Kapazität Kondensatoren abhängig von Spannung

[Bri (bri)]

Angeregt durch einige Beiträge über die Kapazität von 
Keramikkondensatoren in Abhängigkeit von der angelegten Spannung, habe 
ich heute verschiedene Kondensatoren vermessen. Die Ergebnisse fand ich 
sehr interessant. Deshalb wollte ich sie euch nicht vorenthalten. Die 
blaue Kurve zeigt die angelegte Spannung und die rote Kurve die 
berechnete Kapazität. (Der Kondensator wird mit konstantem Strom 
geladen. Die Kapazität wird mit der Formal C = I / (dU/dt) berechnet.)

[Christian W. (Firma: www.360customs.de) (doctormord)]

Hi,


die Messungen sind (m.E.) nicht aussagekräftig, da hier "Äpfel mit 
Birnen" verglichen werden. Warum schaut man sich einen 63V C im Bereich 
0-16V an?

dC/C hätte ich als (zusätzliche) Skalengröße für gut befunden.

Des weiteren fehlt der Testaufbau und teilweise das Material.

Gruß Christian

[Bri (bri)]

Das soll kein wissenschaftlicher Fachartikel sein. Ich habe die 
Kondensatoren genommen, die ich grad zur Verfügung hatte. Das ist auch 
der Grund warum ich z.B. bei dem Scheibenkondensator nicht weiß, aus 
welcher Keramik der ist.

Was meinst du mit fehlendem Testaufbau? Ich hab geschrieben der 
Kondensator wird mit einem konstantem Strom geladen. Da gibt es nicht 
viele sinnvolle Anschlußmöglichkeiten bei einer Stromquelle und einem 
Kondensator mit jeweils zwei Beinchen.

Es ist klar, das man bei den wenigen Kondensatoren und der Auswahl 
quantitativ kaum sinnvolle Aussagen machen kann. Aber ich denk 
qualitativ ist ersichtlich, wie sich die unterschiedlichen 
Kondensatortypen verhalten und das man das unbedingt beim Einsatz in 
Schaltungen beachten sollte.

Wie ich gelesen habe, besagt ja "X5R" noch lange nicht, das es die 
gleiche Keramik ist. Der Kondensator kann sich deshalb auch anders 
verhalten. Ich bin im Moment auf der Suche nach dem "besten" bezahlbaren 
10uF Kerko in der Bauform 1206. Deshalb hab ich mit den Messungen 
angefangen. Ich will mir in Kürze eine Auswahl von solchen Kerkos 
bestellen und die alle durchtesten.

[Jochen F. (jamesy)]

Im Grunde steht dies ales in den Datenblättern der Hersteller, 
allerdings muß man meist schon ein wenig suchen. Gerade bei den 
hochkompakten SMD-Kondensatoren ist praktisch nur NP0 weitgehend 
unbedenklich, schon X7R hat eine deutliche Änderung bei Nennspannung und 
Z5U ist teilweise nur 10% der Nennkapazität bei Nennspannung. Messung: 
Ein Resonanzkreis und ein Spektrumanalysator mit Trackinggenerator, 2 
Kondensatoren antiparallel und die Spannung in der Mitte der beiden 
eingespeist, geht sehr präzise!

[bva4w3g3 (Gast)]

Auf jeden Fall interessant.

Bei den Kerko-Messungen zeigt sich das erwartete Verhalten.

Vermesse doch mal einen C0G-Kerko (identisch NP0).

[Volland S. (volland_s)]

coole Spielerei, super

brauchst ein paar ?

:-)

[Bri (bri)]

@Jochen
Mein Fehler war, das ich früher bei den Kerkos mit Angaben wie +/-10% 
davon ausgegangen bin, das das für den ganzen angegebenen 
Spannungsbereich gilt. Ich bin gar nicht erst auf die Idee gekommen nach 
solchen Angaben im Datenblatt zu suchen. Erst nach dem ich etwas darüber 
im Internet gelesen hatte. Da steht leider kein Sternchen dabei mit 
"bitte lesen sie das Kleingedruckte".

Eigentlich wollte ich ja auf einer Platine alle 10uF Tantal 
Kondensatoren durch 10uF Kerkos ersetzen. Bei 2.5V kein Problem, bei 15V 
siehts ja gar nicht so gut aus.

[Jochen F. (jamesy)]

Die Sache ist halb so schlimm, wenn man nur eine konstante Versorgung 
filtern möchte, man muß dann nur mehr Kapazität einplanen.
Benutzt man so ein Teil in einer Schaltung, beispielsweise mit 
Audiosignalen mit einiger Spannung, dann hat man ein stark nichtlineares 
Verhalten ähnlich eines Mischers mit Varicap. Es gibt nicht wenige 
Audiobastler, denen das sehr komisch vorkommt, die aber die Ursache kaum 
ahnen. Ein Kondensator hat die und die Kapazität - steht doch eh' außen 
drauf. Es gibt noch mehr Schmutzeffekte bei Kondensatoren, wie Aufladung 
der Folien bei den sonst sehr hochwertigen Folien-Cs, das steht dann 
nicht einmal mehr im Datenblatt, das lernt man meist nur durch Probieren 
oder Messen mit hochwertigem Equipment.

[Tim . (cpldcpu)]

Hallo,

interessante Messungen. Allerdings befürchte ich, dass die benutzte 
Methode sehr anfällig für Leckströme ist. Besser wäre eine 
Kleinsignalmessung mit DC offset. Das Verhalten einiger Kondensatoren 
erscheint schon sehr merkwürdig. Bei den meisten dielektrischen 
Materialien nimmt die Polarization mit steigendem Feld ab - man würde 
sinkende Kapazität bei hoher Spannung erwarten.

[Bri (bri)]

Ja stimmt, an den Leckstrom hab ich nicht gedacht. Das würde auf jeden 
Fall den großen Kapazitätsanstieg bei dem Elko erklären und auch den 
Anstieg bei dem Tantalkondensator.

[ChristianW. (Gast)]

@T.B.

Welchen Grund gibt es, deiner Meinung nach, die Tantals durch Keramik zu 
ersetzen? (Außer einem ethnischen) Temperatur?

In vielen Datenblättern, wo eine Wahl zwischen Elektrolyt, Tantal und 
Keramik "gelassen wird", kommt man bei Verwendung von Tantal mit 
teilweise um den Faktor Zehn kleineren Kapazitäten aus.

Bezieht sich auf Siebung und/oder die Verwendung in Schaltwandlern.

Gruss Christian

[MaWin (Gast)]

> Der Kondensator wird mit konstantem Strom geladen.
> Die Kapazität wird mit der Formal C = I / (dU/dt) berechnet

Falscher Ansatz.
Du ignorierst auf diese Art die dielektrische Absorption
und den Leckstrom.

Du musst schon die Kapazität messen per kleienr überlageter 
Wechselspannug auf der ansonsten als Vorspannung verwendeten 
Gleichspannung.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Der Knalleffekt der Tantals ist ein weiterer Grund. Durch zu hohes dI/dt 
haben sich bei mir schon einige Tantals mit Feuer und Gestank 
verabschiedet.
Die maximal zulässige Spannung muss dabei nicht überschritten werden. 
Ist das eine Spezialität von Tantals, oder gibt es das auch bei Keramik? 
Wie sieht es bei den Ersatzstoffen wie Niob aus?

[Harald W. (wilhelms)]

T. B. schrieb:

> Angeregt durch einige Beiträge über die Kapazität von
> Keramikkondensatoren in Abhängigkeit von der angelegten Spannung, habe
> ich heute verschiedene Kondensatoren vermessen. Die Ergebnisse fand ich
> sehr interessant.

Interessant wäre es natürlich auch, in wie weit diese Kurven
reproduzierbar sind. Also ob man diesen Effekt ähnlich wie bei
Kapazitätsdioden für spezielle Schaltungen, z.B. Wienbrücken-
generatoren nutzen kann.
Gruss
Harald

[Tim . (cpldcpu)]

MaWin schrieb:
>> Der Kondensator wird mit konstantem Strom geladen.
>> Die Kapazität wird mit der Formal C = I / (dU/dt) berechnet
>
> Falscher Ansatz.
> Du ignorierst auf diese Art die dielektrische Absorption
> und den Leckstrom.
>
> Du musst schon die Kapazität messen per kleienr überlageter
> Wechselspannug auf der ansonsten als Vorspannung verwendeten
> Gleichspannung.

Also grundsätzlich falsch ist der Ansatz nicht. Es gibt durchaus die 
Möglichkeit, den Leckstrom bei dieser statischen C-V Messung zu 
korrigieren. Dieses ist z.B. im Agilent 4156C implementiert. Ohne die 
korrektur ist die Messung allerdings nicht zu gebrauchen.

[Reinhard Kern (Gast)]

ChristianW. schrieb:
> Welchen Grund gibt es, deiner Meinung nach, die Tantals durch Keramik zu
> ersetzen? (Außer einem ethnischen)

Meinst du vielleicht ethisch? Zur Ethnie von Tantals fällt mir im Moment 
nichts ein.

Ich verwende Tantals an Versorgungsspannungen nicht mehr, höchstens mit 
extrem überdimensionierter Nennspannung. Die Ausfälle waren nicht 
dramatisch, aber statistisch signifikant.

Gruss Reinhard

[LKa (Gast)]

Nur zur Info, weil ich das Thema auch grade noch mal bearbeite.
Hier eine gute Erklärung zum Kapazitätsverlust bei DC-Bias:

http://www.murata.com/support/faqs/products/capacitor/mlcc/char/0005

[Gerald B. (gerald_b)]

Ich finde den Test sehr interessant, auch wenn ich die 
Spannungsanfälligkeit von hochkapazitiven KerKos bereits aus der 
Literatur kannte. Aber die Kurve vom Tantal iat ebenfalls krass!
Auch wenn ich keine Tantals verwende, aber gesetzt den Fall, man will 5V 
in einer Logikschaltung puffern, nimmt mehr als einen 6,3V der 
Ausfallsicherheit wegen und hat vielleicht gerade 25V da, dann greift 
man voll ins Klo, weil der gerade da sein Minimum hat.
KerKos kaufe ich immer mit der höchsten verfügbaren Spannung in der 
entsprechenden Bauform. Z.B. Bauform 1210 100µF gab es in 6,3 und 10V. 
So bleibe ich aber mit höherer Wahrscheinlichkeit noch in einem Bereich, 
wo der Kapazitätsschwund noch nicht so hoch ist.
Was auch noch der Fall ist, das alte große ScheibenKerKos, die noch 
nicht Mehrschicht waren, sich wie Pizoscheiben verhalten können. In 
einem Phasenanschnittdimmer hat mal ein KerKo gefiept! :-)