1、偏壓效應(yīng):
施加直流電壓后,導(dǎo)致電容值變小的特性。
I類陶瓷(COG)的電容的偏壓效應(yīng)較弱,II類陶瓷(X7R/X5R/Y5V)的電容的偏壓效應(yīng)較強(qiáng)。而且廠家一般會給出偏壓特性曲線(C-U曲線)。在電源電路設(shè)計中,要充分考慮。
注 :I類電容指低介電常數(shù)電容(ε較小);II類電容指高介電常數(shù)電容(ε較大)
2、 偏壓效應(yīng)原因::
以下是我對偏壓效應(yīng)的理解:
由于極化分子的正負(fù)電荷中心不重合,所以在電子的隨機(jī)運(yùn)動下,極化分子的極化強(qiáng)度矢量為0,極化強(qiáng)度指的是電偶極矩的矢量和(方向:由負(fù)電荷指向正電荷,方向很重要)。
a) 當(dāng)未加直流偏壓,而僅僅加交流激勵時,材料中的電子更容易隨著外加電場的變化而變化,自由相轉(zhuǎn)更加容易,在較短時間△t內(nèi),更大,意味著電位矢量△D更大,
根據(jù)高斯定理:
意味單位時間的充放電荷量越多,那么電容C越大。
當(dāng)加了一定的直流偏壓后,材料中的電子會在外加電場的影響下,出現(xiàn)移動,此時極化強(qiáng)度不再是0,而是P0,在此基礎(chǔ)上我們再去疊加同樣強(qiáng)度的交流激勵,△P會變小,△D 也會變小,單位時間的充放電荷量變少,C變小。
就像一根松弛的皮筋,它可能的彈性的是最強(qiáng)的;一旦外部加了恒定拉力,它可能的彈性就會變低,因?yàn)樗呀?jīng)處于緊繃狀態(tài)了。
這里附加書上解釋(更加書面語):電容率與單位體積類自發(fā)極化的自由相轉(zhuǎn)成正比,。當(dāng)沒有外加電壓時,自發(fā)極化為隨機(jī)取向狀態(tài);當(dāng)外部施加電壓時,電介質(zhì)的自發(fā)極化受到外加電場的限制,不容易發(fā)生自發(fā)極化的自由相轉(zhuǎn)變,所以靜電容量變低。
3、為什么高介電常數(shù)的電容的偏壓特性更明顯呢?
對于兩種不同的電介質(zhì)的電容,在電容兩端加相等的直流電壓,此時材料內(nèi)部產(chǎn)生極化強(qiáng)度分別為P0(對應(yīng)ε小)和P0’(對應(yīng)ε大),P0< P0’.
P0 的剩余極化強(qiáng)度大,(剩余極化強(qiáng)度是一個新的概念,可以理解為加交流激勵時,△P 的變化幅度更大),電容值縮水性更小;P0’的剩余極化強(qiáng)度小,電容值縮水性更大。
4、電容的偏壓特性曲線
其實(shí),電容值隨著交流激勵幅值也是變化的。原因在于:交流信號讓介質(zhì)中的電荷來回?fù)Q向,影響介質(zhì)中的場分布,從而能夠吸附更多的電荷。但交流容量特性會飽和。
5、總結(jié)
電容的偏壓特性對電容的選擇是非常重要的,電容的偏壓特性指出:在選擇電容時,不能只看標(biāo)稱值,還考慮偏壓特性,溫度特性,精度等等對電容值產(chǎn)生影響的因素。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:電容的偏壓特性
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