電圧が印加されると容量値が変化するのはなぜですか？

私はグーグルで多くのフォーラムや論文を検索しましたが、何も思いつきませんでした。私の教えを聞いても、彼らは知りませんでした。ピエゾ効果について何か言いましたが、彼女はそれについて確信がありませんでした。ベンダーによるグラフです。セラミックコンデンサの印加電圧に対する容量値の変化です。

質問は簡単です：極性間での電圧差の変化に伴ってコンデンサが静電容量するのはなぜですか？

Vishayのこのクイックペーパーは、電界強度の変化を加えると、セラミックコンデンサの実際の誘電率が大きく変化するためであることを示唆しています（読み取り：電圧）。

公平を期すために、その特定のメモはおそらく、Vishayのタンタル部品を購入するように人々を駆り立てることを意図していますが、同じ物理現象につながると思われる主題に関する他の論文もあります-誘電率はよく、一定ではありません印加DC電圧。

さらに編集：デカップリングの目的で使用されるほとんどのセラミックコンデンサは、安定性よりも体積効率に自然に焦点を当てています-これらは一般にY5V、X5R、X7Rなどの定格です。これらはタイプII誘電体と呼ばれ、一般にチタン酸バリウムで作られています誘電体。

チタン酸バリウム誘電体対電圧効果を探して、私は材料科学コースから次の情報を見つけました：

（出典：http : //www.eng.buffalo.edu/Classes/mae538/MAE4389.ppt）

これらの誘電体の静電容量対温度のよく知られた動作であり、次のように科学的に説明できると信じています。

キュリー温度を超えると、結晶構造の変化により自発分極が失われ、チタン酸バリウムは常誘電状態になります。

そして、これが電圧が効果を発揮する理由を説明できると信じています。

粒径依存性は、降伏強度と同様の誘電率が微細構造に敏感な特性であることを示しています。

一般的には、予想される動作電圧の少なくとも2倍の定格のコンデンサを使用することをお勧めします。寿命中に非常に大きなリップル電流が発生する可能性のあるスイッチング電源回路で使用されるセラミックコンデンサに非常に注意を払います。想定される47uFの出力コンデンサが印加電圧で実際に20uF程度に低下したため、多くのコンバータが不安定になった、または実行されませんでした。DCバイアス曲線などについては、常に製造元のデータシートを確認してください。

最後の編集- 先生が参照した圧電効果は、物理的ストレス/歪み/振動が実際に電圧を誘発するセラミックコンデンサのややユニークな特性です。これは、誘電体（チタン酸バリウム）の格子構造を実際に変形させる物理的ストレスによるものです。鉛筆でセラミックコンデンサをタップし、スコーププローブで出力を監視すると、ノイズが表示されます。

から このページ、メカニズムの説明を以下に引用しました。さらに必要な場合は、強誘電性セラミックの挙動を調べる必要があります。これは、電解コンデンサおよびフィルムコンデンサでは実際には問題ではないことに注意してください。

BaTiO3タイプのセラミックがキュリー点以上に加熱されると、結晶構造は正方晶から立方晶へと移行します。この遷移に伴い、ドメインの自発分極が消滅します。キュリー点より下に冷却されると、遷移は立方体から正方晶に反転し、粒子は周囲の歪みから同時に応力を受けます。この時点で、粒子内にいくつかの小さなドメインが生成され、各ドメインの自発分極は、低電界で簡単に反転できます。比誘電率は単位体積あたりの自発分極の反転に対応するため、より高い静電容量として測定されます。

静電容量とDC電圧特性。DCバイアスの特性課題は、自発的な分極ではなく、それを逆転させることです。電圧ストレスなし（DCバイアスなし）で自発分極が反転すると、MLCCは高容量を実現します。しかし、外部バイアスが自発分極プロセスに適用される場合、自発分極の自由な反転ははるかに困難です。その結果、得られる静電容量は、バイアスを印加する前の静電容量と比較して低くなります。これが、DCバイアスが印加されると静電容量が減少する理由です。したがって、DCバイアス特性という用語です。

実用的な観点から見ると、グラフから、最小および最小の電圧定格の部品を使用するとパフォーマンスが低下することがわかります。また、温度によって静電容量が変化します。通常は、高温と低温の両方で低下します。そして老化の影響-再びダウン。

電圧の増加に伴う静電容量の減少は、すべてのコンデンサの特性ではないことに言及することはおそらく重要です。これは、X5RおよびX7Rタイプで使用されるチタン酸バリウムなどの強誘電体にのみ適用されます。これらは、静電容量が小さいため、最も一般的な表面実装コンデンサです。

他の一般的な誘電体は、この影響を受けません。ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、マイカ、NP0タイプは、印加電圧に関係なくほぼ一定の静電容量を持ちます。また、分極電解タイプも電圧によって変化しません。

実際、他の誘電体は小さな電圧係数を持っています。ただし、非常に小さいため、コンデンサのブレークダウン電圧のわずかな部分で作業する場合、繊細な実際のアプリケーションでも重要な影響はありません。