電容的偏壓特性也叫做偏置特性，也有的人把它叫做電容的直流電壓特性，它的意思是電容兩端如果加入直流電壓時(shí)，電容值會(huì)隨著直流電壓的上升而降低，下圖是電容：GRT155C81C105KE13的偏壓特性曲線圖，電容是1uF、封裝為0402電容，左圖中可以看到隨著直流電壓的上升電容的容量是逐漸減小的，當(dāng)電容兩端電壓是4V時(shí)，1uF電容下降了33.6%，變成了1*(1-0.336)=0.664uF，那么怎么更直觀的理解這個(gè)參數(shù)的影響呢?實(shí)際電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中又如何規(guī)避偏壓影響呢?

我看到的后果可以稱其為是扭曲。直流偏置的電容變化可能會(huì)導(dǎo)致在模擬信號(hào)路徑中使用電容器的問題。我見過太多的工程師有空間缺口，只是根據(jù)尺寸和溫度等級(jí)來選擇電容器。這使得他們能夠設(shè)計(jì)各種“數(shù)字”電容器，對(duì)模擬信號(hào)處理帶來災(zāi)難性的后果。

相同的電阻和電容，如果輸入信號(hào)疊加了直流電壓會(huì)影響到實(shí)際電容值，在輸入信號(hào)不同的情況下，截止頻率是有差異的，這就是偏置電壓帶來的影響，因此在電源中普遍用大量大容值電容，并且并聯(lián)連接。如果放大信號(hào)，后級(jí)的信號(hào)如果有偏置電壓，那么也要考慮這個(gè)偏置電壓的影響，并且選擇合適的電容，通常正負(fù)雙極性的雙向電源對(duì)此要求不高，而單電源的采集電路，信號(hào)一般會(huì)在Vcc/2基礎(chǔ)上波動(dòng)，這個(gè)直流電壓一定要在電路設(shè)計(jì)中就充分考慮。

如何測(cè)試這種失真效應(yīng)?

顯示和測(cè)量這種失真效應(yīng)，我使用我的爆破項(xiàng)目的一部分，即音頻輸出聲音爆破USB狗，和軟件創(chuàng)建非常低的失真音頻音調(diào)，定制18位，F(xiàn)FT分析儀測(cè)量失真。 NE5534 運(yùn)算放大器電路，用于測(cè)試失真。測(cè)試電容器是我焊接各種電容器進(jìn)行測(cè)試的地方。該電路在連接到 Sound Blaster USB 加密狗和一些定制軟件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 16 位電平(> 95 dBc 失真)的無失真信號(hào)。設(shè)置僅限于 Sound Blaster 中 DAC 的 16 位失真。我按預(yù)期測(cè)量了各種 0.01 μF、C0G 陶瓷和堆疊薄膜電容器。他們沒有給輸出增加可測(cè)量的失真。

當(dāng)我測(cè)量X7R電容器時(shí)，有趣的部分出現(xiàn)了。通常，我只在旁路電路中使用X7R電容器，但我肯定在載波期間會(huì)讓一到兩個(gè)滑動(dòng)進(jìn)入信號(hào)處理路徑。對(duì)我來說幸運(yùn)的是，它們沒有造成任何問題，因?yàn)樗鼈儙缀蹩偸?0 V的額定電壓，而且這遠(yuǎn)低于所使用的信號(hào)波動(dòng)。

顯示了兩種看似相同的0.01μF，50V，0,0603，X7R類型，具有20伏的峰信號(hào)擺動(dòng)?？梢钥闯?，這些電容器在FFT圖上有非常不同的失真特征。表2是對(duì)失真產(chǎn)品的一個(gè)更好的比較。其中一個(gè)“看似相同”的電容器的失真比另一個(gè)好2：1!兩個(gè)看似相同的50 V，X7R，0603大小的電容器的FFT失真特征?？梢钥闯?，一個(gè)人有明顯更差的失真特征。

我還測(cè)量了一些 X7R、0805、50 V 電容器，甚至是 0402、10 V 額定電容器，其失真與上述類似。0402 應(yīng)該更糟，因?yàn)橄鄬?duì)于其額定最大工作電壓的擺動(dòng)更大，但事實(shí)并非如此。這就是讓我認(rèn)為許多這些部件上的數(shù)據(jù)表曲線非常陳舊并且不再符合現(xiàn)實(shí)的原因。我還將 0402 電容器偏置到高達(dá) 50 V，而泄漏電流沒有明顯增加，那么它可能是建立在 50 V 電容器工藝之上的嗎?我不知道，但根據(jù)經(jīng)典的電容下降與工作電壓曲線，它應(yīng)該比以前差得多。

當(dāng)我在我的零件中翻找要測(cè)量的電容器時(shí)，我還遇到了一個(gè) 45 歲的 Z5U 盤式電容器。我以為它會(huì)表現(xiàn)出非常糟糕的失真，但事實(shí)證明它并沒有那么糟糕，與現(xiàn)代 X7R 差不多。

沒有制造商將失真列為規(guī)格，并且如上所示，看似相似電容器的電容變化與 DC 偏置數(shù)據(jù)的變化很大。

您所能做的就是遠(yuǎn)離 C0G 類型以外的任何東西，或者使用可能存在失真問題的薄膜電容器。即使仔細(xì)測(cè)試也可能無法確保成功，因?yàn)槟肋h(yuǎn)不知道零件的設(shè)計(jì)或構(gòu)造何時(shí)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致生產(chǎn)問題。是的，這意味著尺寸可能會(huì)成為一個(gè)問題，但有時(shí)必須在設(shè)計(jì)上做出權(quán)衡。