為什么你的4.7-μF瓷片電容變成了0.33-μF電容？

通過(guò)對(duì)X7R電容的溫度和電壓查，強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)表的重要性。

幾年以前，經(jīng)過(guò)用瓷片電容的25年多工作之后，我對(duì)它們有了新的領(lǐng)悟。那時(shí)我正在忙于做一個(gè)LED燈泡驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)時(shí)我項(xiàng)目中一個(gè)RC電路的時(shí)間常數(shù)顯然是有問(wèn)題。

我第一個(gè)假設(shè)是：電路板上某個(gè)元件值不正確，于是我測(cè)量用作一個(gè)分壓器的兩只電阻，但它們都沒(méi)有問(wèn)題。我把電容從電路板上拆下來(lái)測(cè)量，也沒(méi)有問(wèn)題。為了進(jìn)一步確認(rèn)，我測(cè)量并裝上了新電阻和新電容，給電路上電，檢查發(fā)現(xiàn)基本運(yùn)行正常，然后看更換元件是否解決了RC電路時(shí)間常數(shù)問(wèn)題。但答案是否定的。

我是在自然的環(huán)境下測(cè)試電路：在外殼內(nèi)，電路處于外殼內(nèi)，模擬了一個(gè)屋頂照明燈的“罐子”。有時(shí)元件溫度會(huì)升到100多攝氏度。雖然我重新測(cè)試RC電路的時(shí)間很短，一切仍非常燙手。

顯然，我的下一個(gè)結(jié)論是：?jiǎn)栴}在于電容的溫度變化。但是我自己都懷疑這個(gè)結(jié)論，因?yàn)槲矣玫目墒荴7R電容，根據(jù)我的記憶，這種電容最高可工作到+125°C，變化也只有±15%.我信任我的記憶力，但是為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，我重新查看了所使用電容的數(shù)據(jù)表。

背景報(bào)告

表1給出了用于不同種類(lèi)瓷片電容的字母與數(shù)字，以及它們各自的含義。表格描述了Class II和Class III兩種瓷片電容。這里不談太多細(xì)節(jié)，Class I級(jí)電容包括常見(jiàn)的COG(NPO)型;這種電容的體積效率不及表格中的兩種電容，但是它在多變環(huán)境條件下要穩(wěn)定得多，而且不會(huì)出現(xiàn)壓電效應(yīng)。相反，表格中的電容具有廣泛多變的特性，它們能夠擴(kuò)展并承受所施加的電壓，但有時(shí)會(huì)產(chǎn)生可聽(tīng)到的壓電效應(yīng)(蜂鳴聲或振鈴聲)。

在給出的多種電容類(lèi)型中，據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，最常用的是X5R、X7R，還有Y5V.我從來(lái)沒(méi)用過(guò)Y5V，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡麄€(gè)環(huán)境條件區(qū)間內(nèi)，會(huì)表現(xiàn)出極大的電容量變化。

當(dāng)電容公司開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)，他們會(huì)通過(guò)選擇材料的特性，使電容能夠在規(guī)定的溫度區(qū)間(第一個(gè)和第二個(gè)字母)，工作在確定的變化范圍內(nèi)(第三個(gè)字母;表1)。我正在使用的是X7R電容，它在-55°C到+125°C之間的變化不超過(guò)±15%.所以，要么我是用了一批劣質(zhì)電容，要么我的電路其它部分有問(wèn)題。

不是所有的X7R電容都一樣

既然我的RC電路時(shí)間常數(shù)問(wèn)題無(wú)法用特定溫度變量來(lái)解釋?zhuān)捅仨毶钊胙芯俊？粗夷侵щ娙莸娜萘颗c施加電壓的數(shù)據(jù)，我驚奇的發(fā)現(xiàn)，電容隨著設(shè)置條件的變化量是如此之大。我選擇的是一只工作在12V偏壓下的16V電容。數(shù)據(jù)表顯示，我的4.7-μF電容在這些條件下通常是提供1.5μF的容量?，F(xiàn)在，就完全能解釋RC電路的問(wèn)題了。

數(shù)據(jù)表顯示，如果我把電容封裝尺寸從0805增加到1206，在規(guī)定條件下的典型電容量將是3.4μF.這表明有進(jìn)一步研究的必要。

我發(fā)現(xiàn)村田制作所(www.murata.com)和TDK公司(www.tdk.com)在網(wǎng)站上提供了很好的工具，能夠繪出不同的環(huán)境條件下的電容量變化。我對(duì)不同尺寸和額定電壓的4.7μF電容做了一番研究。圖1數(shù)據(jù)是取自村田的工具，針對(duì)幾種不同的4.7μF瓷片電容。我同時(shí)觀察了X5R和X7R兩種型號(hào)，封裝尺寸從0603到1812，額定電壓從6.3到25V dc.首先我注意到，隨著封裝尺寸的增加，隨所施加直流電壓的電容量變化下降，并且幅度很大。

圖一本圖描繪了所選4.7-μF電容上直流電壓與溫度變化量的關(guān)系，如圖所示，隨著封裝尺寸的增加，電容量隨施加電壓的而大幅度下降。

CAPACITANCE(μF)電容量(μF) DC VOLTAGE (V)直流電壓(V)

第二個(gè)有趣的點(diǎn)是，對(duì)于某個(gè)給定的封裝尺寸和瓷片電容類(lèi)型，電容的額定電壓似乎一般沒(méi)有影響。于是我估計(jì)，如將一只額定25V的電容用于12V電壓，則其電容變化量要小于同樣條件下的額定16V電容?？纯?206封裝X5R的曲線(xiàn)，顯然額定6.3V元件的性能確實(shí)優(yōu)于有較高額定電壓的同類(lèi)品種。

如果我們檢驗(yàn)更大范圍的電容，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種情況很常見(jiàn)。對(duì)于我研究的那些電容樣本集，并沒(méi)有展示出普通瓷片電容應(yīng)有的表現(xiàn)。

觀察到的第三個(gè)問(wèn)題是：對(duì)于同樣的封裝，X7R電容的溫度敏感度要高于X5R電容。我不知道這是否普遍適用，但是在我的實(shí)驗(yàn)里似乎是這樣。

從圖中可以看出，表2顯示了X7R電容在12V偏壓貨款，電容量的減少量。注意，隨著電容封裝尺寸逐步增加到1210，電容量有著穩(wěn)步的增長(zhǎng)，但是超過(guò)這個(gè)尺寸就沒(méi)有多大改變了。