对陶瓷电容器施加直流电压时静电容量为何会发生变化？2023/11/8 14:44:24

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　　陶瓷电容(Ceramic Capacitor)分为多层陶瓷电容(Multilayer ceramic capacitor，MLCC)和圆片电容(单层陶瓷电容)。多层陶瓷电容分为贴片电容和独石电容(也叫直插电容)。电容器厂家https://www.ckkbdq.com/库克库伯电气(上海)有限公司是电力电容器厂家,30余年专注无功补偿、谐波治理以及电力电容器的生产研发.主要产品有电力电容器,并联电容器,滤波电容器,智能电容器等无功补偿产品和谐波治理产品！联系电话：18702183613

　　MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷电容介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层(外电极)，从而形成一个类似独石的结构体。下图给出陶瓷电容的结构示意图1。

　　陶瓷电容的介质主要是按照容量温度系数(Temperature Coefficient of Capacitance, TCC3)来分类的4。

　　分类主要成分陶瓷材料陶瓷特性温度特性容量范围Ⅰ类瓷介钛锆硒酸盐温度补偿用电容量精度高BC，CG，CH，NP00.2pF - 0.5uFⅡ类瓷介钛酸钡高介电系列容量大BX，2R1，2X1，2C1,2C2，X7R，X5R

　　100pF - 100uF

　　Ⅰ类陶瓷电容器 (Class Ⅰ ceramic capacitor)，介质采用非铁电（顺电）配方，以TiO2为主要成分（介电常数小于150），因此具有最稳定的性能；或者通过添加少量其他（铁电体）氧化物，如CaTiO3 或SrTiO3，构成“扩展型”温度补偿陶瓷，则可表现出近似线性的温度系数，介电常数增加至500。这两种介质损耗小、绝缘电阻高、温度特性好。特别适用于振荡器、谐振回路、高频电路中的耦合电容，以及其他要求损耗小和电容量稳定的电路，或用于温度补偿。

　　下表给出Ⅰ类磁介的代码和温度系数。

　　注意：CG=C0G=NP0。因为标称温度系数为0，因此CG又称C0G4

　　下面我们根据上图为例来计算每一种材质的温度系数。

　　以C0G为例进行说明

　　C 表示电容温度系数的有效数字为 0 ppm/℃

　　0 表示有效数字的倍乘因数为 -1（即10的0次方）

　　G 表示随温度变化的容差为 ±30ppm

　　因此，C0G最终的TCC为：0×（-1）ppm/℃±30ppm/℃。相应的，其他Ⅰ类陶瓷的温度系数，例如U2J电容，计算下来则为：-750 ppm/℃±120 ppm/℃。

　　Ⅱ类陶瓷电容器 (Class Ⅱ ceramic capacitor)，指用铁电陶瓷作介质的电容器，因此也称铁电陶瓷电容器。这类电容器的比电容大，电容量随温度呈非线性变化，损耗较大，常在电子设备中用于旁路、耦合或用于其它对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中。其中Ⅱ类陶瓷电容器又分为稳定级和可用级。X5R、X7R属于Ⅱ类陶瓷的稳定级，而Y5V和Z5U属于可用级。

　　下表给出Ⅱ类磁介的代码和温度系数。

　　下图给出Ⅱ类磁介随温度变化容量变化曲线。

　　注意：X7R等同于2R1， X5R等同于2R2， Y5V等同于2F4。4

　　注意：Ⅱ类磁介有直流偏压特性，而Ⅰ类磁介没有。?陶瓷电容器施加直流电压时静电容量为何会发生变化？5

　　其实上面的一些内容已经介绍了它们的特点，这里可以作为一个小结。

　　特性Ⅰ类磁介Ⅱ类磁介温度系数好有无直流偏置特性无有相同耐压相同封装下的容值小大价格贵便宜

　　参考资料：

　　2?参考于风华邦科的指导手册；

　　"[2]" 参考于杭州灵通电子的指导手册；

　　TCC，单位为ppm/℃。ppm (parts per million) 是比率的表示，表示“百万分之…” 。美国电子工业协会（EIA）标准采用“字母+数字+字母” 这种代码形式来表示Ⅰ类陶瓷温度系数。

　　MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷电容介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层(...2?参考于风华邦科的指导手册；

　　MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷电容介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层(...

　　TCC，单位为ppm/℃。ppm (parts per million) 是比率的表示，表示“百万分之…” 。美国电子工业协会（...

　　block not found[^5] 参考于杭州灵通电子的指导手册；

　　对于在陶瓷电容器中又被分类为高诱电率系列的电容器(B/X5R、R/X7R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，对高诱电率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"。

　　DC(直流)偏压特性

　　根据产品其容量变化率有所不同。

　　根据上述内容，在使用高诱电率系列电容器时，应充分考虑其特性，仔细确认在实际使用条件及实际设备上能否使用。此外，对于DC偏压特性，不仅仅限于本公司的产品，在所有高诱电率系列电容器中都有此现象。

　　陶瓷电容器中的高诱电率系列电容器，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。

　　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（Ｃ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）。

　　与单位体积内的自发极化的相转变相同的是电容率，可视为静电容量进行观测。

　　当没有外加直流电压时，自发极化为随机取向状态，但当从外部施加直流电压时，由于电介质中的自发极化受到电场方向的束缚，因此不易发生自发极化时的自由相转变。其结果导致，得到的静电容量较施加偏压前低。

　　这就是当施加了直流电压后，静电容量降低的原理。

　　此外，对于温度补偿用电容器 (CH、C0G特性等) ，以常诱电性陶瓷作为主要原料，静电容量不因直流电压特性而发生变化。

　　https://www.murata.com/zh-cn/support/faqs/capacitor/ceramiccapacitor/char/0012%C2%A0 - 村田制作所

　　2022-08-22 19:44:42

　　上述资料为本人通过思源笔记创作，并将其导出，可能在格式上兼容的问题。