Почему значение емкости изменяется с приложенным напряжением?

Я искал много форумов и статей в Google и ничего не придумал. Даже спросили мои учения и они не знали. Одна сказала что-то про пьезоэффект, но она не была в этом уверена. Итак, вот график производителя, изменение значения емкости в зависимости от приложенного напряжения на керамическом конденсаторе:

Вопрос прост: почему емкость конденсатора с изменением его разности напряжений между его полярами?

Этот быстрый документ из Vishay предполагает, что это связано с тем, что фактическая диэлектрическая проницаемость керамического конденсатора значительно изменяется при изменениях напряженности приложенного электрического поля (читай: напряжение).

Справедливости ради следует отметить, что эта конкретная заметка, вероятно, предназначена для того, чтобы побудить людей покупать детали тантала Вишая, но есть и другие статьи на эту тему, которые, по-видимому, приводят к тем же физическим явлениям - диэлектрическая проницаемость хорошая, а не постоянная при приложенное постоянное напряжение.

Дальнейшее редактирование: большинство керамических конденсаторов, используемых для развязки, естественным образом фокусируются на объемной эффективности, а не на стабильности - они обычно рассчитаны на Y5V, X5R, X7R и т. Д. Это так называемые диэлектрики типа II, и, как правило, они построены из титаната бария. диэлектрический материал.

В поисках эффектов диэлектрика титаната бария в зависимости от напряжения я обнаружил следующий трюк из курса материаловедения:

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

Это хорошо известное поведение емкости и температуры для этих диэлектриков, и я полагаю, что это может быть научно объяснено с помощью:

Выше температуры Кюри спонтанная поляризация теряется из-за изменения кристаллической структуры, и титанат бария находится в параэлектрическом состоянии.

И я считаю, что это может объяснить, почему напряжение имеет такой эффект:

Зависимость размера зерна показывает, что аналог диэлектрической проницаемости по пределу текучести является чувствительным к микроструктуре свойством.

В общем, хорошее правило - использовать конденсаторы, которые рассчитаны как минимум вдвое на ожидаемое рабочее напряжение. Я бы обратил очень пристальное внимание на керамические конденсаторы, используемые в коммутационных цепях электропитания, которые могут видеть очень большие пульсирующие токи в течение срока службы. Многие преобразователи работали нестабильно или не работали, потому что предполагаемый выходной конденсатор 47 мкФ действительно падал до 20 мкФ или около того при приложенном напряжении - всегда проверяйте в таблице данных производителя кривую смещения постоянного тока или аналогичную.

Последнее редактирование - пьезоэлектрический эффект, на который ссылается ваш учитель, является несколько уникальной характеристикой керамических конденсаторов, в которых физическое напряжение / напряжение / вибрации фактически вызывают напряжение. Это связано с физическим напряжением, фактически деформирующим решеточную структуру диэлектрика (титаната бария). Если постучать по керамическому конденсатору карандашом и проконтролировать его выход с помощью зондового зонда, должен появиться шум:

На этой странице приведено описание механизма, который я привел ниже - если вы хотите больше, вам придется изучить поведение сегнетоэлектрической керамики. Обратите внимание, что на самом деле это не проблема электролитических и пленочных конденсаторов.

Когда керамика типа BaTiO3 нагревается выше точки Кюри, кристаллическая структура проходит через переход от тетрагональной к кубической фазе. Вместе с этим переходом исчезает спонтанная поляризация в доменах. При охлаждении ниже точки Кюри переход меняется с кубического на тетрагональный, и зерна одновременно получают напряжение от искажения окружения. В этот момент генерируется несколько небольших доменов в зернах, и спонтанная поляризация каждого домена может быть легко изменена с помощью слабого электрического поля. Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость соответствует обращению спонтанной поляризации на единицу объема, она измеряется как более высокая емкость.

Емкость и характеристики постоянного напряжения. Характеристика смещения постоянного тока. Проблема заключается не в спонтанной поляризации, а в ее изменении. Когда спонтанная поляризация изменяется при отсутствии напряжения напряжения (без смещения постоянного тока), MLCC достигают высокой емкости. Однако, если внешнее смещение применяется к процессу самопроизвольной поляризации, свободное обращение самопроизвольной поляризации будет намного сложнее. В результате полученная емкость ниже по сравнению с емкостью до применения смещения. Вот почему емкость уменьшается при применении смещения постоянного тока - отсюда и термин характеристика смещения постоянного тока.

С практической точки зрения из графика видно, что использование наименьшего и наименьшего номинального напряжения приводит к худшим характеристикам. Кроме того, есть изменения в емкости с температурой - обычно понижается как для повышенных, так и для низких температур. И эффект старения - снова вниз.

Вероятно, важно упомянуть, что уменьшение емкости с ростом напряжения не является свойством всех конденсаторов. Это действительно относится только к сегнетоэлектрическим диэлектрикам, таким как титанат бария, используемым в типах X5R и X7R. Это наиболее распространенные конденсаторы для поверхностного монтажа, из-за их небольшого размера для емкости.

Другие распространенные диэлектрики не страдают от этого эффекта. Полиэфирная пленка, полипропиленовая пленка, слюда и типы NP0 имеют почти постоянную емкость независимо от приложенного напряжения. Кроме того, поляризованные типы электролитов также не меняются с напряжением.

На самом деле, другие диэлектрики имеют небольшой коэффициент напряжения. Однако он настолько мал, что не оказывает существенного влияния даже на чувствительные приложения реального мира, если вы работаете с малой долей напряжения пробоя конденсатора.