O que é capacitor cerâmico? O capacitor cerâmico é um dos tipos mais comuns de capacitores usados ​​na maioria dos instrumentos elétricos devido à sua alta confiabilidade e baixo custo. Nesta forma, os discos de cerâmica ou porcelana são usados ​​para fazer capacitores não polarizados e são utilizados em diversas indústrias. A baixa condutividade dos materiais cerâmicos os torna excelentes  dielétricos, bem como eficientes suportes de campos eletrostáticos.

Noções básicas de capacitores de cerâmica

Capacitores de cerâmica são capacitores de valor fixo feitos de material cerâmico como dielétrico. É composto de duas ou mais camadas de cerâmica e uma camada de metal que atua como  eletrodos. O comportamento elétrico e, portanto, as aplicações de materiais cerâmicos são determinados pela composição do material cerâmico. As cerâmicas são compostos inorgânicos, não metálicos, de óxido cristalino, nitreto ou carboneto, como carbono e silício. Um capacitor de cerâmica, especialmente um capacitor de cerâmica multicamada (MLCC), é um dos componentes elétricos mais comuns atualmente.

Os capacitores de cerâmica normalmente têm uma faixa de capacitância de 10 pF a 0,1 μF.

A figura a seguir mostra o símbolo para um capacitor de cerâmica:

Símbolo de um capacitor de cerâmica (Referência:elprocus.com)

O capacitor de cerâmica com três dígitos, 101, 102, 103, etc., indica que é medido em Pico-farads. No entanto, quando o mesmo capacitor usa alfabetos em vez de dígitos, o valor é AB x 10C Picofarad.

Tipos de capacitores cerâmicos

Existem quatro tipos principais de capacitores cerâmicos:

Capacitores Cerâmicos Classe 1

Esses capacitores são altamente estáveis ​​e têm baixas perdas em circuitos ressonantes. Devido à sua baixa perda, podem ser utilizados em osciladores e filtros. Seus coeficientes de temperatura estáveis ​​os tornam adequados para capacitores de alta tolerância.

Capacitores Cerâmicos Classe 2

Com base na tensão aplicada, os capacitores têm uma certa capacitância. O coeficiente de temperatura dos dielétricos de classe 2 é não linear. As aplicações desses capacitores incluem acoplamento e desacoplamento.

Capacitores Cerâmicos Classe 3

Os dielétricos de classe 3 têm valores de permissividade até 50.000 vezes maiores que os dielétricos de classe 2. Os capacitores são dependentes da tensão e têm altas perdas.

Capacitores Cerâmicos Classe 4

Os capacitores de classe 4 também são chamados de capacitores de camada de barreira.

A polaridade dos capacitores cerâmicos 

A polaridade de um capacitor é uma das considerações mais importantes ao conectar capacitores em um circuito elétrico. Com base em sua polaridade, os capacitores podem ser divididos em dois grupos:

Capacitores Polarizados 

Capacitores polarizados têm dois terminais, conhecidos como ânodo e cátodo.

Capacitores não polarizados 

Ao contrário dos capacitores polarizados, os capacitores não polarizados têm um terminal e, portanto, podem ser usados ​​em qualquer direção. Dispositivo sem polaridade refere-se à ausência de polaridade no capacitor.

Construção de Capacitores Cerâmicos

Os capacitores cerâmicos são feitos de grânulos de materiais paraelétricos ou  ferroelétricos  , que são combinados com outros materiais para produzir o comportamento desejado. Em altas temperaturas, essas misturas de pó são sinterizadas em cerâmica. Cerâmicas dielétricas são usadas para servir de suporte para eletrodos metálicos. Um tamanho de grão de pó cerâmico determina a espessura mínima da camada dielétrica. Para capacitores com tensões mais altas, a rigidez dielétrica do capacitor determina a espessura do dielétrico.

Uma alta temperatura é aplicada após a estratificação e o material é sinterizado, resultando em um material cerâmico com as propriedades desejadas. Como resultado, um capacitor é formado conectando muitos capacitores menores em paralelo, o que resulta em um aumento na capacitância.

Um capacitor de cerâmica vem em três formas básicas, embora existam outros tipos:

Capacitores de cerâmica de disco com chumbo 

Eles são revestidos de resina para montagem através do orifício. Os discos de cerâmica são revestidos em ambos os lados com contatos de prata. Os capacitores de disco têm valores de capacitância entre 10pF e 100μF com classificações de tensão variando de 16V a 15KV. Os dispositivos podem ser compostos de várias camadas para obter capacitâncias mais altas.

O tipo de disco do capacitor de cerâmica consiste em dois discos condutores em cada lado do isolador de cerâmica. Essas placas são revestidas por uma composição cerâmica à prova d'água, à qual são fixados os condutores. Este tipo de capacitor cerâmico está disponível até o valor de 0,01 F. Eles podem suportar uma tensão CC de 750 volts e uma tensão CA de 350 volts.

Capacitor cerâmico de disco com chumbo (Referência: electronics-notes.com)

Capacitores de cerâmica multicamada (MLCC) 

Os MLCCs são blocos retangulares compostos por uma mistura de componentes paraelétricos e ferroelétricos revestidos com contatos de metal e projetados para montagem em superfície. Mais de 500 camadas estão presentes nos MLCCs, com espessura mínima de camada de cerca de 0,5 mícron. É tecnologicamente possível diminuir a espessura da camada enquanto aumenta a capacitância no mesmo volume.

Estrutura de um capacitor de cerâmica multicamada (Referência: passive-components.eu)

Os capacitores MLCC têm uma capacitância (C) que usa uma fórmula de capacitor de placa com o número de camadas aumentado.

Na equação acima, ε representa a permissividade dielétrica; A significa área de superfície do eletrodo; n é o número de camadas e d mostra a distância entre os eletrodos.

Capacitores de cerâmica de disco sem chumbo

Capacitores cerâmicos de micro-ondas especialmente projetados se encaixam em slots em PCBs.

Tipos de dielétricos cerâmicos 

Ao contrário dos capacitores de tântalo e eletrolíticos, os capacitores de cerâmica podem ser feitos de uma variedade de materiais dielétricos. Diferentes dielétricos conferem propriedades muito diferentes aos capacitores. Portanto, além de selecionar um capacitor cerâmico, uma segunda decisão também pode ser necessária sobre qual tipo de dielétrico usar. Muitos dielétricos de capacitores de cerâmica são mencionados nas listas de distribuidores, incluindo C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U e muitos mais. O melhor tipo, no entanto, precisa de uma investigação mais aprofundada.

Aplicações de Capacitores Cerâmicos 

Capacitores de cerâmica têm inúmeras aplicações, incluindo:

• Em estações transmissoras no circuito ressonante
• Em fontes de alimentação de laser de alta tensão
• fornos de indução
• Disjuntores de energia
• Placas de circuito impresso
• Aplicações de alta densidade
• Esses capacitores também podem ser usados ​​como capacitores de uso geral e como escovas para motores DC para reduzir o ruído de RF.

Vantagens dos capacitores cerâmicos

Capacitores de cerâmica têm as seguintes vantagens:

• É confiável e possui boas características de resposta de frequência, mesmo quando operando em frequências mais altas.
• Eles podem suportar tensões mais altas de até 100 volts.
• Eles pesam menos do que outros capacitores.
• Os custos são baixos para esses itens.
• Uma variedade de formas e tamanhos estão disponíveis.
• Eles têm baixa ESR (Effective Series Resistance) e baixa ESL (Effective Series Indutância) em comparação com outros capacitores.

Desvantagens dos Capacitores Cerâmicos 

Abaixo estão algumas das desvantagens dos capacitores de cerâmica:

• Com seu design, não é possível construir capacitores de valores maiores. Há um valor máximo de capacitância de 150 µF.
• Capacitores de cerâmica com construções semelhantes às anteriores não estão disponíveis em tensões mais altas. Os capacitores de cerâmica de potência são construídos com formas e tamanhos maiores. Eles podem lidar com tensões de 2 kV a 100 kV.
• Eles têm um coeficiente de temperatura mais alto.
• Os valores de tolerância dos capacitores cerâmicos são maiores.
• Alguns circuitos de alimentação podem ter problemas com capacitores de cerâmica como capacitores de saída.
• Uma série de capacitores menores é usada em paralelo porque as unidades maiores quebram com a flexão do PCB.

Fonte: Linquip See More