DE4312195A1 - Monolithisches Bauelement mit elektrisch veränderbarer Kapazität - Google Patents
Monolithisches Bauelement mit elektrisch veränderbarer KapazitätInfo
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- H01G7/06—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture having a dielectric selected for the variation of its permittivity with applied voltage, i.e. ferroelectric capacitors
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Description
Es sind nur wenige Bauelemente bekannt, bei denen durch elektrische Steuerung eine
gezielte Änderung ihrer Kapazität hervorgerufen werden kann.
Weitgehend gebräuchlich sind Kapazitätsdioden (Varaktoren, Varicaps), bei denen die
Spannungsabhängigkeit der Sperrschichtkapazität Anwendung findet. Von Nachteil sind
hier die geringen erreichbaren Kapazitäten (max. 500 pF) sowie die Beschränkung auf
kleine Wechselstromsignale, da die Steuerspannung überlagert wird und nichtlineare
Effekte auftreten. Bei Vielschicht-Keramikkondensatoren ist es durch die Variation des
Aufbaus (zusätzliche Elektrode) möglich, durch eine Steuerspannung die Feldstärke im
Dielektrikum zu variieren und somit die Kapazität zu verändern (DE 40 20 467). Nachteilig ist
hier die durch den notwendigen gemeinsamen Bezugspunkt vorhandene galvanische
Kopplung von Nutz- und Steuersignal. Andere Ausnutzungen von spannungsabhängigen
Kapazitätsveränderungen für spezielle Voraussetzungen und Einsatzfälle sind ausgewiesen
(EP 0169122, EP 0232117).
Ziel der Erfindung war es, eine steuerbare Kapazität zu entwickeln, die die oben genannten
Nachteile nicht besitzt.
Durch die Anwendung der Sandwich-Technologie ist es möglich, Substanzen mit
verschiedenen Eigenschaften in einem monolithischen Bauelement zu vereinigen.
Dieses Bauelement faßt zwei herkömmliche Bauelemente zu einem zusammen: einen
Kondensator (genauer: Reihenschaltung von Teilkondensator A, Widerstand B und
Teilkondensator C, siehe Abb. 1) zwischen den Anschlüssen 1 und 2 und einen Widerstand
zwischen den Anschlüssen 3 und 4. Durch separate Anschlußpaare ist es möglich, beide
Teile des Bauelements galvanisch getrennt zu betreiben (elektrischer Vierpol).
Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlüssen 3 und 4 kommt es in dem
Widerstand zu einem Stromfluß und durch die anfallende Verlustleistung zu einer Erhöhung
der Temperatur des ganzen Bauelements. Die Temperaturerhöhung bewirkt eine Änderung
der relativen Dielektrizitätskonstanten des Materials in den Schichten A bis C (relevant aber
nur für A und C), was zu einer Kapazitätsänderung des Kondensators führt.
Die von Kapazitätsdioden am pn-Übergang bekannten nichtlinearen Effekte treten nicht auf.
Erst bei Verwendung großer Nutzsignalamplituden zwischen den Anschlüssen 1 und 2 kann
durch die anfallende kapazitive Verlustleistung eine Beeinflussung der Steuergröße
zwischen den Anschlüssen 3 und 4 auftreten.
Bei Verwendung geeigneter keramischer Materialien können Kapazitätswerte bis zu einigen
100 nF realisiert werden, der Steuerbereich der Kapazität umfaßt etwa eine
Größenordnung. Benutzt man ferroelektrisches Material, kann der Betrieb geschaltet (in der
Umgebung der CURIE-Temperatur) oder kontinuierlich (oberhalb der CURIE-Temperatur)
erfolgen. Die CURIE-Temperatur ist durch unterschiedliche Zusammensetzung der Keramik
in weiten Grenzen variierbar.
Als einfaches Beispiel ist ein Bauelement aus ferroelektrischer Keramik dargestellt. Die
Schichten A und C bestehen aus reinem, isolierendem BaTiO₃, die Mittelschicht B aus
n-leitend dotiertem Ba0.838La0.002Ca0.16TiO₃. Die einzelnen Schichten haben die
Abmessungen 7×7×1 mm³. Die Außenseiten der Schichten A und C sind vollständig, die
Mittelschicht B ist an zwei gegenüberliegenden Seiten metallisiert und kontaktiert (Abb. 2).
Bei Raumtemperatur liegt der Kaltwiderstand der Mittelschicht B bei 400 Ohm, die Kapazität
des Kondensators 1-2 beträgt 400 pF. Bis zu einer Steuerspannung von 15 Volt sinkt die
Kapazität auf 350 pF, ihr Maximum von 1500 pF hat sie bei 40 Volt. Danach fällt sie fast
linear ab, bei 75 Volt hat sie den Raumtemperaturwert wieder erreicht.
Claims (3)
1. Monolithisches Bauelement mit elektrisch veränderbarer Kapazität dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bauelement zwischen seinen Anschlüssen 1 und 2 einen
Kondensator bildet, der aus zwei Schichten ferroelektrischen Materials A und C sowie
einer dritten Schicht B besteht.
2. Monolithisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere
Schicht B zwischen ihren Anschlüssen 3 und 4 einen Widerstand bildet, der aus
elektrisch leitfähigem Material mit von Null verschiedenem Widerstand besteht.
3. Monolithisches Bauelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
durch Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Anschlüssen 3 und 4 die
Kapazität des Kondensators geändert wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934312195 DE4312195A1 (de) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | Monolithisches Bauelement mit elektrisch veränderbarer Kapazität |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19934312195 DE4312195A1 (de) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | Monolithisches Bauelement mit elektrisch veränderbarer Kapazität |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4312195A1 true DE4312195A1 (de) | 1994-10-20 |
Family
ID=6485462
Family Applications (1)
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| DE19934312195 Withdrawn DE4312195A1 (de) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | Monolithisches Bauelement mit elektrisch veränderbarer Kapazität |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4312195A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1978435A1 (de) * | 2007-04-02 | 2008-10-08 | Sony Corporation | Steuereinheit |
-
1993
- 1993-04-14 DE DE19934312195 patent/DE4312195A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1978435A1 (de) * | 2007-04-02 | 2008-10-08 | Sony Corporation | Steuereinheit |
| US7808767B2 (en) | 2007-04-02 | 2010-10-05 | Sony Corporation | Control unit |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |