Tại sao giá trị điện dung thay đổi với điện áp được áp dụng?

Tôi đã tìm kiếm nhiều diễn đàn và bài viết trên google và không tìm thấy gì. Thậm chí hỏi những lời dạy của tôi và họ không biết. Một người nói điều gì đó về hiệu ứng piezo nhưng cô không chắc về nó. Vì vậy, đây là một biểu đồ của một nhà cung cấp, thay đổi giá trị điện dung trên điện áp được áp dụng trên tụ gốm:

Câu hỏi rất đơn giản: Tại sao một tụ điện có điện dung với sự thay đổi chênh lệch điện áp giữa các cực của nó?

Bài báo nhanh này của Vishay cho thấy rằng đó là do hằng số điện môi thực tế của tụ gốm thay đổi đáng kể dưới các biến đổi cường độ điện trường ứng dụng (đọc: điện áp).

Công bằng mà nói, lưu ý cụ thể đó có lẽ là nhằm thúc đẩy mọi người mua các bộ phận tantalum của Vishay, nhưng có những giấy tờ khác về chủ đề này dường như cũng dẫn đến cùng một hiện tượng vật lý - hằng số điện môi là tốt, không phải là hằng số theo điện áp một chiều.

Chỉnh sửa thêm: Hầu hết các tụ gốm được sử dụng cho mục đích tách riêng tập trung một cách tự nhiên vào hiệu suất thể tích trên độ ổn định - chúng thường được xếp hạng với Y5V, X5R, X7R, v.v ... Đây là những gì được gọi là điện môi loại II, và thường được chế tạo bằng titan barium như vật liệu điện môi.

Tìm kiếm hiệu ứng điện môi barium titanate so với hiệu ứng điện áp, tôi tìm thấy các mẩu tin sau đây từ một khóa học về vật liệu:

(Nguồn: http://www.eng.buffalo.edu/Class/mae538/MAE4389.ppt )

Đó là một hành vi nổi tiếng về điện dung so với nhiệt độ đối với các điện môi này và tôi tin rằng có thể giải thích một cách khoa học bằng:

Trên nhiệt độ Curie, sự phân cực tự phát bị mất do sự thay đổi cấu trúc tinh thể và barium titanate ở trạng thái điện môi.

Và tôi tin rằng điều này có thể giải thích tại sao điện áp có tác dụng như vậy:

Sự phụ thuộc kích thước hạt cho thấy tương tự như hằng số điện môi cường độ năng suất là một tính chất nhạy cảm của cấu trúc vi mô.

Một nguyên tắc tốt nói chung là sử dụng các tụ điện được đánh giá ít nhất gấp đôi điện áp làm việc dự kiến. Tôi sẽ rất chú ý đến các tụ gốm được sử dụng trong việc chuyển đổi các mạch cung cấp điện có thể thấy dòng điện gợn rất lớn trong suốt vòng đời của chúng. Nhiều bộ chuyển đổi đã không ổn định hoặc không được thực hiện do tụ điện đầu ra 47uF giả định thực sự giảm xuống còn 20uF hoặc hơn với điện áp được áp dụng - luôn kiểm tra bảng dữ liệu của nhà sản xuất để biết đường cong DC hoặc tương tự.

Chỉnh sửa lần cuối - hiệu ứng áp điện mà giáo viên của bạn tham chiếu là đặc tính hơi độc đáo của tụ gốm nơi ứng suất / biến dạng / rung động thực sự sẽ tạo ra điện áp. Điều này là do ứng suất vật lý thực sự làm biến dạng cấu trúc mạng của chất điện môi (barium titanate). Khai thác một tụ gốm bằng bút chì và theo dõi đầu ra của nó bằng đầu dò phạm vi sẽ hiển thị nhiễu:

Từ này trang là một mô tả về các cơ chế, mà tôi đã trích dẫn liệt kê dưới đây nếu bạn muốn biết thêm, bạn sẽ phải nhìn vào hành vi gốm sắt điện. Lưu ý rằng đây không thực sự là một vấn đề với tụ điện và màng.

Khi gốm loại BaTiO3 được nung nóng trên điểm Curie, cấu trúc tinh thể trải qua quá trình chuyển từ pha tứ giác sang pha khối. Cùng với quá trình chuyển đổi này, sự phân cực tự phát trong các lĩnh vực biến mất. Khi được làm mát dưới điểm Curie, quá trình chuyển đổi sẽ chuyển từ hình khối sang hình tứ giác và các hạt đồng thời nhận được căng thẳng từ sự biến dạng của môi trường xung quanh. Tại thời điểm này, một số miền nhỏ trong hạt được tạo ra và sự phân cực tự phát của mỗi miền có thể dễ dàng đảo ngược với điện trường thấp. Do hằng số điện môi tương đối tương ứng với sự đảo ngược của phân cực tự phát trên mỗi đơn vị thể tích, nên nó được đo là điện dung cao hơn.

Đặc tính điện dung và điện áp một chiều. Đặc điểm thiên vị DC Thách thức không nằm ở sự phân cực tự phát, mà là đảo ngược nó. Khi phân cực tự phát được đảo ngược trong điều kiện không có điện áp (không có sai lệch DC), các MLCC đạt được điện dung cao. Tuy nhiên, nếu một thiên lệch bên ngoài được áp dụng cho quá trình phân cực tự phát, việc đảo ngược tự do của phân cực tự phát là khó khăn hơn nhiều. Kết quả là điện dung đạt được thấp hơn so với điện dung trước khi áp dụng sai lệch. Đây là lý do tại sao điện dung giảm khi áp dụng sai lệch DC - do đó thuật ngữ đặc tính sai lệch DC.

Từ quan điểm thực tế, bạn có thể thấy từ biểu đồ sử dụng phần điện áp thấp nhất và nhỏ nhất dẫn đến hiệu suất kém nhất. Ngoài ra, có những thay đổi về điện dung với nhiệt độ - thường giảm cho cả nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Và hiệu ứng lão hóa - một lần nữa xuống.

Có lẽ điều quan trọng cần đề cập là việc giảm điện dung với điện áp tăng không phải là một đặc tính của tất cả các tụ điện. Nó chỉ thực sự áp dụng cho các chất điện môi sắt như barium titanate, được sử dụng trong các loại X5R và X7R. Đây là những tụ điện bề mặt phổ biến nhất, do kích thước nhỏ của chúng cho điện dung.

Các chất điện môi thông thường khác không bị ảnh hưởng này. Màng polyester, màng polypropylen, mica và các loại NP0 có điện dung gần như không đổi bất kể điện áp được áp dụng. Ngoài ra, các loại điện phân cực cũng không thay đổi theo điện áp.

Trên thực tế, các điện môi khác có hệ số điện áp nhỏ. Tuy nhiên, nó quá nhỏ đến nỗi nó không có tác động quan trọng, ngay cả đối với các ứng dụng trong thế giới thực nhạy cảm nếu bạn làm việc ở mức thấp trong điện áp đánh thủng của tụ điện.