-Pong - která krom kondenzátorů vyrábí - na stejné lince - ještě cvočky na postroje pro vodní buvoly - tímto fenoménem nijak netrpěla. Vemte však rozum do hrsti - myslíte si že datasheet zpola napsaný "rozsypaným čajem" a zpola "chinglish" má nějaký vztah k fyzikální realitě ???

Tím jsme probrali další smutnou kapitolu elektroniky a zbývá už jenom oblíbená rada paní Kubáčové novomanželkám - na jaře po odložení zimní bundy vzruší manžela i odhalený kotníček. Za letních paren - jej často nevzruší ani hluboký výstřih, který mu, celý spálený, vyvalíte rovnou do obličeje - zato takové lýtko v průstřihu letní maxisukně někde na večerní party.... Chlapi jsou čuňáci a ještě navíc divní - ach jo.

Poznámka při druhém čtení - když vidím chemický vzoreček - zavřu oči a rovnou vidím jak se molekuly srážejí - u fyzikálních jevů - nejsa fyzik - jsou moje představy o mechanismu dějů - mnohem méne přesné - proto se předem omlouvám za hrubé fyzikální chyby, kterých jsem ze zde dopustil - viz perimitivita a římské vojsko z minula.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 RXD RXD | 17. července 2014 v 8:47

Slyším li slovo umělec, sahám po pistoli. Slyším li slovo feroelektrika, vyskočí mi TANDEL. Tandel je teplotně anizotropní dielektrický element.

http://www.ok2kkw.com/next/tandel1964.htm

Na obrázcích  z amatérského rádia se mi nejvíc líbí stabilizovaný výraz tehdejšího československého prezidenta. Ve VUSTu jsem pak viděl ještě soudruha Kempného, kterému dali do ruky nějaký integrovaný obvod, ale ten se již tak krásně jako soudruh Novotný nedíval. Krásné jsou také další obrázky českých výzkunmíků, kteří sice již pak nikdy nedostali Nobelovu cenu, a jejich objevy stojící daňové poplatníky jistě miliony, a pašeráky, kteří jim museli propašovat za embarga přístroje od Bošů, důmysl a odvahu, byly dokonale nepoužitelné. Ale zažili aspoň jedenkrát tu slávu, být  v Amatérském radiu...

2 petr-kubac petr-kubac | 17. července 2014 v 9:50

No jestli ty dnešní MLC keramiky nejsou všechny "Tandely" jehom se to o nich raději neříká.

A ke slávě v Amáru - dneska časopisy upadají - cokoliv napíšete ve WORDu kamkoliv do redakce pošlete a byl by div kdyby to nevyšlo.

Po mně chtěli abych "Vidláky" psal taky pro Amáro - ale já vím, kde jsou mé hranice a hlavně kde je rozhraní mezi elektro-srandou a těžkými spory s naštvanými letitými radioamatéry, že jsem něco "nepřístojně zjednodušil"

3 RXD RXD | 17. července 2014 v 10:23

Moji nejobávanější věcí v životě jsou profesionální amatéři, a nejoblíbenější učení Blbci, které lze spustit jednoduchou, nebo spíše zdánlivě trestuhodně triviální  otázkou. Musí to přijít jako porucha, která zboří systém, ale nesmí to mít zase příliš vysokou intenzitu jako EMC, které třeba bezkontaktně vypne kalkulačku, a tak není vidět, jak ta kalkulačka bliká náhodnými čísly, případně pak při větších intenzitách toho EMC dělá na displeji čínskej čaj. Doba se změnila, nenormálních je dnes většina, a tak by všichni zbývající normální měli být bezpečně hospitalizováni. To by tak bylo, aby něco bylo jednoduchý, a nebo tomu někdo dokonce rozuměl !!!

4 m.marianek m.marianek | 17. července 2014 v 13:00

[3]: Profesionálních amatérů bych se neobával, daleko horší jsou amatérští profesionálové, tedy lidé, který daný obor sice vystudovali, ale vůbec mu nerozumí - jejich vědomosti jsou na úrovni amatérů. Ti jsou totiž schopni tvrdit blbosti a ohánět se tím, že oni mají v oboru vystudováno a jsou přeci profesionálové, zatímco vy jste jen hovno v trávě. Amatér za sebou žádný titul nemá a tak může svá tvrzení obhájit "jen" fakty a údaji, což je v podstatě ryze profesionální.

5 RXD RXD | 17. července 2014 v 13:39

Je lepší technický souboj, než souboj fakty? Většina znalejších ať už profesionálních amatérů nebo amatérských profesionálů se toho bojí jak čert kříže, a proto je k diskusi jen těžko přimějete. Ty šílený písmena vepředu a vzadu na cedulce na kanclu jsou ovšem vždy když jde o fakta jen dosti zrádný totem, který zavede nejkratší cestou příslušného na kraj propasti. Stejně tak je zrádný totem technické vybavení. V devadesáti devíti procentech případů poznáte profesionálního amatéra podle toho, že měří elektrovodnou síť šestimístným digitálním multimetrem Packard. Nemám samozřejmě nic proti ceduli plné tiulů, a šestimístnému multimetru HP...

6 m.marianek m.marianek | 17. července 2014 v 14:40

[5]::-)) Teď jste uhodil hřebíček na hlavičku, už si u vás ani neškrtnu, protože se mi občas stane, že měřím napětí v síti ne šestimístným, ale rovnou osmimístným  multimetrem HP. Je to ale tím, že ho mám hned po ruce a nechce se mi jít pro nějakou 3 a 1/2 místnou potvoru. Tímto se samozřejmě hluboce omlouvám panu Packardovi, že jsem svého času nejlepší seriově vyráběný multimetr na světě degradoval na 3 a 1/2 místný Metex.

7 Jarda Jarda | 17. července 2014 v 18:36

To, že by kapacita těch superkondenzátorů až do "Curieho" teploty (okolo 120st)stoupala se mi nezdá. Moje zkušenost je, že od cca 20st nahoru kontinuálně klesá. To potvrzují i grafy třeba pro hmoty Z5U a Y5V.
http://www.ges.cz/sheets/m/multilay.pdf

8 RXD RXD | 18. července 2014 v 7:58

Jediná poznaná pravda, která je nás schopna osvobodit od autosugesce zvané objektivní realita, spočívá v pochopení základních souvislostí. Velmi hodnotný je například vědecký poznatek, že šupina s jistou mírou pravděpodobnosti dokládá existenci ryby. Problém je však v tom, že se možná jedná o šupinu ze sněžné blechy obývající zamrzlý povrch planety Holahola.

zdroj: sweb.cz/jachuj

9 petr-kubac petr-kubac | Web | 18. července 2014 v 10:24

[7]: TEorie říká, že s rostoucí teplotou se prudce zvyšuje permitivita díky "zvyšování pohyblivosti" ferroelektrických domén. na druhé straně ale klesá jejich velikost - takže kdoví jak to nakonec je.

V každém případě vysokokapacitní kearamiky jsou svými parametry nestabilní jinde nevídaným způsobem - a protože elelktronický prkůmysl tlačí všechno na fyzikální limit tak bude jenom hůře

10 RXD RXD | 18. července 2014 v 21:55

Tak jsem vzal "hnědej tandel" M1 na 63V, připojil k multimetru na "C", a zahřál ze vzdálenosti asi centimetr zapalovačem, až měl 75 stupňů. Kapacita klesla na 8K, foukáním se zase poslušně vrátila. Když si představím, že to někdo nacpe do výstupu vysílačky CB /27 MHz/, tak se musím mírně smát až děsit...

11 RXD RXD | 19. července 2014 v 9:39

Tak jsem ještě včera večer ještě změřil sériovej VF odpor toho hnědýho tandelu na 50 MHz, protože Z-fímetr nemám doma v kuchyni na lince, a zjistil, že je při 75 stupních asi 10 ohmů. Pokud se dá kond M1/63V SMT 0603 na drátky 0,04 CuL z relátka, tak to reaguje ze dvou centimetrů na teplo lidský ruky. Zrovna jsem si chtěl napsat ráno o Nobelovku, ale zjistil jsem že je to prej v každým pyročidlu, dva kusy pod kloboukem. No, nemusím bejt hned vždycky Prvním.../ Waldemar Matuška prej kdysi musel emigrovat do Emeriky, když řekl Božskému Kájovi:
Kadle, já tě vobdivuju, jak celej život or d rána aý ž do noci dřeš, a jseš vždycky první, a já na to / s prominutím / seru, a jsem vždycky druhej.../.

12 kolemjdoucí kolemjdoucí | 19. července 2014 v 19:58

Děkuju za článek, takovýhle poznatky jsou (alespoň pro mě) cennější jak celý současný Amáro i s přílohou Erectus a (všechny tři) český interfernetový elektronický fóra dohromady.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama