01電容容量

昨天在公眾號面包板社區(qū)看到一篇推文： 為什么你的4.7uF電容變成0.33uF ，真是不可思議！ ，是一個電子工程師對于工作中碰到的電容容量隨著工作電壓變化而劇烈變化的情況。

現(xiàn)今的電子線路越來越多的采用了封裝小的貼片元器件，封裝形式從1206,0805一直減小到0603,0402等等。這的確極大節(jié)省了設(shè)計電路板的面積。但在使用過程中需要額外注意器件的特性與通常直插電容之間的差別。

在上述推文中，作者使用的ClassII的表貼電容X5R, X7R用作定時器中的定時電容。發(fā)現(xiàn)電容容量在工作時與靜態(tài)測量的容值之間出現(xiàn)了很大的差異。

電容容量的定義是由電容沖入的電荷QCQ_CQC?與電容兩端電壓UCU_CUC?的比值來定義的：C=QCUCC = {{Q_C } \over {U_C }}C=UC?QC??

通常情況下，這個參數(shù)至于電容本身的物理特性（兩個極板相對的距離、基本之間介電常數(shù)、極板的面積等）有關(guān)系，而與電容工作的電壓沒有關(guān)系。

不同規(guī)格的電容參數(shù)在博文 電容參數(shù)：X5R，X7R，Y5V，COG 詳解 - 博樂Bar - 博客園 中給出了較為詳細的介紹：

▲ 電容種類命名

但這些參數(shù)沒有涉及到工作電壓對于電容的影響。說實在的，之前我也沒有注意到某些電容容量與其工作電壓之間的關(guān)系。

下面通過實驗來驗證一下這些關(guān)系。

02實驗驗證

下面使用兩種方式來測量電容容量隨著電壓變化而變化。

第一種方式使用最常用到的定時器IC555；第二種方式使用 LC100-A 測量電容電感模塊。

1.定時器555電路 (1) 測試原理

下面是定時器555電路，它的輸出周期T是由外圍器件R1,R2,C1 參數(shù)決定的。

信號的周期與工作電壓無關(guān)。

▲ 555實驗電路

根據(jù)電路圖中的R1,R2,C1的數(shù)值，可以計算出它對應(yīng)的周期應(yīng)該是：

實際測量555定時器工作電壓波形如下。實際周期為：T=26.34ms。

▲ 定時器555工作波形 輸出波形(藍色),PIN2,6波形(青色)

通過555定時器的工作原理可以看到，在正常工作是，從美容C1有大約VCC/2的偏執(zhí)電壓。如果C1的電容隨著電壓變化的話，那么上述頻率反映了C1在VCC/3 - 2VCC/3范圍內(nèi)的平均電容容量。

(2) 普通電解電容

使用普通電解電容（10uF）作為定時器C1電容的電壓，測量555定時器工作頻率隨著工作電壓從4V變化到12V對應(yīng)的數(shù)值。

▲ 555振蕩器的頻率隨著工作電壓變化

v=[4.00,4.16,4.33,4.49,4.65,4.82,4.98,5.14,5.31,5.47,5.63,5.80,5.96,6.12,6.29,6.45,6.61,6.78,6.94,7.10,7.27,7.43,7.59,7.76,7.92,8.08,8.24,8.41,8.57,8.73,8.90,9.06,9.22,9.39,9.55,9.71,9.88,10.04,10.20,10.37,10.53,10.69,10.86,11.02,11.18,11.35,11.51,11.67,11.84,12.00]
f=[36.22,36.59,37.19,37.52,37.59,37.73,37.83,37.83,37.91,37.98,38.09,38.11,38.15,38.18,38.18,38.25,38.28,38.31,38.33,38.40,38.40,38.38,38.39,38.41,38.42,38.40,38.49,38.42,38.46,38.48,38.46,38.46,38.51,38.51,38.51,38.52,38.49,38.49,38.52,38.53,38.52,38.53,38.52,38.50,38.48,38.46,38.45,38.43,38.40,38.40]