1、偏壓效應:
施加直流電壓后,導致電容值變小的特性。
I類陶瓷(COG)的電容的偏壓效應較弱,II類陶瓷(X7R/X5R/Y5V)的電容的偏壓效應較強。而且廠家一般會給出偏壓特性曲線(C-U曲線)。在電源電路設計中,要充分考慮。
注 :I類電容指低介電常數電容(ε較小);II類電容指高介電常數電容(ε較大)
2、 偏壓效應原因::
以下是我對偏壓效應的理解:
由于極化分子的正負電荷中心不重合,所以在電子的隨機運動下,極化分子的極化強度矢量為0,極化強度指的是電偶極矩的矢量和(方向:由負電荷指向正電荷,方向很重要)。
a) 當未加直流偏壓,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,自由相轉更加容易,在較短時間△t內,更大,意味著電位矢量△D更大,
根據高斯定理:
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,出現移動,此時極化強度不再是0,而是P0,在此基礎上我們再去疊加同樣強度的交流激勵,△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的;一旦外部加了恒定拉力,它可能的彈性就會變低,因為它已經處于緊繃狀態了。
這里附加書上解釋(更加書面語):電容率與單位體積類自發極化的自由相轉成正比,。當沒有外加電壓時,自發極化為隨機取向狀態;當外部施加電壓時,電介質的自發極化受到外加電場的限制,不容易發生自發極化的自由相轉變,所以靜電容量變低。
3、為什么高介電常數的電容的偏壓特性更明顯呢?
對于兩種不同的電介質的電容,在電容兩端加相等的直流電壓,此時材料內部產生極化強度分別為P0(對應ε小)和P0’(對應ε大),P0< P0’.
P0 的剩余極化強度大,(剩余極化強度是一個新的概念,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’的剩余極化強度小,電容值縮水性更大。
4、電容的偏壓特性曲線
其實,電容值隨著交流激勵幅值也是變化的。原因在于:交流信號讓介質中的電荷來回換向,影響介質中的場分布,從而能夠吸附更多的電荷。但交流容量特性會飽和。
5、總結
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,不能只看標稱值,還考慮偏壓特性,溫度特性,精度等等對電容值產生影響的因素。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:電容的偏壓特性
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