Чому величина ємності змінюється при застосованій напрузі?

Я шукав багато форумів і статей про Google, і нічого не придумав. Навіть запитували моїх учень, і вони не знали. Один сказав щось про п’єзо ефект, але вона не була впевнена в цьому. Отже ось графік від виробника, зміна значення ємності над прикладеною напругою на керамічному конденсаторі:

Питання просте: Чому ємність конденсаторів із зміною різниці напруги між його полюсами?

Цей швидкий документ від Вішая припускає, що це пов'язано з фактичною діелектричною постійною керамічного конденсатора, що значно змінюється при застосованих коливаннях напруженості електричного поля (читай: напруга).

Якщо чесно, ця особлива записка, ймовірно, призначена для того, щоб змусити людей купувати танталові частини Вішая, але на цю тему також є інші документи, які, здається, призводять до тих же фізичних явищ - діелектрична константа добре, а не константа при застосовується напруга постійного струму.

Далі редагуйте: Більшість керамічних конденсаторів, які використовуються для роз'єднання, природним чином зосереджуються на об'ємній ефективності над стабільністю - вони зазвичай оцінюються Y5V, X5R, X7R тощо. Це те, що відомо як діелектрики типу II, і, як правило, побудовано з титанатом барію як діелектричний матеріал.

Шукаючи діелектричні та напругові ефекти титану барію порівняно з напругою, я знайшов наступний шматочок з курсу матеріалознавства:

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

Це добре відома поведінка ємності та температури для цих діелектриків, і я вважаю, що це можна пояснити науково за допомогою:

Вище температури Кюрі спонтанна поляризація втрачається через зміну кристалічної структури, а титанат барію знаходиться в параелектричному стані.

І я вважаю, що це може пояснити, чому напруга має такий ефект, який вона робить:

Залежність від розміру зерна показує, що аналогічна діелектрична константа міцності на плинність є властивістю мікроструктури.

Хорошим правилом в цілому є використання конденсаторів, які мають значення принаймні вдвічі більше очікуваної робочої напруги. Я б приділив дуже пильну увагу керамічним конденсаторам, які використовуються для перемикання ланцюгів живлення, які можуть бачити дуже великі пульсаційні струми протягом свого життя. Багато перетворювачів вийшли з нестабільності або не виконуються, тому що припущений вихідний конденсатор 47uF дійсно впав до 20uF або близько того при застосованій напрузі - завжди перевіряйте таблицю даних виробника на криву зміщення постійного струму або подібне.

Остання редакція - п'єзоелектричний ефект, на який посилався ваш вчитель, є дещо унікальною характеристикою керамічних конденсаторів, де фізичне напруження / деформація / вібрація фактично викликають напругу. Це пов’язано з фізичним напруженням, яке фактично деформує решітчасту структуру діелектрика (титанат барію). Торкання керамічного конденсатора олівцем і моніторинг його виходу за допомогою датчика діапазону повинно показувати шум:

На цій сторінці - опис механізму, який я цитував нижче - якщо ви хочете більше, вам доведеться вивчити фероелектричну керамічну поведінку. Зауважте, що насправді це не проблема з електролітичними та плівковими конденсаторами.

Коли кераміка типу BaTiO3 нагрівається над точкою Кюрі, кристалічна структура проходить через перехід від тетрагональної до кубічної фази. Поряд із цим переходом спонтанна поляризація в областях зникає. Охолоджуючись нижче точки Кюрі, перехід обертається від кубічного до чотирикутного, і зерна одночасно отримують напругу від спотворення оточення. У цей момент утворюється кілька невеликих доменів в зернах, і спонтанна поляризація кожного домену може бути легко повернена за допомогою низького електричного поля. Оскільки відносна діелектрична константа відповідає реверсу спонтанної поляризації на одиницю об'єму, вона вимірюється як більша ємність.

Характеристики ємності та напруги постійного струму. Зміщення постійного струму Характерно Проблема полягає не в спонтанній поляризації, а в її реверсуванні. Коли спонтанна поляризація не змінюється під напругою напруги (без зміщення постійного струму), MLCC досягають високої ємності. Однак якщо до процесу спонтанної поляризації застосовано зовнішнє зміщення, вільне обертання спонтанної поляризації значно складніше. Як результат, отримана ємність є нижчою порівняно з ємністю до застосування зміщення. Ось чому ємність зменшується при застосуванні зміщення постійного струму, отже, термін характеристика зміщення постійного струму.

З практичної точки зору на графіку видно, що використання найменшої та найнижчої напруженої частини призводить до найгірших показників. Також спостерігаються зміни ємності з температурою - як правило, як для підвищених, так і для низьких температур. І ефекти старіння - знову вниз.

Напевно, важливо згадати, що зменшення ємності зі збільшенням напруги не є властивістю всіх конденсаторів. Це дійсно стосується лише сегнетоелектричних діелектриків, таких як титанат барію, який використовується у типах X5R та X7R. Це найпоширеніші конденсатори для поверхневого монтажу, через їх малі розміри для ємності.

Інші поширені діелектрики не страждають від цього ефекту. Плівки з поліестеру, поліпропіленової плівки, слюди та NP0 мають майже постійну ємність незалежно від прикладеної напруги. Також поляризовані електролітичні типи також не змінюються з напругою.

Насправді інші діелектрики мають невеликий коефіцієнт напруги. Однак він настільки малий, що не має важливого впливу навіть на чутливих реальних додатках, якщо ви працюєте на низькій частці напруги пробою конденсатора.