影響電容容量偏差的因素，除了眾所周知的“溫度”，還有不為眾知的“電壓”。本文帶大家直觀感受電容承載電壓對其容量的影響。

在某些場合，電容的容量值穩(wěn)定性非常重要。比如在“555定時呼叫器”的應(yīng)用中，通過電容來設(shè)定定時的時間。（可參考文章）

▲ 555定時呼叫器

上圖“555定時呼叫器”電路板左下角的電容用來設(shè)定定時的時間，其容量直接影響時間的長短。

下述定時時間t計算公式中，C為電容容量，C增大則定時時間t增大，C減小則定時時間t減小。

此電容用插件電解電容是有道理的，后面會講到。

試想一下，該電路的定時時間忽長忽短的話，定時呼叫的功能根本沒辦法使用。

一、大家都知道的影響容量變化的原因

電容有不同的規(guī)格類型電容 容量，比如常見的MLCC（多層陶瓷電容）有：X5R、X7R、Y5V、COG。

▲MLCC電容參數(shù)說明

以X5R為例，查上表，代表低溫到-55℃，高溫到+85攝氏度，容量變化范圍是正負15%。

這里的容量變化，就是大家一般的理解：溫度會影響到電容的容量。

基于以上的理解，在電容用于電源濾波等對電容容量不是非常敏感的場合，一般使用起來也沒有問題。

實際上，電容變化的一個重要影響因素是工作電壓的變化。

下面通過兩種方式的實驗來測量電容容量變化與電壓變化之間的關(guān)系：

第一種方式使用常用的定時器555芯片；第二種方式使用LC100-A測量電容電感模塊。

二、實驗

1、使用555定時器電路進行實驗

（1）測試原理

下面是555定時器電路，它的輸出周期T是由外圍器件R1、R2、C1決定的，有如下計算公式：

T = ln2 * (R1 + 2 * R2) * C1

從公式可以看出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

（藍色為3腳的輸出波形，青色為2、6腳波形）

（2）使用普通電解電容

使用普通電解電容（10uF）作為C1，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

▲ 555定時器輸出波形隨著電壓變化

(3) 使用貼片瓷片電容0805封裝

▲ 555工作頻率與工作電壓

(4) 使用貼片瓷片電容0603封裝

▲ 555工作頻率與工作電壓

▲ 555工作頻率隨著工作電壓變化

通過上面的測量，可以看出使用貼片電容替代電解電容，會引起定時器電路頻率隨著工作電壓變化而產(chǎn)生較大的變化。

2、使用電容測量模塊LC100-A進行實驗

(1) 測量方法

對于電容的容量可以直接使用LCR表來測量。由于需要給電容施加不同的電壓，所以測量電路采用如下的形式。

▲ LCR模塊測量帶有偏壓的電容容量

C1是待測電容，U1可調(diào)直流電壓源通過R1給C1進行偏置電壓。

C2是隔直電容。

測量電容采用了LC100-A電容、電感測量模塊。它的讀數(shù)通過單片機+Zigbee發(fā)送到計算機進行采集存儲。

下圖實際測量的電容容值應(yīng)該是C1、C2的并聯(lián)電容C：

C = C1 * C2 / (C1 + C2)

因此，需要通過計算反過來得到C1的電容容量：

C1 = C2 * C / (C2 -C)

(2) 測量數(shù)據(jù)

下圖顯示了一個0603的標(biāo)稱值為10uF表貼瓷片電容的容值，隨著施加的偏置電壓增加而變化的趨勢。

▲ 瓷片電容隨著電壓變化

當(dāng)電壓增加到9V左右的時候，電容的容量從最初的10uF降低到了2uF左右。

可以預(yù)見，隨著施加的電壓繼續(xù)增加，電容的容值會進一步降低。

下圖顯示了對一個0805封裝的瓷片電容施加偏置電壓（0-6V）它所對應(yīng)的電容的變化。電容變化范圍小于0603封裝的電容。

▲ 電壓與電容容量

對于普通的電解電容，使用同樣的方法測量它的電容隨著偏置電壓的變化如下圖所示。

可以看出，在電壓從0V增加到6V的過程中，它的電容容量幾乎沒有發(fā)生變化。

▲ 普通電解電容容量隨著偏壓增加的變化

三、總結(jié)

在使用貼片元器件的時候，特別是小型的封裝電容 容量，除了關(guān)注到它的基本參數(shù)之外，還需要特別注意到它的工作特性。

對于一些封裝極小的貼片電容，如果它本身是用于電源濾波，它的容量的變化對于電路影響很小。但如果用于電路中的定時器、振蕩器等對于電容容量要求高的場合，則需要注意它的容量會隨著工作電壓的改變而變化。

此時，則需要放棄對于小型體積的特性，采用一些封裝體積較大，但工作穩(wěn)定性高的其它封裝形式的電容。

參考轉(zhuǎn)載資料：

[1] 《是誰動了我的電容容量》：

[2] 《555定時呼叫器電路》：

[3] 《電容參數(shù)：X5R，X7R，Y5V，COG 詳解》：

文章由啟和科技編輯