电容的电压 电容的容量随着电压的变化而变化

01电容容量

昨天在公众号面包板社区看到一篇推文： 为什么你的4.7uF电容变成0.33uF ，真是不可思议！ ，是一个电子工程师对于工作中碰到的电容容量随着工作电压变化而剧烈变化的情况。

现今的电子线路越来越多的采用了封装小的贴片元器件，封装形式从1206,0805一直减小到0603,0402等等。这的确极大节省了设计电路板的面积。但在使用过程中需要额外注意器件的特性与通常直插电容之间的差别。

在上述推文中，作者使用的ClassII的表贴电容X5R, X7R用作定时器中的定时电容。发现电容容量在工作时与静态测量的容值之间出现了很大的差异。

电容容量的定义是由电容冲入的电荷QCQ_CQC​与电容两端电压UCU_CUC​的比值来定义的：C=QCUCC = {{Q_C } \over {U_C }}C=UC​QC​​

通常情况下，这个参数至于电容本身的物理特性（两个极板相对的距离、基本之间介电常数、极板的面积等）有关系，而与电容工作的电压没有关系。

不同规格的电容参数在博文 电容参数：X5R，X7R，Y5V，COG 详解 - 博乐Bar - 博客园 中给出了较为详细的介绍：

▲ 电容种类命名

但这些参数没有涉及到工作电压对于电容的影响。说实在的，之前我也没有注意到某些电容容量与其工作电压之间的关系。

下面通过实验来验证一下这些关系。

02实验验证

下面使用两种方式来测量电容容量随着电压变化而变化。

第一种方式使用最常用到的定时器IC555；第二种方式使用 LC100-A 测量电容电感模块。

1.定时器555电路 (1) 测试原理

下面是定时器555电路，它的输出周期T是由外围器件R1,R2,C1 参数决定的。

信号的周期与工作电压无关。

▲ 555实验电路

根据电路图中的R1,R2,C1的数值，可以计算出它对应的周期应该是：

实际测量555定时器工作电压波形如下。实际周期为：T=26.34ms。

▲ 定时器555工作波形 输出波形(蓝色),PIN2,6波形(青色)

通过555定时器的工作原理可以看到，在正常工作是，从美容C1有大约VCC/2的偏执电压。如果C1的电容随着电压变化的话，那么上述频率反映了C1在VCC/3 - 2VCC/3范围内的平均电容容量。

(2) 普通电解电容

使用普通电解电容（10uF）作为定时器C1电容的电压，测量555定时器工作频率随着工作电压从4V变化到12V对应的数值。

▲ 555振荡器的频率随着工作电压变化

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]