村田陶瓷高誘電率系列電容容量、電壓和溫度變化問題

2021-02-25 村田中文技術社區

電容容量是我們在選擇電容器時的主要考慮參數之一,我們說一個電容的容量通常意義上可以指這個電容在正常工作溫度和電壓情況下的電容值,如果不考慮一個電容精度的問題,我們可以把這個電容值看是一個絕對值。但是,在實際使用中,卻需要考慮電容的容量隨工作溫度和電壓是有發生變化的。

對於施加直流電壓,其靜電容量有時會不同於標稱值的電容我們稱之為高誘電率電容。在村田電容中以B/X5R、R/X7R系列的電容,都屬於高誘電率系列的電容器。

村田高誘電率系列電容容量隨電壓變化曲線圖:

如圖所示,對高誘電率系列電容器施加的直流電壓越大,其實際靜電容量越低。

*下圖是橫軸表示施加在電容器的直流電壓(V),縱軸表示的是相對於初始值的靜電容量的變化情況。根據所施加的電壓,其靜電容量發生變化的特性稱為"DC(直流)偏壓特性"。

可以用村田公司的SimSurfing軟體工具來具體測量電壓和容量的變化關係,使用方法如下圖:

另外需要說明的是,對於DC偏壓特性,不僅僅限於村田公司的產品,在所有高誘電率系列電容器中都有此現象。

陶瓷電容器中的高誘電率系列電容器,現在主要使用以BaTiO3 (鈦酸鋇) 作為主要成分的電介質。

BaTiO3具有如下圖所示的鈣鈦礦 (perovskite) 形的晶體結構,在居裡溫度以上時,為立方晶體 (cubic) ,Ba2+離子位於頂點,O2-離子位於表面中心,Ti4+離子位於立方體中心的位置。


上圖是在居裡溫度 (約125℃) 以上時的立方晶體 (cubic) 的晶體結構,在此溫度以下的常溫領域,向一個軸 (C軸) 延長,其他軸略微縮短的正方體 (tetragonal) 晶體結構。

此時,作為Ti4+離子在結晶單位的延長方向上發生了偏移的結果,產生極化,不過,這個極化即使在沒有外部電場或電壓的情況下也會產生,因此,稱為自發極化 (spontaneous polarization) 。

像這樣,具有自發極化,而且可以根據外部電場轉變自發極化的朝向的特性,被稱為強誘電型 (ferro electricity) 。

與單位體積內的自發極化的相轉變相同的是電容率,可視為靜電容量進行觀測。當沒有外加直流電壓時,自發極化為隨機取向狀態,但當從外部施加直流電壓時,由於電介質中的自發極化受到電場方向的束縛,因此不易發生自發極化時的自由相轉變。其結果導致,得到的靜電容量較施加偏壓前低。這就是當施加了直流電壓後,靜電容量降低的原理。

此外,對於溫度補償用電容器 (CH、C0G特性等) ,以常誘電性陶瓷作為主要原料,靜電容量不因直流電壓特性而發生變化。

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