片式電容器的一般電性能及參數介紹

在交變電壓的作用下，電容器并不是以單純的電容形式出現，它除了具有電容量以外，還存在一定和電感和電阻。在頻率較低時(shí)，它們的影響很小可以不予考慮；隨著(zhù)工作頻率的得高，電感和電阻的影響不能忽視，嚴重時(shí)可能會(huì )使電容器失去作用。
因此，我們一般用四個(gè)主要的參數來(lái)衡量片式電容的一般電性能：電容量（Capacitance）、損耗角正切（Dissipation Factor）、絕緣電阻(Insulation Resistance)、耐電壓(Dielectric Withstanding Voltage)。
一、電容量（C）
電容量的大小表示電容器貯存電荷的能力。一般用HP電橋測試。兩層平行金屬極板中的陶瓷介質(zhì)為什么能貯存電荷能？這是因為陶瓷介質(zhì)具有一種特殊的物理特性：電極化（簡(jiǎn)稱(chēng)極化）。從電學(xué)的角度來(lái)看，一般導體，例如金屬和電解質(zhì)，其原子和分子對周?chē)娮拥氖`力很小，我們稱(chēng)這些電子為自由電子（或叫自由電荷）。在電場(chǎng)的作用下，自由電子將沿電場(chǎng)力的方向作定向運動(dòng)，形成電流。但在陶瓷介質(zhì)中，原子、分子中正負電荷卻以其價(jià)健或離子健的形式存在，相互間強烈地束縛著(zhù)，我們稱(chēng)之為束縛電荷。在電場(chǎng)的作用下，這些正負電荷只能作微觀(guān)尺度上相對位移。由于電荷的相對位移，在原子、分子中就產(chǎn)生了感應偶極矩，我們稱(chēng)之為極化。在外電場(chǎng)的作用下，偶極分子將沿電場(chǎng)方向定向偏轉，從而在陶瓷介質(zhì)的表面形成相應的感應電荷。從而電荷就被貯存在電容器中。

圖4-片式電容器的極化圖
電容量的單位是法拉，但在實(shí)際應用中法拉的單位太大，一般采用毫法（mF），微法（uF），納法（nF）和皮法（pF）。它們之間的關(guān)系如下：
1F = 103mF = 106uF = 109nF = 1012pF
片式電容器的電容量除了由它本身的設計與材料特性所決定外，在很大程度下同它的測試條件、溫度、電壓和頻率有很大的關(guān)系。對于Ⅰ類(lèi)電容器（COG），其電性能受上述因素的影響相對較小，但對于Ⅱ類(lèi)電容器（X7R、Z5U、Y5V），其電性能受上述因素的影響相對較大。
1、 電容量與溫度的關(guān)系
溫度是影響電容器電容量的一個(gè)重要因素，我們把電容量同溫度的這種關(guān)系特性叫收電容器的溫度特性(Temperature Coefficient)。一般說(shuō)來(lái)，對于較為穩定的Ⅰ類(lèi)電容器，其影響相對較小，幾乎沒(méi)有變化，故我們用PPM/℃來(lái)表示它的容量變化率；對于Ⅱ類(lèi)電容器，其影響相對較大，故我們用”％”來(lái)表示它的容量變化率。

2、 電容量與直流電壓的關(guān)系
在電路的實(shí)際應用中，電容器兩端可能要放加一個(gè)直流電壓，我們把電容器的這種情況下的特性叫做直流偏壓特性。目前直流偏壓特性較好的材料有BX。這種材料是在通過(guò)對X7R材料改性而得來(lái)。另外也可以通過(guò)增加介質(zhì)厚度的方法，取得較好的電容器偏壓特性。

電壓/密爾介質(zhì)厚度
圖7-偏壓與電容量變化率的關(guān)系
從圖可以看出，對于一個(gè)X7R和BX材質(zhì)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，介質(zhì)厚度基本正比于偏壓特性。比如，相同容量（100nF）的一個(gè)產(chǎn)品，三種不同的介質(zhì)厚度設計就有三種不同的偏壓特性，介質(zhì)厚度越厚，產(chǎn)品的偏壓特性就越好。

3、 電容量與交流電壓的關(guān)系
同樣，Ⅰ類(lèi)電容器的交流特性比較好，基本不隨施加電壓的變化而變化。但是，對于Ⅱ類(lèi)電容器，其容量基本是隨所加電壓的升高而加速遞升的，特別X7R此特性比較明顯。

在日常的測試中，我們一般是1.0±0.2V做為電容量與損耗角正切的測試電壓，電壓較低，因此，對于同一容量采用不同的介質(zhì)厚度設計，最終所表現出來(lái)的容量值不會(huì )有太大的差異。但是，隨著(zhù)工作電路中交流電壓的不同，這種差異會(huì )較為明顯。

4、 電容量與工作頻率的關(guān)系
對于Ⅰ類(lèi)電容器其應用頻率的增加，它的容值不會(huì )有什么變化，但對于Ⅱ類(lèi)電容器，容值下降較為明顯?，F舉例如下：

圖9-電容量與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)圖

二、絕緣電阻（ＩＲ）；
完全不導電的絕緣體是沒(méi)有的。在電介質(zhì)中通?；蚨嗷蛏俅嬖谡?、負離子，這些離子在電場(chǎng)作用下將定向遷移，形成離子電流，我們稱(chēng)之為體內漏電流。通常，在電容器的表面，也會(huì )或多或少地存在正負離子，這些離子在外電場(chǎng)的作用下，會(huì )發(fā)生定向遷移，形成表面漏電流。因此，電容器的漏電流是陶瓷介質(zhì)中體內漏電流與芯片表面的漏電流兩部分組成。我們把加在介質(zhì)兩端的電壓和漏電流之比稱(chēng)之為介質(zhì)的絕緣電阻。
Ｒ＝Ｕ／Ｉ
由上可知，電容器的絕緣電阻等于表面絕緣電阻與體內絕緣電阻相并聯(lián)而成。因此，電容器的絕緣電阻除了同其本身所固所介質(zhì)特性外，同外界環(huán)境溫度、濕度等有很大的關(guān)系。
溫度對絕緣電阻的影響主要表現在溫度升高時(shí)，瓷介的自由離子增多，漏電流急劇增加，介質(zhì)絕緣電阻迅速降低。但防潮不好的小容量電容器表面漏電流較大，隨著(zhù)溫度的升高，表面潮氣蒸發(fā)，表面絕緣電阻上升。
濕度對電容器電性能影響最大，會(huì )因表面吸潮使表面絕緣電阻下降。
三、損耗（ＤＦ）和品質(zhì)因數（Q）
在外加電壓作用下，單位時(shí)間內因發(fā)熱而消耗的能量，叫電容器的損耗。理想的電容器把從電源中得到的能量，全部貯存在電容器有介質(zhì)中，不發(fā)生任何形式的能量消耗，事實(shí)上電容器在外加電壓的作用下是要消耗能量的，介質(zhì)漏電流，緩慢極化（電偶極矩在電場(chǎng)作用下發(fā)生偏轉），內外電極金屬部位的等效電阻都會(huì )消耗一部分能量，形成電容器的損耗。過(guò)高的電容器損耗會(huì )產(chǎn)生熱量使電容器溫度升高，造成電路工作狀態(tài)不穩定，加速電容器的老化。

電容器的好壞并不能單以電容器的消耗能量的多少來(lái)定論，因此，一般用電容器的損耗角正切來(lái)表示。電容器的損耗角正切是指在一定頻率的正弦電壓作用下，消耗在電阻上的有功功率和貯存在電容器中的無(wú)功功率的比值。因此，其是一個(gè)無(wú)單位的量。即：

介質(zhì)損耗同電容量一樣，在實(shí)際使用中同溫度、工作頻率、電容器兩端所加的電壓有很大的關(guān)系。
以1206B472K500NT和1812B223K500NT為例：

圖10-介質(zhì)損耗同溫度的關(guān)系

圖12-介質(zhì)損耗同頻率的關(guān)系

電容器的品質(zhì)因素（Q）和等效串聯(lián)電阻ESR：
在高頻電路中，由于頻率較高，電容器所測量出來(lái)的介質(zhì)損耗已經(jīng)很小,不便于參考。因此，為了更好地了解它的高頻特性，我們更關(guān)心的是它的品質(zhì)因素Q值和在高頻低下所表現出來(lái)的等效串聯(lián)電阻ESR（Equivalent Series Resistance）。

Q值就是介質(zhì)損耗DF的倒數。即：Q = 1/DF。隨著(zhù)目前信號使用頻率的增高、功率的增加，高Q和超高Q的產(chǎn)品需求越來(lái)越多。同樣，Q值同ESR有著(zhù)直接的關(guān)系，一般高Q即具備低ESR的特性。
在電容中所有損耗的總合叫做電容的等效串聯(lián)電阻ESR，一般它用毫歐姆來(lái)表示。ESR的損耗由介質(zhì)損耗(Rsd)和金屬損耗(Rsm)兩部分組成。ESR = Rsd + Rsm
金屬損耗（ Rsm）則取決于電容構造中所有金屬性物質(zhì)的傳導特性。這包括內電極，端電極等。
下面以一個(gè)容量值為22 pF的電容器所測得幾組數據為例：

由上表可知，介質(zhì)損耗在低頻率下是主要的，而在高頻時(shí)則很小，金屬損耗則與之相反。當頻率越高時(shí)，金屬損耗就表現出”趨膚效應”。現列舉我們市場(chǎng)上幾個(gè)產(chǎn)品容量段的Q值。

因此，在設計時(shí)，高頻下我們應考慮ESR和Q值對電路設計的影響；低頻下應考慮損耗(DF)對電路設計的影響。

四、耐電壓（DWV）
電容器的耐電壓性能就是指電容器的陶瓷介質(zhì)在工作狀態(tài)中能夠承受的最大電壓，即擊穿電壓，也就是電容器的極限電壓。電容器的標稱(chēng)電壓即電容器的工作電壓，標稱(chēng)電壓一般是相對于直流來(lái)說(shuō)的。而電容器的耐電壓常規也是相對直流來(lái)說(shuō)的，但有時(shí)也常用交流來(lái)表示。一般來(lái)說(shuō)，電容器的標稱(chēng)電壓遠遠低于其瓷介的耐電壓。因為，在實(shí)際的工作過(guò)程中，電容器除了兩端時(shí)時(shí)要承受的直流電壓外，另外常有脈沖交流電壓存在，而這個(gè)交流電壓的峰值常常遠遠高出工作過(guò)程中的直流電壓。因此，我們標稱(chēng)電壓遠遠低于芯片的耐電壓。比如，1206B102K101NT其標稱(chēng)電壓為100V，也就是其工作直流電壓要低于100V，而實(shí)際上其耐電壓直流可達1200V左右；交流可達500V左右。