对陶瓷电容器施加直流电压时,容值为啥变小

时间:2023-03-31作者:佚名

电容器的温度特性是以作为电介质材料的陶瓷种类为准。主要使用的陶瓷种类为类型1(低介电常数)以及类型2(高介电常数)。

类型1的陶瓷是以二氧化钛(TiO2)为基材的非强介电性陶瓷,其中多数含有添加物钛酸锶(SrTiO3)以及钛酸钙(CaTiO3)。类型1的陶瓷为中介电性(非强介电性),因此温度稳定性十分优秀。此外,DC偏压下静电容量不会发生变化,同时静电容量也不会因老化发生变化。
类型2的陶瓷为强介电性,通常以钛酸钡(BaTiO3)为基材。相比类型1的陶瓷,其拥有极高的介电常数。但介电常数会因温度、偏置电压、老化而发生大幅变动。陶瓷的晶格结构会随温度发生相变,因此介电常数会随温度发生大幅变化。此外,静电容量也会因施加直流电压(DC偏压)或老化而降低。

类型2,其高介电常数系列的电容器(B/X5R特性或E/Z5U、R/X7R、F/Y5V特性),由于施加直流电压,其静电容量有时会不同于标称值,因此应特别注意。

例如,如下图所示,对高介电常数系列电容器施加的直流电压越大,其实际静电容量越低。下图是横轴表示施加在电容器的直流电压(V),纵轴表示的是相对于初始值的静电容量的变化情况。如图所示,根据所施加的电压,其静电容量发生变化的特性称为"DC(直流)偏压特性"。

对陶瓷电容器施加直流电压时,容值为啥变小

根据上述内容,在使用高介电常数系列电容器时,应充分考虑其实际工作状态下,施加在电容两端的直流电压。

此外,对于DC偏压特性,是普遍现象,在所有高介电常数系列电容器中都有此现象。可以通过软件来确认偏压特性、温度特性以及频率特性。例如村田提供SimSurfing。各个厂家都会提供相应的表格或者工具。

关于DC偏压特性的原理

陶瓷电容器中的高介电常数系列电容器,现在主要使用以BaTiO3 (钛酸钡) 作为主要成分的电介质。

BaTiO3具有如下图所示的钙钛矿(perovskite)形的晶体结构,在居里温度以上时,为立方晶体(cubic),Ba2 离子位于顶点,O2-离子位于表面中心,Ti4 离子位于立方体中心的位置。

对陶瓷电容器施加直流电压时,容值为啥变小

上图是在居里温度(约125℃)以上时的立方晶体(cubic)的晶体结构,在此温度以下的常温领域,向一个轴延长,其他轴略微缩短的正方体(tetragonal)晶体结构。

此时,作为Ti4 离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的结果,产生极化,不过,这个极化即使在没有外部电场或电压的情况下也会产生,因此,称为自发极化(spontaneous polarization)。像这样,具有自发极化,而且可以根据外部电场转变自发极化的朝向的特性,被称为强诱电型(ferro electricity)。

对陶瓷电容器施加直流电压时,容值为啥变小

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