電壓特性

電容器的實際靜電容量值隨著直流(DC)與交流(AC)電壓而變化的現象叫做電壓特性。
該(gai)變(bian)化(hua)幅(fu)度(du)越(yue)小(xiao)
，說(shuo)明(ming)電(dian)壓(ya)特(te)性(xing)越(yue)好(hao)，幅(fu)度(du)越(yue)大(da)，說(shuo)明(ming)電(dian)壓(ya)特(te)性(xing)越(yue)差(cha)。以(yi)消(xiao)除(chu)電(dian)源(yuan)線(xian)紋(wen)波(bo)等(deng)為(wei)目(mu)的(de)在(zai)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)器(qi)時(shi)，必(bi)須(xu)設(she)想(xiang)使(shi)用(yong)電(dian)壓(ya)條(tiao)件(jian)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)。

直流偏置特性

直流偏置特性是指

，對電容器施加直流電壓時實際靜電容量發生變化(減少)的現象。這種現象是使用了鈦酸鋇係鐵電 體的高介電常數類片狀多層陶瓷電容器特有的現象，導電性高分子的鋁電解電容器(高分子AI)和導電性高分子鉭電解電容器(高分子Ta)、薄膜電容器 (Film)、氧化鈦和使用了鋯酸鈣係順電體的溫度補償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC<C0G>)上幾乎不會發生這種現象(參照圖1)。

下麵舉例說明實際上是如何發生的。假設額定電壓為6.3V，靜電容量為100uF的高介電常數片狀多層陶瓷電容器上施加了1.8V的直流電壓。此時
，溫度 特性為X5R的產品，靜電容量減少約10%，實際靜電容量值變成90uF。而Y5V的產品，靜電容量減少約40%，實際靜電容量變成60uF。

向鈦酸鋇係鐵電體施加直流電壓時，電場小時，電位移(D)與電場(E)成正比，但隨著電場增大，原本方向混亂的自發極化(Ps)開始沿電場的方向整齊排 列lie

，顯xian示shi非fei常chang大da的de介jie電dian常chang數shu
，實shi際ji靜jing電dian容rong量liang值zhi增zeng大da。隨sui電dian場chang進jin一yi步bu增zeng強qiang，不bu久jiu自zi發fa極ji化hua整zheng齊qi排pai列lie完wan畢bi，分fen極ji飽bao和he後hou，介jie電dian常chang數shu變bian小xiao，實shi際ji靜jing電dian容rong量liang值zhi變bian小xiao(參照圖 2)。

因此，在選擇多層陶瓷電容器時，請不要完全按照產品目錄上記載的靜電容量進行選擇。必須先向適用的電源(信號)線施加直流電壓成 分(fen)，測(ce)定(ding)靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)，掌(zhang)握(wo)實(shi)際(ji)靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)值(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)。但(dan)是(shi)，這(zhe)種(zhong)直(zhi)流(liu)偏(pian)置(zhi)特(te)性(xing)施(shi)加(jia)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)成(cheng)分(fen)越(yue)低(di)，靜(jing)電(dian)容(rong)量(liang)減(jian)少(shao)幅(fu)度(du)越(yue)小(xiao)。最(zui)近(jin)市(shi)麵(mian)上(shang)出(chu)現(xian)了(le)以(yi)突(tu)破(po)1V的電源 電壓(直流電壓)工作的FPGA和ASIC等半導體芯片。如把多層陶瓷電容器使用在這種芯片的電源線上時
，不會出現很明顯的直流偏置特性問題。

交流電壓特性

交流電壓特性是指，對電容器施加交流電壓時實際靜電容量發生變化(增減)的現象。這一現象與直流偏置現象相同
， 是使用鈦酸鋇係鐵電體的高介電常數類片狀多層陶瓷電容器特有的現象，導電性高分子的鋁電解電容器(高分子AI)和導電性高分子鉭電解電容器(高分子 Ta)、薄膜電容器(Film)

、氧化鈦和使用鋯酸鈣係的順電體的溫度補償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC<C0G>)上幾乎不會發生這種現 象(參照圖3)。

假設對額定電壓為6.3V，靜電容量為22uF的高介電常數片狀多層陶瓷電容器施加0.2Vrms的交流電壓(頻 率：120Hz)。此時，溫度特性為X5R產品的情況，靜電容量減少約10%
，實際靜電容量值變成20uF。而Y5V產品更甚
，靜電容量減少約70%，實 際靜電容量變成18uF。

如上所述
，鐵電體陶瓷的結晶粒(Grain)有分域(Domain)，各個自發極化(Ps)的方向是隨機的，整體上相當於無極化的狀態。在此之上施加電場 (E)時(shi)，電(dian)場(chang)方(fang)向(xiang)上(shang)產(chan)生(sheng)極(ji)化(hua)，達(da)到(dao)飽(bao)和(he)值(zhi)。在(zai)這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)即(ji)使(shi)去(qu)除(chu)電(dian)場(chang)，極(ji)化(hua)方(fang)向(xiang)也(ye)不(bu)會(hui)回(hui)到(dao)原(yuan)來(lai)無(wu)序(xu)隨(sui)機(ji)的(de)狀(zhuang)態(tai)
，多(duo)少(shao)會(hui)停(ting)留(liu)在(zai)極(ji)化(hua)時(shi)的(de)狀(zhuang)態(tai)上(shang)，形(xing)成(cheng)殘(can)留(liu)極(ji) 化(hua)
，在(zai)外(wai)部(bu)顯(xian)現(xian)。為(wei)了(le)讓(rang)這(zhe)種(zhong)殘(can)留(liu)極(ji)化(hua)歸(gui)零(ling)，需(xu)要(yao)反(fan)方(fang)向(xiang)的(de)電(dian)場(chang)。逆(ni)電(dian)場(chang)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)強(qiang)時(shi)會(hui)發(fa)生(sheng)極(ji)化(hua)反(fan)轉(zhuan)，向(xiang)相(xiang)反(fan)方(fang)向(xiang)進(jin)行(xing)極(ji)化(hua)。類(lei)似(si)這(zhe)樣(yang)的(de)因(yin)外(wai)部(bu)電(dian)場(chang)而(er)引(yin)起(qi)的(de)鐵(tie)電(dian) 體的極化動作如圖4的D-E曆史曲線(磁滯曲線)。

在交流高電壓下
，流經電容器的電流在鐵電體的情況下會產生較大的波形失真，因此不能直接適用於線性材料的定義(*1)。但是，從實際靜電容量值求得的相對介電常數(εr)也可以說成是磁滯曲線的平均傾斜度(圖4虛線)。