Kapasitans değeri uygulanan voltaj ile neden değişir?

Google'da birçok forumda ve makalede arama yaptım ve hiçbir şey bulamadım. Hatta öğretilerimi sordular ve bilmiyorlardı. Biri piezo etkisi hakkında bir şey söyledi ama bundan emin değildi. İşte bir satıcı tarafından seramik kapasitörde uygulanan voltajın üzerinde kapasitans değerinin değiştirilmesi:

Soru basit: Neden kapasitörler, kutupları arasındaki voltaj farkının değişmesiyle kapasitans yapıyor?

Bu hızlı makaleVishay'ın , seramik kapasitörün gerçek dielektrik sabitinin, uygulanan elektrik alan kuvveti varyasyonları (okuma: voltaj) altında önemli ölçüde değişmesinden kaynaklandığını göstermektedir.

Adil olmak gerekirse, bu özel not muhtemelen insanları Vishay'ın tantal parçalarını satın almaya yöneltmeyi amaçlamaktadır, ancak konu üzerinde aynı fiziksel fenomenlere yol açmış gibi görünen başka makaleler de vardır - dielektrik sabiti iyidir, uygulanan DC gerilimi.

Daha fazla düzenleme: Dekuplaj amaçları için kullanılan seramik kapasitörlerin çoğu doğal olarak kararlılığa göre hacimsel verime odaklanır - bunlar genellikle Y5V, X5R, X7R, vb. İle derecelendirilir. Bunlar Tip II dielektrikler olarak bilinir ve genellikle baryum titanat ile inşa edilir. dielektrik malzeme.

Baryum titanat dielektrik ve voltaj etkilerini ararken, bir malzeme bilimi dersinden aşağıdaki tidbit'i buldum:

(Kaynak: http://www.eng.buffalo.edu/Classes/mae538/MAE4389.ppt )

Bu dielektrikler için kapasitans ve sıcaklığa karşı iyi bilinen bir davranıştır ve bunun bilimsel olarak şu şekilde açıklanabileceğine inanıyorum:

Curie sıcaklığının üstünde, kristal yapıdaki bir değişiklik nedeniyle spontan polarizasyon kaybolur ve baryum titanat paraelektrik durumundadır.

Ve bunun voltajın neden etkisi olduğunu açıklayabileceğine inanıyorum:

Tane boyutuna bağımlılık, akma mukavemeti dielektrik sabitine benzer bir mikroyapıya duyarlı özellik olduğunu göstermektedir.

Genel olarak iyi bir kural, beklenen çalışma voltajının en az iki katı olan kapasitörlerin kullanılmasıdır. Ömrü boyunca çok büyük dalgalanma akımları görebilen güç kaynağı devrelerinde anahtarlamada kullanılan seramik kondansatörlere çok dikkat ediyorum. Her zaman için üreticinin veri sayfasını kontrol - Birçok dönüştürücü 47uF çıkış kondansatör gerçekten uygulanan voltajla böylece 20uF düştü ya varsayılır çünkü gerçekleştirilen gitti dengesiz veya sahiptir DC önyargı eğri veya benzeri.

Son düzenleme - öğretmeninizin bahsettiği piezoelektrik etki , fiziksel stres / gerinim / titreşimlerin gerçekte bir gerilimi indükleyeceği seramik kapasitörlerin benzersiz bir özelliğidir. Bu, dielektrikin (baryum titanat) kafes yapısını gerçekten deforme eden fiziksel strese bağlıdır. Seramik kondansatöre kalemle dokunmak ve çıktısını bir kapsam probu ile izlemek gürültüyü göstermelidir:

Gönderen bu sayfada daha fazlasını isterseniz, size ferroelektrik seramik davranışa içine bakmak gerekecek aşağıda- ben alıntı ettik mekanizması, bir açıklamasıdır. Bunun elektrolitik ve film kapasitörleri ile ilgili bir sorun olmadığını unutmayın.

BaTiO3 tipi seramikler Curie noktasının üzerine ısıtıldığında, kristal yapı tetragonalden kübik faza geçişten geçer. Bu geçişle birlikte, alanlardaki kendiliğinden kutuplaşma ortadan kalkar. Curie noktasının altında soğutulduğunda, geçiş kübikten tetragonal'e tersine döner ve tahıllar aynı zamanda çevrenin bozulmasından stres alır. Bu noktada, tahıllarda birkaç küçük alan üretilir ve her bir alanın kendiliğinden polarizasyonu, düşük bir elektrik alanıyla kolayca tersine çevrilebilir. Bağıl dielektrik sabiti birim hacim başına spontan polarizasyonun tersine karşılık geldiğinden, daha yüksek kapasitans olarak ölçülür.

Kapasitans ve DC gerilim karakteristikleri. DC Önyargı Karakteristiği Zorluk kendiliğinden kutuplaşma değil, tersine çevirmede yatar. Spontan polarizasyon voltaj gerilimi olmadan (DC önyargısı olmadan) tersine çevrildiğinde, MLCC'ler yüksek bir kapasitans elde eder. Bununla birlikte, spontan polarizasyon işlemine harici bir önyargı uygulanırsa, spontan polarizasyonun serbest geri çevrilmesi çok daha zordur. Sonuç olarak, kazanılan kapasitans, önyargı uygulanmadan önceki kapasitansa kıyasla daha düşüktür. Bu nedenle DC bias uygulandığında kapasitans azalır - dolayısıyla DC bias karakteristiği terimi.

Pratik bir bakış açısından, grafikten en küçük ve en düşük voltaj dereceli parçayı kullanmanın en kötü performansa yol açtığını görebilirsiniz. Ayrıca, hem yüksek hem de düşük sıcaklıklar için genellikle düşük olan kapasitansta değişiklikler vardır. Ve yaşlanma etkileri - tekrar aşağı.

Artan voltajla kapasitansın azaltılmasının tüm kapasitörlerin bir özelliği olmadığını belirtmek muhtemelen önemlidir. Sadece X5R ve X7R tiplerinde kullanılan baryum titanat gibi ferroelektrik dielektrikler için geçerlidir. Bunlar kapasitans için küçük boyutlarından dolayı en yaygın yüzeye monte kapasitörlerdir.

Diğer yaygın dielektrikler bu etkiden muzdarip değildir. Polyester film, polipropilen film, mika ve NP0 tipleri uygulanan gerilime bakılmaksızın neredeyse sabit kapasitansa sahiptir. Ayrıca, polarize elektrolitik tipler de voltajla değişmez.

Aslında, diğer dielektriklerin küçük bir voltaj katsayısı vardır. Ancak o kadar küçük ki, kapasitörün bozulma voltajının düşük bir kısmında çalışıyorsanız, hassas gerçek dünya uygulamalarında bile önemli bir etkisi yoktur.