I condensatori sono componenti passivi essenziali per la progettazione di qualsiasi circuito elettrico. Ma ci sono così tante opzioni tra cui scegliere con una vasta gamma di specifiche che può essere complicato determinare quale condensatore potrebbe essere più adatto alla tua applicazione. Una prima decisione che i progettisti di circuiti devono prendere è determinare se un condensatore a strato singolo (SLC) o un condensatore ceramico multistrato (MLCC) è la soluzione giusta per le loro esigenze applicative.

Ad alto livello, questi tipi di condensatori sembrano simili in quanto sia gli SLC che gli MLCC possono essere utilizzati per funzioni di carica e memorizzazione, filtraggio o bypass in un circuito. Per determinare qual è la soluzione migliore per la tua applicazione, diamo prima un'occhiata alla struttura di base di ciascun tipo di condensatore. Gli SLC sono il tipo di condensatore più semplice disponibile poiché questi condensatori sono costituiti da un singolo strato di materiale dielettrico, o strato isolante, inserito tra un elettrodo positivo e uno negativo.

Un MLCC utilizza il principio di base di questo design del condensatore per costruire più strati nello stesso condensatore, risultando in un singolo condensatore che fornisce un livello di capacità equivalente all'utilizzo di più SLC collegati in parallelo. Questo design multistrato è leggermente più spesso (più alto) di un SLC, ma riduce l'ingombro complessivo necessario affinché un condensatore raggiunga una maggiore capacità: una preoccupazione fondamentale per molte applicazioni RF e microonde oggi poiché le dimensioni, il peso e la potenza (SWaP) stanno guidando molte scelte progettuali. La Figura 1 illustra la costruzione di un SLC rispetto a un MLCC.

Figura 1. L'illustrazione a sinistra mostra come viene costruito un SLC mentre l'illustrazione a destra mostra i molti livelli di un MLCC.

Quando un SLC può essere la scelta migliore

Gli SLC sono specificamente progettati per l'uso in applicazioni a microonde e RF. Questo perché la frequenza intrinseca di autorisonanza (SRF), che è il punto in cui il condensatore presenterà la minima quantità di impedenza, di un SLC è la più alta di qualsiasi condensatore costante concentrato discreto. I condensatori con un SRF elevato hanno una resistenza in serie equivalente (ESR) bassa, che è la resistenza interna del condensatore che appare in serie con la capacità del dispositivo.

Questo è importante perché, in generale, l'ESR aumenta all'aumentare della frequenza, quindi è necessario utilizzare un condensatore con ESR intrinsecamente basso. Inoltre, poiché gli SLC sono formati monoliticamente, il numero di parti meccaniche nell'SLC è limitato, il che contribuisce anche a un valore ESR inferiore.

One potential drawback of SLCs is that since it is just a single layer of material, capacitance is heavily dependent on the dielectric constant of the dielectric used, which limits the capacitance that can be achieved. Therefore, SLCs are mainly ideal for high-frequency, low-capacitance applications. We are the leader in supplying the LC filter market with custom value parallel plate capacitors.

When an MLCC May Be the Best Fit

In general, MLCC’s can be used in a variety of applications since these capacitors have a much higher capacitance range than that of SLCs. This is possible because MLCCs are made with multiple layers of dielectric and conductors. In addition to offering higher capacitance, this design means MLCCs can be used for much higher voltage applications, up to 12 kV for some of our designs. However, since multiple layers of electrodes and dielectric are used, the ESR of an MLCC is usually much higher than that of an SLC. As a result, MLCC’s, even those made with high Q (ultra-low loss) Class 1 dielectrics, can only handle frequencies up to 30 GHz because of the high ESR values relative to SLCs, while SLCs can handle frequencies up to 100 GHz.

When it comes to RF and microwave applications, MLCCs are ideal for applications that require higher capacitance levels and higher operating voltages. However, when looking at applications beyond the RF and microwave industry, MLCCs, especially those taking advantage of a variety of our MLCC innovations, can be used for some of the world’s most demanding applications, including medical implantables, electric vehicles, and high-reliability detonation devices.

As shown in this post, the uses cases for SLCs and MLCCs are not interchangeable since each capacitor type handles variables such as voltage, frequency, and capacitance differently. In general, SLCs are well-suited for high-frequency, low-voltage RF and microwave applications, while MLCCs can be used for all types of high-capacitance, high-voltage applications within a much more limited frequency range.

Source: Knowles