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NTC熱敏電阻

片式NTC熱敏電阻【Chip NTC Thermistor】

片式疊層NTC熱敏電阻
全稱:片式疊層負溫度系數(shù)熱敏電阻器,簡稱:片式NTC。
主要規(guī)格尺寸,按英制標準分為:0402、 0603、0805、1206等。
B值范圍:3000~4650,B值精度:±0.5~5%
標稱電阻值(指25℃時的零功率電阻)范圍:220R~4.7mR,阻值精度:±0.5~10%。

NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,即負溫度系數(shù),NTC熱敏電阻器就是一種負溫度系數(shù)的電阻器,其阻值隨環(huán)境溫度的升高而降低。它是由二種或四種鐵、鈷、鎳、錳或銅等金屬氧化物為主要材料,這些金屬氧化物材料都具有半導體性質(zhì)(因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料),當溫度低時,內(nèi)部的載流子(電子和孔穴)數(shù)目少,所以其電阻值較高;隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低。片式NTC是采用疊層獨石結構,經(jīng)過成型并在高溫(1200~1500℃)燒結而成。

片式厚膜線性NTC熱敏電阻
片式厚膜型線性熱敏電阻器采用厚膜印刷工藝,其外觀和使用都與普通片式電阻完全一樣,與傳統(tǒng)的片式疊層NTC熱敏電阻器相比,主要的優(yōu)點在于:片式厚膜型NTC熱敏電阻器的NTC功能層是印刷在AL2O3陶瓷基板上,全部使用玻璃釉或環(huán)氧包封,使其機械性能(下彎度3mm,傳統(tǒng)疊層片式NTC下彎度1mm)和耐腐蝕性能領先于傳統(tǒng)流延片式NTC熱敏電阻器,其NTC功能層厚度只有幾十微米,只有傳統(tǒng)流延NTC熱敏電阻器功能層厚度的1/100,使其具有卓越的響應速度、熱時間常數(shù)(0402型τ≤1S),傳統(tǒng)疊層片式NTC的響應時間一般>3S。

 
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片式熱敏電阻器選購常識
什么是熱敏電阻器?
熱敏電阻器有幾種?如何分類?
熱敏電阻其主要類型和參數(shù)有哪些?
貼片磁珠和貼片電感的區(qū)別?
片式磁珠和片式電感的應用場合
如何正確選擇磁珠?
如何選用磁珠?
如何選擇磁珠廠家和經(jīng)銷商?
 

什么是熱敏電阻器?

熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件.熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成,利用的原理是溫度引起電阻變化.若電子和空穴的濃度分別為n、p,遷移率分別為μn、μp,則半導體的電導為: σ=q(nμn+pμp) 因為n、p、μn、μp都是依賴溫度T的函數(shù),所以電導是溫度的函數(shù),因此可由測量電導而推算出溫度的高低,并能做出電阻-溫度特性曲線.這就是半導體熱敏電阻的工作原理. 熱敏電阻包括正溫度系數(shù)(PTC)和負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻,以及臨界溫度熱敏電阻(CTR).它們的電阻-溫度特性如圖1所示.熱敏電阻的主要特點是:
①靈敏度較高,其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10~100倍以上,能檢測出10-6℃的溫度變化;
②工作溫度范圍寬,常溫器件適用于- 55℃~315℃,高溫器件適用溫度高于315℃(目前最高可達到2000℃),低溫器件適用于-273℃~55℃;
③體積小,能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度;
④使用方便,電阻值可在0.1~100kΩ間任意選擇;
⑤易加工成復雜的形狀,可大批量生產(chǎn);
⑥穩(wěn)定性好、過載能力強. 由于半導體熱敏電阻有獨特的性能,所以在應用方面,它不僅可以作為測量元件(如測量溫度、流量、液位等),還可以作為控制元件(如熱敏開關、限流器)和電路補償元件.熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學、宇航等各個領域,發(fā)展前景極其廣闊.

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熱敏電阻器有幾種?如何分類?

一、PTC熱敏電阻

PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料,可專門用作恒定溫度傳感器.該材料是以BaTiO3或 SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結體,其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進行原子價控制而使之半導化,常將這種半導體化 的BaTiO3等材料簡稱為半導(體)瓷;同時還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工藝成 形、高溫燒結而使鈦酸鉑等及其固溶體半導化,從而得到正特性的熱敏電阻材料.其溫度系數(shù)及居里點溫度隨組分及燒結條件(尤其是冷卻溫度)不同而變化.
鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結構,是一種鐵電材料,純鈦酸鋇是一種絕緣材料.在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素,進行適當熱處理后,在居里溫度附近,電阻率陡增 幾個數(shù)量級,產(chǎn)生PTC效應,此效應與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關.鈦酸鋇半導瓷是一種多晶材料,晶粒之間存在著晶粒間界 面.該半導瓷當達到某一特定溫度或電壓,晶體粒界就發(fā)生變化,從而電阻急劇變化.
鈦酸鋇半導瓷的PTC效應起因于粒界(晶粒間界).對于導電電子來說,晶粒間界面相當于一個勢壘.當溫度低時,由于鈦酸鋇內(nèi)電場的作用,導致電子極容易越 過勢壘,則電阻值較?。敎囟壬叩骄永稂c溫度(即臨界溫度)附近時,內(nèi)電場受到破壞,它不能幫助導電電子越過勢壘.這相當于勢壘升高,電阻值突然增大, 產(chǎn)生PTC效應.鈦酸鋇半導瓷的PTC效應的物理模型有海望表面勢壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢壘模型,它們分別從不同方面對PTC效應作出 了合理解釋.
實驗表明,在工作溫度范圍內(nèi),PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實驗公式表示:
RT=RT0expBp(T-T0)
式中RT、RT0表示溫度為T、T0時電阻值,Bp為該種材料的材料常數(shù).
PTC效應起源于陶瓷的粒界和粒界間析出相的性質(zhì),并隨雜質(zhì)種類、濃度、燒結條件等而產(chǎn)生顯著變化.最近,進入實用化的熱敏電阻中有利用硅片的硅溫度敏感元件,這是體型且精度高的PTC熱敏電阻,由n型硅構成,因其中的雜質(zhì)產(chǎn)生的電子散射隨溫度上升而增加,從而電阻增加.
PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn),隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻.PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測量與控制,也用于汽車 某部位的溫度檢測與調(diào)節(jié),還大量用于民用設備,如控制瞬間開水器的水溫、空調(diào)器與冷庫的溫度,利用本身加熱作氣體分析和風速機等方面.下面簡介一例對加熱 器、馬達、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過熱保護方面的應用。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外,同時還能起到“開關”的作用,兼有敏感元件、加熱器和開關三種功能,稱之為“熱敏開關”,如圖2和3所示.電流通過元件 后引起溫度升高,即發(fā)熱體的溫度上升,當超過居里點溫度后,電阻增加,從而限制電流增加,于是電流的下降導致元件溫度降低,電阻值的減小又使電路電流增 加,元件溫度升高,周而復始,因此具有使溫度保持在特定范圍的功能,又起到開關作用.利用這種阻溫特性做成加熱源,作為加熱元件應用的有暖風器、電烙鐵、 烘衣柜、空調(diào)等,還可對電器起到過熱保護作用.
二、NTC熱敏電阻
NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料.該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種 以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷,可制成具有負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻.其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結 氣氛、燒結溫度和結構狀態(tài)不同而變化.現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料.
NTC熱敏半導瓷大多是尖晶石結構或其他結構的氧化物陶瓷,具有負的溫度系數(shù),電阻值可近似表示為:
式中RT、RT0分別為溫度T、T0時的電阻值,Bn為材料常數(shù).陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化,這是由半導體特性決定的.
NTC熱敏電阻器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的階段.1834年,科學家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負溫度系數(shù)的特性.1930年,科學家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度 系數(shù)的性能,并將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中.隨后,由于晶體管技術的不斷發(fā)展,熱敏電阻器的研究取得重大進展.1960年研制出了N1C熱 敏電阻器.NTC熱敏電阻器廣泛用于測溫、控溫、溫度補償?shù)确矫妫旅娼榻B一個溫度測量的應用實例,NTC熱敏電阻測溫用原理如圖4所示.
它的測量范圍一般為-10~+300℃,也可做到-200~+10℃,甚至可用于+300~+1200℃環(huán)境中作測溫用.RT為NTC熱敏電阻器;R2和 R3是電橋平衡電阻;R1為起始電阻;R4為滿刻度電阻,校驗表頭,也稱校驗電阻;R7、R8和W為分壓電阻,為電橋提供一個穩(wěn)定的直流電源.R6與表頭 (微安表)串聯(lián),起修正表頭刻度和限制流經(jīng)表頭的電流的作用.R5與表頭并聯(lián),起保護作用.在不平衡電橋臂(即R1、RT)接入一只熱敏元件RT作溫度傳 感探頭.由于熱敏電阻器的阻值隨溫度的變化而變化,因而使接在電橋?qū)蔷€間的表頭指示也相應變化.這就是熱敏電阻器溫度計的工作原理.

熱敏電阻器溫度計的精度可以達到0.1℃,感溫時間可少至10s以下.它不僅適用于糧倉測溫儀,同時也可應用于食品儲存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學種田、海洋、深井、高空、冰川等方面的溫度測量.

三、CTR熱敏電阻

臨界溫度熱敏電阻CTR(Crit1Cal Temperature Resistor)具有負電阻突變特性,在某一溫度下,電阻值隨溫度的增加激劇減小,具有很大的負溫度系數(shù).構成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合 燒結體,是半玻璃狀的半導體,也稱CTR為玻璃態(tài)熱敏電阻.驟變溫度隨添加鍺、鎢、鉬等的氧化物而變.這是由于不同雜質(zhì)的摻入,使氧化釩的晶格間隔不同造 成的.若在適當?shù)倪€原氣氛中五氧化二釩變成二氧化釩,則電阻急變溫度變大;若進一步還原為三氧化二釩,則急變消失.產(chǎn)生電阻急變的溫度對應于半玻璃半導體 物性急變的位置,因此產(chǎn)生半導體-金屬相移.CTR能夠作為控溫報警等應用.

熱敏電阻的理論研究和應用開發(fā)已取得了引人注目的成果.隨著高、精、尖科技的應用,對熱敏電阻的導電機理和應用的更深層次的探索,以及對性能優(yōu)良的新材料的深入研究,將會取得迅速發(fā)展.

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熱敏電阻的基本特性 :

NTC熱敏電阻是指具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。是使用單一高純度材料、具有 接近理論密度結構的高性能陶瓷。因此,在實現(xiàn)小型化的同時,還具有電阻值、 溫度特性波動小、對各種溫度變化響應快的特點,可進行高靈敏度、高精度的 檢測。本公司提供各種形狀、特性的小型、高可靠性產(chǎn)品,可滿足廣大客戶的 應用需求。

電阻-溫度特性

熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似地用式1表示。

(式1) R=R o exp {B(I/T-I/T o )}

R : 溫度T(K)時的電阻值
Ro : 溫度T0(K)時的電阻值
B : B 值
*T(K)= t(oC)+273.15


但實際上,熱敏電阻的B值并非是恒定的,其變化大小因材料構成而異,最大甚至可達5K/°C。因此在較大的溫度范圍內(nèi)應用式1時,將與實測值之間存在一定誤差。

此處,若將式1中的B值用式2所示的作為溫度的函數(shù)計算時,則可降低與實測值之間的誤差,可認為近似相等。

(式2) B T =CT 2 +DT+E

上式中,C、D、E為常數(shù)。
另外,因生產(chǎn)條件不同造成的B值的波動會引起常數(shù)E發(fā)生變化,但常數(shù)C、D 不變。因此,在探討B(tài)值的波動量時,只需考慮常數(shù)E即可。


? 常數(shù)C、D、E的計算
常數(shù)C、D、E可由4點的(溫度、電阻值)數(shù)據(jù) (T 0 , R 0 ). (T 1 , R 1 ). (T 2 , R 2 ) and (T 3 , R 3 ),通過式3~6計算。
首先由式樣3根據(jù)T 0 和T 1 ,T 2 ,T 3 的電阻值求出B 1 ,B 2 ,B 3 ,然后代入以下各式樣。




? 電阻值計算例

試根據(jù)電阻-溫度特性表,求25°C時的電阻值為5(kΩ),B值偏差為50(K)的熱敏電阻在10°C~30°C的電阻值。

? 步 驟

(1) 根據(jù)電阻-溫度特性表,求常數(shù)C、D、E。

T o =25+273.15 T 1 =10+273.15 T 2 =20+273.15 T 3 =30+273.15

(2) 代入B T =CT 2 +DT+E+50,求B T 。

(3) 將數(shù)值代入R=5exp {(B T I/T-I/298.15)},求R。
*T : 10+273.15~30+273.15



? 電阻-溫度特性圖如圖1所示

電阻溫度系數(shù)

所謂電阻溫度系數(shù)(α),是指在任意溫度下溫度變化1°C(K)時的零負載電阻變化率。電阻溫度系數(shù)(α)與B值的關系,可將式1微分得到。



這里α前的負號(-),表示當溫度上升時零負載電阻降低。

散熱系數(shù) (JIS-C2570)

散熱系數(shù)(δ)是指在熱平衡狀態(tài)下,熱敏電阻元件通過自身發(fā)熱使其溫度上升1°C時所需的功率。
在熱平衡狀態(tài)下,熱敏電阻的溫度T 1 、環(huán)境溫度T2及消耗功率P之間關系如下式所示。



產(chǎn)品目錄記載值為下列測定條件下的典型值。

    (1) 25°C靜止空氣中。
    (2) 軸向引腳、經(jīng)向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。

額定功率(JIS-C2570)

在額定環(huán)境溫度下,可連續(xù)負載運行的功率最大值。
產(chǎn)品目錄記載值是以25°C為額定環(huán)境溫度、由下式計算出的值。

(式) 額定功率=散熱系數(shù)×(最高使用溫度-25)

最大運行功率

最大運行功率=t×散熱系數(shù) … (3.3)
這是使用熱敏電阻進行溫度檢測或溫度補償時,自身發(fā)熱產(chǎn)生的溫度上升容許值所對應功率。(JIS中未定義。)容許溫度上升t°C時,最大運行功率可由下式計算。

對應環(huán)境溫度變化的熱響應時間常數(shù)(JIS-C2570)

指在零負載狀態(tài)下,當熱敏電阻的環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化時,熱敏電阻元件產(chǎn)生最初溫度與最終溫度兩者溫度差的63.2%的溫度變化所需的時間。

熱敏電阻的環(huán)境溫度從T 1 變?yōu)門 2 時,經(jīng)過時間t與熱敏電阻的溫度T之間存在以下關系。

T= (T 1 -T 2 )exp(-t/τ)+T 2 ......(3.1)
(T 2 -T 1 ){1-exp(-t/τ)}+T 1 .....(3.2)
常數(shù)τ稱熱響應時間常數(shù)。
上式中,若令t=τ時,則(T-T 1 )/(T 2 -T 1 )=0.632。

換言之,如上面的定義所述,熱敏電阻產(chǎn)生初始溫度差63.2%的溫度變化所需的時間即為熱響應時間常數(shù)。

經(jīng)過時間與熱敏電阻溫度變化率的關系如下表所示。




產(chǎn)品目錄記錄值為下列測定條件下的典型值。
    (1) 靜止空氣中環(huán)境溫度從50°C至25°C變化時,熱敏電阻的溫度變化至34.2°C所需時間。
    (2) 軸向引腳、徑向引腳型在出廠狀態(tài)下測定。

另外應注意,散熱系數(shù)、熱響應時間常數(shù)隨環(huán)境溫度、組裝條件而變化。


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熱敏電阻主要類型和參數(shù)有哪些?

熱敏電阻器 (thermistor)——型號MZ、MF:

是一種對溫度反應較敏感、阻值會隨著溫度的變化而變化的非線性電阻器,通常由單晶、多晶半導體材料制成。

文字符號: “RT”或“R”

熱敏電阻器的種類:

A.按結構及形狀分類——圓片形(片狀)、圓柱形(柱形)、圓圈形(墊圈形)等多種熱敏電阻器。

B.按溫度變化的靈敏度分類——高靈敏度型(突變型)、低靈敏度型(緩變型)熱敏電阻器。

C.按受熱方式分類——直熱式熱敏電阻器、旁熱式熱敏電阻器。

D.按溫變(溫度變化)特性分類——正溫度系數(shù)(PTC)、負正溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器。

熱敏電阻器的主要參數(shù): 除標稱阻值、額定功率和允許偏差等基本指標外,還有如下指標:
1)測量功率:指在規(guī)定的環(huán)境溫度下,電阻體受測量電源加熱而引起阻值變化不超過0.1%時所消耗的功率。
2)材料常數(shù):是反應熱敏電阻器熱靈敏度的指標。通常,該值越大,熱敏電阻器的靈敏度和電阻率越高。
3)電阻溫度系數(shù):表示熱敏電阻器在零功率條件下,其溫度每變化1℃所引起電阻值的相對變化量。
4)熱時間常數(shù):指熱敏電阻器的熱惰性。即在無功功率狀態(tài)下,當環(huán)境溫度突變時,電阻體溫度由初值變化到最終溫度之差的63.2%所需的時間。
5)耗散系數(shù):指熱敏電阻器的溫度每增加1℃所耗散的功率。
6)開關溫度:指熱敏電阻器的零功率電阻值為最低電阻值兩倍時所對應的溫度。
7)最高工作溫度:指熱敏電阻器在規(guī)定的標準條件下,長期連續(xù)工作時所允許承受的最高溫度。
8)標稱電壓:指穩(wěn)壓用熱敏電阻器在規(guī)定的溫度下,與標稱工作電流所對應的電壓值。
9)工作電流:指穩(wěn)壓用熱敏電阻器在在正常工作狀態(tài)下的規(guī)定電流值。
10)穩(wěn)壓范圍:指穩(wěn)壓用熱敏電阻器在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定電壓的范圍值。
11)最大電壓:指在規(guī)定的環(huán)境溫度下,熱敏電阻器正常工作時所允許連續(xù)施加的最高電壓值。
12)絕緣電阻:指在規(guī)定的環(huán)境條件下,熱敏電阻器的電阻體與絕緣外殼之間的電阻值。

●正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC—positive temperature coefficient thermistor)

結構——用鈦酸鋇(BaTiO3)、鍶(Sr)、鋯(Zr)等材料制成的。
屬直熱式熱敏電阻器。
特性——電阻值與溫度變化成正比關系,即當溫度升高時電阻值隨之增大。在常溫下,其電阻值較小,僅有幾歐姆~幾十歐姆;當流經(jīng)它的電流超過額定值時,其電阻值能在幾秒鐘內(nèi)迅速增大至數(shù)百歐姆~數(shù)千歐姆以上。
作用與應用——廣泛應用于彩色電視機消磁電路、電冰箱壓縮機啟動電路及過熱或過電流保護等電路中、還可用于電驅(qū)蚊器和卷發(fā)器、電熱墊、暖器等小家電中。

●負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC—negative temperature coefficient thermistor)

結構——用錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋁(Al)等金屬氧化物(具有半導體性質(zhì))或碳化硅(Sic)等材料采用陶瓷工藝制成的。
特性——電阻值與溫度變化成反比關系,即當溫度升高時,電阻值隨之減小。
作用與應用——廣泛應用于電冰箱、空調(diào)器、微波爐、電烤箱、復印機、打印機等家電及辦公產(chǎn)品中,作溫度檢測、溫度補償、溫度控制、微波功率測量及穩(wěn)壓控制用。

 

貼片電容【Multilayer Chip Ceramic Capacitor

全稱:多層(積層、疊層)片式陶瓷電容器,也稱為貼片電容、片容,英文縮寫:MLCC。
主要規(guī)格尺寸,按英制標準分為:0201、0402、0603、0805、1206;以及大規(guī)格的1210、1808、1812、2220、2225、3012、3035等。
容量范圍:0.5pF~100uF,其中,一般認為容量在1uF以上為大容量電容。
額定電壓:從4V到4KV(DC),當額定電壓在100V及以上時,即歸納為中高壓產(chǎn)品。

片式電容的穩(wěn)定性及容量精度與其采用的介質(zhì)材料存在對應關系,主要分為三大類別:
一、是以COG/NPO為I類介質(zhì)的高頻電容器,其溫度系數(shù)為±30ppm/℃,電容量非常穩(wěn)定,幾乎不隨溫度、電壓和時間的變化而變化,主要應用于高頻電子線路,如振蕩、計時電路等;其容量精度主要為±5%,以及在容量低于10pF時,可選用B檔(±0.1pF)、C檔(±0.25pF)、D檔(±0.5pF)三種精度。
二、是以X7R為II類介質(zhì)的中頻電容器,其溫度系數(shù)為±15%,電容量相對穩(wěn)定,適用于各種旁路、耦合、濾波電路等,其容量精度主要為K檔(±10%)。
特殊情況下,可提供J檔(±5%)精度的產(chǎn)品。
三、是以Y5V為II類介質(zhì)的低頻電容器,其溫度系數(shù)為:+30~-80%,電容量受溫度、電壓、時間變化較大,一般只適用于各種濾波電路中。
其容量精度主要為Z檔(+80~-20%),也可選擇±20%精度的產(chǎn)品。

正確選擇一顆片式電容時,除了要提供其規(guī)格尺寸及容量大小外,還必須特別注意到電路對這顆片式電容的溫度系數(shù)、額定電壓等參數(shù)的要求。

目前,我們主要提供以下系列片式電容產(chǎn)品:

  • 通用系列、大容量系列、直流中高壓系列、超薄型系列、片式三端陶瓷濾波器(EMI)、四聯(lián)體/二聯(lián)體片式電容器(片式排容)等。
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