現代小尺寸陶瓷電容器的現實情況很好地提醒您務必閱讀數據手冊。本教程解釋了陶瓷電容器類型名稱（如 X7R 和 Y5V）如何與電壓系數無關。工程師必須檢查數據，才能真正知道特定電容器在電壓下的性能。

簡介：我很驚訝

幾年前，在從事這些工作超過25年之后，我學到了一些關于陶瓷電容器的新知識。我正在研究一個LED燈泡驅動器，我的項目中RC電路的時間常數似乎根本不對。

我立即假設電路板上安裝了不正確的元件值，因此我測量了構成分壓器的兩個電阻。他們很好。我從電路板上拆下電容器并對其進行了測量。它也很好。為了確定，我買了新的電阻器和電容器，然后測量并安裝了它們。我啟動了電路，檢查基本操作是否正確，然后去看看我的RC時間常數問題是否得到解決。其實不然。

我正在自然環境中測試電路：在外殼中，外殼本身位于一個外殼中，以模仿天花板照明的“罐頭”。在某些情況下，組件溫度遠遠超過+100°C。 即使在我重新測試RC行為的短時間內，事情也可能變得非常熱。當然，我的下一個結論是電容器的溫度變化是問題所在。

我對這個結論持懷疑態度，因為我使用的是X7R電容器，正如我多年來所知，在+15°C下只有±125%的變化。 為了確定并確認我的記憶，我查看了我正在使用的電容器的數據手冊。那時我的陶瓷電容器再教育開始了。

一些基本陶瓷電容器類型的背景

對于那些沒有記住這些東西的人（就像幾乎所有人一樣），表1顯示了用于陶瓷電容器類型的字母和數字以及每個類型的含義。此表描述了II類和III類陶瓷。無需深入細節，I 類電容器包括常見的 COG （NPO） 類型。這些在體積上不如我們表中的那些，但它們在環境條件下更加穩定，并且它們不表現出壓電效應。但是，下表中的那些可能具有差異很大的特征;它們會隨著施加的電壓而膨脹和收縮，有時會引起可聽見的嗡嗡聲或振鈴聲，壓電效應。

在上述許多電容器類型中，根據我的經驗，最常見的是 X5R、X7R 和 Y5V。我從不使用Y5V，因為它們在環境條件下的電容變化非常大。

電容器公司在開發產品時，會選擇具有特性的材料，使電容器能夠在指定的溫度范圍內（第 3 個字符和第 1 個字符）在指定的變化（第 2 個字符）內運行。我使用的X7R電容器在?15°C至+55°C的溫度范圍內變化不應超過±125%。

并非所有 X7R 都是平等的

由于我的RC時間常數問題遠遠大于指定的溫度變化所解釋的問題，因此我必須更深入地挖掘。查看電容器的電容變化與施加電壓的數據，我驚訝地發現電容隨我設置的條件而變化的程度。我選擇了一個16V電容來工作在12V偏置下。數據手冊表明，在這些條件下，我的4.7μF電容通常可提供1.5μF的電容！現在這解釋了我的RC電路遇到的問題。

數據手冊顯示，如果我將電容尺寸從0805增加到1206，在這些條件下的典型電容將為3.4μF。這需要進行更多的調查。

我發現村田制作所和TDK的網站有漂亮的工具，可以繪制電容器在不同環境條件下的變化。我研究了各種尺寸和額定電壓的4.7μF電容器。圖1顯示了我從村田制作所工具中提取的幾種不同4.7μF陶瓷電容器的數據。我研究了 X5R 和 X7R 類型，封裝尺寸從 0603 到 1812，額定電壓從 6.3V?直流至 25V直流.

圖1.部分 4.7μF 電容器的電容變化與直流電壓的關系。

首先，請注意，隨著封裝尺寸的增加，電容隨施加的直流電壓而變化會減小，而且會大幅減小。

第二個有趣的一點是，在封裝尺寸和陶瓷類型中，電容器的額定電壓似乎通常沒有影響。我原本以為在相同偏置下，在25V下使用12V額定電容器比16V額定電容器的變化更小。查看 5 封裝中 X1206R 的走線，我們看到 6.3V 額定值部分確實比額定電壓更高的兄弟姐妹性能更好。如果我們查看更廣泛的電容器，我們會發現這種行為很常見。我正在考慮的一組電容器樣本不像一般的陶瓷電容器那樣表現出這種行為。

第三個觀察結果是，對于相同的封裝，X7R 始終具有比 X5R 更好的電壓靈敏度。我不知道這是否普遍適用，但在我的調查中似乎確實如此。

利用該圖的數據，表2顯示了X7R電容在12V偏置下下降的程度。

隨著我們向更大的電容器尺寸發展，我們看到穩步改進，直到達到 1210 尺寸。超過這個規模不會產生任何改善。

就我而言，我為4.7μF X7R選擇了最小的可用封裝，因為尺寸是我的項目的一個問題。在我的無知中，我假設任何X7R都與任何其他X7R一樣有效 - 顯然，事實并非如此。為了獲得適合我的應用程序的性能，我不得不使用更大尺寸的封裝。

選擇合適的電容器

我真的不想去1210包。幸運的是，我可以自由地將所涉及的電阻值增加約5倍，從而將電容降低到1.0μF。 圖2顯示了幾個16V、1.0μF X7R電容與其4.7μF、16V、X7R表親的電壓行為。

圖2.性能與 1.0μF 電容器相比為 4.7μF 的電阻。

0603 1.0μF電容的行為與0805 4.7μF器件大致相同。0805 和 1206 1.0μF 電容器的性能略好于 1210 4.7μF 尺寸。通過使用0805 1.0μF器件，我能夠保持電容尺寸不變，同時在偏置下電容僅降至標稱值的85%左右，而不是標稱值的30%左右。

但還有更多的東西需要學習。我還是一頭霧水。我的印象是所有 X7R 電容都應該具有相似的電壓系數，因為使用的電介質是相同的，即 X7R。我聯系了一位同事和陶瓷電容器專家1，他解釋說，有許多材料符合“X7R”的條件。事實上，任何允許器件達到或超過X7R溫度特性的材料，在-15°C至+ 55°C的溫度范圍內±125%，都可以稱為X7R。他還解釋說，X7R或任何其他類型的電壓系數沒有規格。

這一點非常重要，所以我將重復一遍。供應商可以將電容器稱為X7R（或X5R或任何其他類型），只要它符合溫度系數規格，無論電壓系數有多差。

作為一名應用工程師，這一事實只是強化了任何有經驗的應用工程師都知道的古老格言（雙關語）：“閱讀數據表！

由于電容器供應商制造的元件越來越小，他們不得不在使用的材料上妥協。為了在更小的尺寸中獲得所需的容積效率，他們不得不接受更差的電壓系數。當然，信譽較好的制造商會盡最大努力將這種權衡的不利影響降至最低。因此，當使用小型封裝或任何元件的陶瓷電容器時，閱讀數據手冊非常重要。遺憾的是，通常可用的數據手冊是縮寫的，并且很少包含此類信息，因此您可能需要向制造商索取更詳細的信息。

那些我斷然拒絕的Y5V呢？對于踢，讓我們檢查一個常見的Y5V電容器。我不會確定這部分的供應商，因為它并不比任何其他供應商的Y5V差。我選擇了4封裝中額定電壓為7.6V的3.0603μF電容，并查看了5V和+85°C下的規格。 在 5V 電壓下，典型電容比標稱值低 92.9%，即 0.33μF。沒錯。將這個額定電壓為 6.3V 的電容器偏置為 5 伏，將導致電容比標稱值小 14 倍。在+85°C和0V偏置時，電容降低了68.14%，從4.7μF降至1.5μF。現在，您可能期望這會將 5V 偏置下的電容從 0.33μF 降低到 0.11μF。幸運的是，這兩種效應不會以這種方式結合在一起。在這種特殊情況下，5V偏置時的電容變化在室溫下比在+85°C時更嚴重。 需要明確的是，當該器件處于0V偏置時，電容從室溫下的4.7μF下降到+1°C時的5.85μF，而在5V偏置下，電容隨溫度從室溫下的0.33μF增加到+0°C時的39.85μF。 這應該讓您相信您確實需要仔細檢查組件規格。

結論

由于這一課，我不再只是向同事或客戶指定X7R或X5R電容器。相反，我指定了來自我已檢查其數據的特定供應商的特定部件。我還警告客戶在考慮生產中的替代供應商時檢查數據，以確保他們不會遇到這些問題。

正如您可能已經推測的那樣，這里更大的教訓是“閱讀數據手冊”，每次都沒有例外。當數據手冊中沒有包含足夠的信息時，請要求提供詳細數據。還要記住，陶瓷電容器類型名稱，如X7R、X5R和Y5V，與電壓系數無關。工程師必須檢查數據，才能真正知道特定電容器在電壓下的性能。