セラミックコンデンサは周囲の温度によって静電容量が変化します。この温度による静電容量の変化のことを静電容量の温度特性といいます。B特性とかC0G特性など言われているものです。この温度特性について詳しく説明します。
セラミックコンデンサの分類
温度特性はセラミックコンデンサの分類によって変わります。セラミックコンデンサは大きく、低誘電率系(Class1) と、高誘電率系(Class2) に分類されます。その中でさらに温度特性によって細かく分類されます。
低誘電率系(Class1) セラミックコンデンサ
高誘電率系(Class2) セラミックコンデンサ
温度特性による分類は日本工業規格(JIS)とアメリカ電子工業会(EIA)によって決められています。セラミックコンデンサの型番にはJISとEIAの両方、またはどちらかの温度特性記号を持っています。温度特性記号を見ることで、静電容量の温度特性(低誘電率系の場合は温度係数、高誘電体系は静電容量変化率)が分かりようになっています。
高誘電率系(Class2)の記号にはルールがあります。EIA規格ではC0Gのように、英文字、数字、英文字の3つの文字で表します。最初の英文字は使用温度の下限、真ん中の数字は使用温度の上限、最後の英文字は温度範囲内における静電容量の最大変化率を表します。
なお、基準温度がJIS規格では20度ですが、EIA規格では25度になります。
高誘電率系(Class2)において、横軸に温度、縦軸に静電容量変化率の範囲を示した結果はこのようになっており、B特性は温度範囲は狭いですが、静電容量変化率が小さいことが一目でわかります。
低誘電率系のセラミックコンデンサについて
低誘電率系はCH特性とC0G特性が代表的です。
容量に負の温度係数を持たせることで回路の温度補償に用いることがあるため、低誘電率系のセラミックコンデンサは温度補償用コンデンサとも呼ばれています。
誘電体に酸化チタンやジルコン酸カルシウム系を使用しています。
温度による変化は高誘電率系と比較すると小さく、幅広い温度範囲において精密な動作を必要とする場合に使用されます。また、温度に対してほぼ直線的に変化します。そのため、低誘電率系では、温度による傾きを表す温度係数(ppm/℃)を変化の度合いに用います。また、損失が小さい特徴があります。
静電容量は1[pF]以下の最小容量から0.1[uF]前後まであります。
様々な用途に使用されて、特に100[pF]以下のものは、高周波回路(共振回路)のマッチングやカップリング用、フィルタ用に使用されます。また、低誘電率系はDCバイアス、経年による劣化が少ないため、小容量を除けばほぼ理想のセラミックコンデンサです。
高誘電率系のセラミックコンデンサについて
高誘電率系はB特性やR特性が代表的です。
誘電体にチタン酸バリウム系を使用しています。
低誘電率系と比較すると、静電容量の変化が大きく損失も大きくなりますが、100ufまでの大容量が得られます。
カップリング回路、デカップリング回路、平滑回路、電源回路に使用されることが多いです。
温度係数と静電容量変化率について
温度係数と静電容量変化率は、使用温度TAにおける静電容量CAと、基準温度Tにおける静電容量Cから以下のように求めることができます。この値が、上の表の範囲に入っていなければ規格を満たせていないコンデンサということになります。
温度によって変わるその他の特性
静電容量以外にも温度によって変わるパラメータがあります。等価直列抵抗と絶縁抵抗です。低温にすると、高周波領域で等価直列抵抗が大きくなり、絶縁抵抗が低下します。高温にすると、低周波領域で等価直列抵抗が大きくなります。
その他
ちなみに電解コンデンサも温度によって静電容量が変化しますが、セラミックコンデンサのように温度特性による分類がありません。電解コンデンサは誘電体層のタルタル酸化被膜やアルミニウム酸化膜の温度特性によって静電容量が変化します。
