【導讀】電容器的實際靜電容量值隨著直流(DC)與交流(AC)電dian壓ya而er變bian化hua的de現xian象xiang叫jiao做zuo電dian壓ya特te性xing。該gai變bian化hua幅fu度du越yue小xiao
，說shuo明ming電dian壓ya特te性xing越yue好hao
，幅fu度du越yue大da，說shuo明ming電dian壓ya特te性xing越yue差cha。以yi消xiao除chu電dian源yuan線xian紋wen波bo等deng為wei目mu的de在zai電dian子zi設she備bei上shang使shi用yong電dian容rong器qi時shi，必bi須xu設she想xiang使shi用yong電dian壓ya條tiao件jian進jin行xing設she計ji。

直流偏置特性

    直流偏置特性是指
，對電容器施加直流電壓時實際靜電容量發生變化(減少)的現象。這種現象是使用了鈦酸鋇係鐵電體的高介電常數類片狀多層陶瓷電容器特有的現象，導電性高分子的鋁電解電容器(高分子AI)和導電性高分子鉭電解電容器(高分子Ta)、薄膜電容器(Film)、氧化鈦和使用了鋯酸鈣係順電體的溫度補償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC)上幾乎不會發生這種現象(參照圖1)。

   下麵舉例說明實際上是如何發生的。假設額定電壓為6.3V
，靜電容量為100uF的高介電常數片狀多層陶瓷電容器上施加了1.8V的直流電壓。此時，溫度特性為X5R的產品，靜電容量減少約10%，實際靜電容量值變成90uF。而Y5V的產品，靜電容量減少約40%，實際靜電容量變成60uF。

圖1：各種電容器的靜電容量變化率-直流偏置特性(示例)

    向鈦酸鋇係鐵電體施加直流電壓時
，電場小時，電位移(D)與電場(E)成正比，但隨著電場增大
，原本方向混亂的自發極化(Ps)開(kai)始(shi)沿(yan)電(dian)場(chang)的(de)方(fang)向(xiang)整(zheng)齊(qi)排(pai)列(lie)，顯(xian)示(shi)非(fei)常(chang)大(da)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)，實(shi)際(ji)靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)值(zhi)增(zeng)大(da)。隨(sui)電(dian)場(chang)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)強(qiang)，不(bu)久(jiu)自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)整(zheng)齊(qi)排(pai)列(lie)完(wan)畢(bi)，分(fen)極(ji)飽(bao)和(he)後(hou)，介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)變(bian)小(xiao)，實(shi)際(ji)靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)值(zhi)變(bian)小(xiao)(參照圖2)。

    因此

，在選擇多層陶瓷電容器時
，請不要完全按照產品目錄上記載的靜電容量進行選擇。必須先向適用的電源(信號)線(xian)施(shi)加(jia)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)成(cheng)分(fen)，測(ce)定(ding)靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)
，掌(zhang)握(wo)實(shi)際(ji)靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)值(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)。但(dan)是(shi)，這(zhe)種(zhong)直(zhi)流(liu)偏(pian)置(zhi)特(te)性(xing)施(shi)加(jia)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)成(cheng)分(fen)越(yue)低(di)，靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)減(jian)少(shao)幅(fu)度(du)越(yue)小(xiao)。最(zui)近(jin)市(shi)麵(mian)上(shang)出(chu)現(xian)了(le)以(yi)突(tu)破(po)1V的電源電壓(直流電壓)工作的FPGA和ASIC等半導體芯片。如把多層陶瓷電容器使用在這種芯片的電源線上時，不會出現很明顯的直流偏置特性問題。

圖2：向鐵電體陶瓷施加電壓時的狀態

交流電壓特性題

    交流電壓特性是指，對電容器施加交流電壓時實際靜電容量發生變化(增減)的(de)現(xian)象(xiang)。這(zhe)一(yi)現(xian)象(xiang)與(yu)直(zhi)流(liu)偏(pian)置(zhi)現(xian)象(xiang)相(xiang)同(tong)，是(shi)使(shi)用(yong)鈦(tai)酸(suan)鋇(bei)係(xi)鐵(tie)電(dian)體(ti)的(de)高(gao)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)類(lei)片(pian)狀(zhuang)多(duo)層(ceng)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)器(qi)特(te)有(you)的(de)現(xian)象(xiang)
，導(dao)電(dian)性(xing)高(gao)分(fen)子(zi)的(de)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)(高分子AI)和導電性高分子鉭電解電容器(高分子Ta)、薄膜電容器(Film)、氧化鈦和使用鋯酸鈣係的順電體的溫度補償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC)上幾乎不會發生這種現象(參照圖3)。

    假設對額定電壓為6.3V
，靜電容量為22uF的高介電常數片狀多層陶瓷電容器施加0.2Vrms的交流電壓(頻率：120Hz)。此時

，溫度特性為X5R產品的情況，靜電容量減少約10%，實際靜電容量值變成20uF。而Y5V產品更甚，靜電容量減少約20%
，實際靜電容量變成18uF。

圖3：各種電容器的靜電容量變化率-交流電壓特性(示例)

    如上所述，鐵電體陶瓷的結晶粒(Grain)有分域(Domain)，各個自發極化(Ps)的方向是隨機的，整體上相當於無極化的狀態。在此之上施加電場(E)時(shi)，電(dian)場(chang)方(fang)向(xiang)上(shang)產(chan)生(sheng)極(ji)化(hua)
，達(da)到(dao)飽(bao)和(he)值(zhi)。在(zai)這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)即(ji)使(shi)去(qu)除(chu)電(dian)場(chang)，極(ji)化(hua)方(fang)向(xiang)也(ye)不(bu)會(hui)回(hui)到(dao)原(yuan)來(lai)無(wu)序(xu)隨(sui)機(ji)的(de)狀(zhuang)態(tai)
，多(duo)少(shao)會(hui)停(ting)留(liu)在(zai)極(ji)化(hua)時(shi)的(de)狀(zhuang)態(tai)上(shang)，形(xing)成(cheng)殘(can)留(liu)極(ji)化(hua)
，在(zai)外(wai)部(bu)顯(xian)現(xian)。為(wei)了(le)讓(rang)這(zhe)種(zhong)殘(can)留(liu)極(ji)化(hua)歸(gui)零(ling)
，需(xu)要(yao)反(fan)方(fang)向(xiang)的(de)電(dian)場(chang)。逆(ni)電(dian)場(chang)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)強(qiang)時(shi)會(hui)發(fa)生(sheng)極(ji)化(hua)反(fan)轉(zhuan)

，向(xiang)相(xiang)反(fan)方(fang)向(xiang)進(jin)行(xing)極(ji)化(hua)。類(lei)似(si)這(zhe)樣(yang)的(de)因(yin)外(wai)部(bu)電(dian)場(chang)而(er)引(yin)起(qi)的(de)鐵(tie)電(dian)體(ti)的(de)極(ji)化(hua)動(dong)作(zuo)如(ru)圖(tu)4的D-E曆史曲線(磁滯曲線)。

    在交流高電壓下
，流經電容器的電流在鐵電體的情況下會產生較大的波形失真
，因此不能直接適用於線性材料的定義(*1)。但是
，從實際靜電容量值求得的相對介電常數(εr)也可以說成是磁滯曲線的平均傾斜度(圖4虛線)。

圖4：鐵電體的D-E磁滯曲線

    1：線性材料・・・應力應變特性為線性
，即應力σ與形變ε成正比的材料特性。





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