为什么你的4.7uF电容变成0.33uF

几年以前，经过用瓷片电容的25年多工作之后，我对它们有了新的领悟。那时我正在忙于做一个LED灯泡驱动器，当时我项目中一个RC电路的时间常数显然是有问题。
我第一个假设是：电路板上某个元件值不正确，于是我测量用作一个分压器的两只电阻，但它们都没有问题。我把电容从电路板上拆下来测量，也没有问题。为了进一步确认，我测量并装上了新电阻和新电容，给电路上电，检查发现基本运行正常，然后看更换元件是否解决了RC电路时间常数问题。但答案是否定的。我是在自然的环境下测试电路：在外壳内，电路处于外壳内，模拟了一个屋顶照明灯的“罐子”,有时元件温度会升到100多摄氏度。虽然我重新测试RC电路的时间很短，一切仍非常烫手。显然，我的下一个结论是：问题在于电容的温度变化。但是我自己都怀疑这个结论，因为我用的可是X7R电容，根据我的记忆，这种电容最高可工作到 125°C,变化也只有±15%.我信任我的记忆力，但是为了保险起见，我重新查看了所使用电容的数据表。背景报告表1给出了用于不同种类瓷片电容的字母与数字，以及它们各自的含义。表格描述了Class II和Class III两种瓷片电容。这里不谈太多细节，Class I级电容包括常见的COG（NPO）型；这种电容的体积效率不及表格中的两种电容，但是它在多变环境条件下要稳定得多，而且不会出现压电效应。相反，表格中的电容具有广泛多变的特性，它们能够扩展并承受所施加的电压，但有时会产生可听到的压电效应（蜂鸣声或振铃声）。

　在给出的多种电容类型中，据我的经验，最常用的是X5R、X7R,还有Y5V.我从来没用过Y5V,因为它们在整个环境条件区间内，会表现出极大的电容量变化。当电容公司开发产品时，他们会通过选择材料的特性，使电容能够在规定的温度区间（第一个和第二个字母），工作在确定的变化范围内（第三个字母；表1）。我正在使用的是X7R电容，它在-55°C到 125°C之间的变化不超过±15%.所以，要么我是用了一批劣质电容，要么我的电路其它部分有问题。不是所有的X7R电容都一样既然我的RC电路时间常数问题无法用特定温度变量来解释，就必须深入研究。看着我那支电容的容量与施加电压的数据，我惊奇的发现，电容随着设置条件的变化量是如此之大。我选择的是一只工作在12V偏压下的16V电容。数据表显示，我的4.7-μF电容在这些条件下通常是提供1.5μF的容量。现在，就完全能解释RC电路的问题了。数据表显示，如果我把电容封装尺寸从0805增加到1206,在规定条件下的典型电容量将是3.4μF.这表明有进一步研究的必要。我发现村田制作所和TDK公司在网站上提供了很好的工具，能够绘出不同的环境条件下的电容量变化。我对不同尺寸和额定电压的4.7μF电容做了一番研究。图1数据是取自村田的工具，针对几种不同的4.7μF瓷片电容。我同时观察了X5R和X7R两种型号，封装尺寸从0603到1812,额定电压从6.3到25V dc.首先我注意到，随着封装尺寸的增加，随所施加直流电压的电容量变化下降，并且幅度很大。

图一 本图描绘了所选4.7-μF电容上直流电压与温度变化量的关系，如图所示，随着封装尺寸的增加，电容量随施加电压的而大幅度下降。

CAPACITANCE（μF） 电容量 （μF） DC VOLTAGE （V）直流电压 （V）。

第二个有趣的点是，对于某个给定的封装尺寸和瓷片电容类型，电容的额定电压似乎一般没有影响。于是我估计，如将一只额定25V的电容用于12V电压，则其电容变化量要小于同样条件下的额定16V电容。看看1206封装X5R的曲线，显然额定6.3V元件的性能确实优于有较高额定电压的同类品种。如果我们检验更大范围的电容，就会发现这种情况很常见。对于我研究的那些电容样本集，并没有展示出普通瓷片电容应有的表现。观察到的第三个问题是：对于同样的封装，X7R电容的温度敏感度要高于X5R电容。我不知道这是否普遍适用，但是在我的实验里似乎是这样。从图中可以看出，表2显示了X7R电容在12V偏压货款，电容量的减少量。注意，随着电容封装尺寸逐步增加到1210,电容量有着稳步的增长，但是超过这个尺寸就没有多大改变了。

　　选择正确的电容