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2011年10月13日 (木)

積層セラミックコンデンサーのピエゾ効果のはなし

積層セラミックコンデンサーのピエゾ効果とは
 ピエゾ効果とは、セラミックブザーなどに使われている原理で、セラミック板の両側につけられた電極に交流信号をかけると振動して音声が出ること、EPSONのインクジェットプリンタのヘッドに用いられているインクをセラミック振動子の力で吹き出すなど、セラミックが電圧によって伸び縮みする動作を利用して実現されている。 積層セラミックコンデンサーも同じような構成なので、印加電圧によって振動して音を出すいわゆる「鳴き」の現象が現れる。特に液晶などのバックライト点灯に使う高電圧のインバーターなどのコンデンサーで数KHzの周波数で駆動した時に音がする現象などがよく現れた。
 鳴いているだけならばまだ良いが、それはコンデンサーが振動していることを示しているので、内部で振動による熱が発生したり、ハンダ付けした部分が振動で徐々にもろくなり、ハンダ付け不良になったりする。Ind_img03
 図はコンデンサーの振動と基板の変形を示しているが、ハンダ付け部分にストレスが加わるのがよくわかる。 京セラの資料によるとこのピエゾ効果(圧電現象)は
1、コンデンサには電気エネルギーを機械エネルギーに,又はその逆に変換する圧電現象を示すものがあります。
1-1. コンデンサに特定周波数の信号が印加されるとコンデンサの寸法で決まる固有振動数が共振してノイズや音が発生することがあります。
1-2. コンデンサに振動や衝撃を加えると,機械力が電気信号に変換されノイズの発生につながる場合があります。 (特に,アンプ部付近での使用には注意が必要です。)
とあり、振動とは逆に高感度の部分に使用した場合、コンデンサーへの振動が電気信号となり、それが増幅されてノイズとなる場合があることを示しています。昔、オーディオアンプのコンデンサーを糸で縛ったり、樹脂で固めたりした記事がありましたが、それらもこの対策ではないかと考えられます。
対策としては
1)コンデンサの誘電体材料を圧電現象のない(又は小さい)低損失のものとするか又は温度補償用 のコンデンサへ変更する。
2) コンデンサのサイズを変更する。
3)コンデンサの使用材料を圧電現象のない(又は小さい)低損失材料使用品又は温度補償用のコンデンサへ 変更する。
4)プリント配線板などの筐体との共振を抑えるためコンデンサの取付け方向を変えるか又はプ リント配線板などの筐体と接着剤でコンデンサを固定する。
など、高周波では2〜3個のコンデンサーに分割して、ロスを減らすなどの工夫が必要ですね。


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