【導讀】電容器的實(shí)際靜電容量值隨著(zhù)直流(DC)與交流(AC)電壓而變化的現象叫做電壓特性。該變化幅度越小，說(shuō)明電壓特性越好，幅度越大，說(shuō)明電壓特性越差。以消除電源線(xiàn)紋波等為目的在電子設備上使用電容器時(shí)，必須設想使用電壓條件進(jìn)行設計。
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(shí)實(shí)際靜電容量發(fā)生變化(減少)的現象。這種現象是使用了鈦酸鋇系鐵電體的高介電常數類(lèi)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系順電體的溫度補償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC
下面舉例說(shuō)明實(shí)際上是如何發(fā)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(shí)，溫度特性為X5R的產(chǎn)品，靜電容量減少約10%，實(shí)際靜電容量值變成90uF。而Y5V的產(chǎn)品，靜電容量減少約40%，實(shí)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)
向鈦酸鋇系鐵電體施加直流電壓時(shí)，電場(chǎng)小時(shí)，電位移(D)與電場(chǎng)(E)成正比，但隨著(zhù)電場(chǎng)增大，原本方向混亂的自發(fā)極化(Ps)開(kāi)始沿電場(chǎng)的方向整齊排列，顯示非常大的介電常數，實(shí)際靜電容量值增大。隨電場(chǎng)進(jìn)一步增強，不久自發(fā)極化整齊排列完畢，分極飽和后，介電常數變小，實(shí)際靜電容量值變小(參照圖2)。
因此，在選擇多層陶瓷電容器時(shí)，請不要完全按照產(chǎn)品目錄上記載的靜電容量進(jìn)行選擇。必須先向適用的電源(信號)線(xiàn)施加直流電壓成分，測定靜電容量，掌握實(shí)際靜電容量值的情況。但是，這種直流偏置特性施加的直流電壓成分越低，靜電容量減少幅度越小。最近市面上出現了以突破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(xiàn)上時(shí)，不會(huì )出現很明顯的直流偏置特性問(wèn)題。
圖2：向鐵電體陶瓷施加電壓時(shí)的狀態(tài)
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(shí)實(shí)際靜電容量發(fā)生變化(增減)的現象。這一現象與直流偏置現象相同，是使用鈦酸鋇系鐵電體的高介電常數類(lèi)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)、氧化鈦和使用鋯酸鈣系的順電體的溫度補償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC
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(shí)，溫度特性為X5R產(chǎn)品的情況，靜電容量減少約10%，實(shí)際靜電容量值變成20uF。而Y5V產(chǎn)品更甚，靜電容量減少約20%，實(shí)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(gè)自發(fā)極化(Ps)的方向是隨機的，整體上相當于無(wú)極化的狀態(tài)。在此之上施加電場(chǎng)(E)時(shí)，電場(chǎng)方向上產(chǎn)生極化，達到飽和值。在這種狀態(tài)下即使去除電場(chǎng)，極化方向也不會(huì )回到原來(lái)無(wú)序隨機的狀態(tài)，多少會(huì )停留在極化時(shí)的狀態(tài)上，形成殘留極化，在外部顯現。為了讓這種殘留極化歸零，需要反方向的電場(chǎng)。逆電場(chǎng)進(jìn)一步增強時(shí)會(huì )發(fā)生極化反轉，向相反方向進(jìn)行極化。類(lèi)似這樣的因外部電場(chǎng)而引起的鐵電體的極化動(dòng)作如圖4的D-E歷史曲線(xiàn)(磁滯曲線(xiàn))。
在交流高電壓下，流經(jīng)電容器的電流在鐵電體的情況下會(huì )產(chǎn)生較大的波形失真，因此不能直接適用于線(xiàn)性材料的定義(*1)。但是，從實(shí)際靜電容量值求得的相對介電常數(εr)也可以說(shuō)成是磁滯曲線(xiàn)的平均傾斜度(圖4虛線(xiàn))。
圖4：鐵電體的D-E磁滯曲線(xiàn)
1：線(xiàn)性材料???應力應變特性為線(xiàn)性，即應力σ與形變ε成正比的材料特性。
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