Electronics ABC

电容器篇 Vol.3 [陶瓷电容器②]

积层陶瓷电容器的主要特性

要正确使用电容器,就需要了解电容器的特性。在这里我们就来简要介绍一下积层陶瓷电容器的主要特性。

●额定电压
可施加给电容器的电压存在上限。能够稳定地施加给电容器的、可使用的最大电压称为额定电压。额定电压一般以直流电压表示,也有使用交流电压的产品。
●漏电流/绝缘电阻/绝缘击穿
虽说电容器截断了直流电,但也会出现微小的漏电流。用流过电容器的电流除以施加在电容器上的电压所得的值称为绝缘电阻值。积层陶瓷电容器的绝缘电阻值高,在一般用途中,漏电流不会成为问题。但如果超过额定电压,再进一步提高所施加的电压,最终电容器就会发生绝缘击穿。
●tanδ・Q
理想状况下,电路上不存在电容器内部的能量消耗,但实际上,电容器的介电损耗、电极、导线、电极的电阻成分(ESR:等效串联电阻)都会引发能量损耗。这以流过电容器的电流的相移进行表示。施加于电容器的电压与电流的相位差在理想状况下为90℃,但是因上述损耗会滞后于90℃。以三角函数tan(正数)表示该滞后的角度(损耗角)δ,称为tanδ或介质损耗角正切。tanδ的倒数叫做Q(质量系数),用作表示高频领域电容器性能的指标。
●静电容量的温度特性
多用于电子设备的积层陶瓷电容器根据电介质的种类大致分为低电容率类(种类1)与高电容率类(种类2),并根据温度特性进一步细分。温度特性由JIS(日本工业标准)与EIA(美国电子工业协会)标准规定。
●直流偏压特性(直流电压特性)
陶瓷电容器的静电容量还会因所施加的电压而发生变化,在直流电压下被称为直流偏压特性。静电容量的变化在低电容率类(种类1)中几乎看不到,但在高电容率类(种类2)的B特性、特别是F特性的陶瓷电容器中表现明显。这是因为高电容率类使用自发极化的强电介质(BaTiO3等)。
陶瓷是由众多晶粒(grain)构成的多晶体。在强电介质中,晶畴(domain)的自发极化是朝着向不同的方向,相互抵消,整体不表现出自发极化。但是,如果所施加的直流电场的强度增高,则最初自发极化的朝向会定向为电场的朝向,电容率增大。如果进一步提高电场,则会终止定向,达到饱和状态,电容率降低。因此,在施加直流偏压的情况下,需要考虑到电介质的特性、使用电压与耐圧从而进行选择。此外,存在这样的趋势,即越是小型尺寸的电容器,因直流偏压所引发的静电容量的减少越大。
●阻抗-频率特性
电容器具有频率交流越高越易通过的性质。理想的电容器随着频率增高,阻抗会无限接近于零,但是在现实的电容器中,阻抗会以某个频率为临界升高。因此,阻抗-频率特性呈V字型(或U字型)曲线。这是因为电容器所具有的ESL (等效串联电感)与电容器之间形成了LC 谐振电路。与V字曲线的底部相对应的频率叫做自谐振频率(SRF),在该频率以下都作为电容器发挥作用,在此以上的频率范围内则作为电感器发挥作用。另外,Q 值在自谐振频率上为零。因此,为了使电容器在自谐振频率以下发挥作用,则必需要进行选择。

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