たまごの電子工作メモ: 積層セラミックにバイアス電圧をかけて容量を測る

デジットで大容量の積層セラミックコンデンサを入手したことをきっかけに、直流バイアス電圧を印加したときの静電容量を実測してみました。バイアス電圧によって静電容量が変化するのはデータシートにも書かれている通りなわけですが、その変化は瞬時に起きるのではなく、LCRメータの表示は分単位でじわ～っと変化していきます。これを見て、オーディオの人たちが積層セラミックコンデンサを嫌う理由をなんとなく理解できたような気になりました。また、100uFなのに実測値は43uFしかないものがありました。積層セラミックコンデンサというのは、かなりクセのある部品のようです。

測定環境は、安藤電気のLCRメータAG-4305と、バイアス電圧用の電源装置を併用しました。バイアス電圧可変範囲は0～18Vです。LCRメータの測定電圧は1Vrmsとしました。また測定時の室温は24℃でした。

※実はこの測定条件には不備があります。10uFを越える積層セラミックコンデンサを測定するときは、測定周波数120Hz、測定電圧0.5Vrmsとしなくてはいけないそうです。

測定風景（LCRメータとバイアス電圧用の電源）

測定したコンデンサ（SMDをのぞく）

（１）日本ケミコン積層セラミック 100uF 25V

デジットで購入したものです。型番は不明です。日本ケミコンのカタログからは同じサイズの製品は掲載されていません。
ゼロバイアス状態で、室温24℃では、87.3uF 誘電正接0.017。コンデンサを手でつまんで暖めたところ83.9uF 誘電正接0.013となりました。DCバイアス電圧による静電容量変化は大きくはないです。誘電正接は、とても優秀です。

（２）村田製作所積層セラミック 100uF 25V

オーディオ用に使おうと1990年頃にお取り寄せしました。確か電話交換機に使われていると聞いた覚えがあります。

型番： RPE260E107Z25
使用温度範囲： E特性 -25～+85℃
静電容量：許容差Z +80/-20% 測定周波数1kHz、測定電圧0.1Vrms
誘電正接DF： 0.05以下測定周波数1kHz、測定電圧0.1Vrms
静電容量温度特性：電圧印加なし +20/-55%以内、電圧印加時（定格50%） +20/-80%

下記にデータシートのグラフを示しますが、静電容量変化の実測値はデータシートよりは良いですね。誘電正接はとても優秀です。

静電容量－温度特性（データシートより）

直流バイアス特性（データシートより）

（３）Supertech Electronic Co. 積層セラミック 100uF 6.3V

秋月電子で購入。説明書きを読むと村田製作所GRM31CF10J107ZE01Lをモールドしたものだそうです。確かに（４）と同じ特性です。

（４）村田製作所チップ積層セラミック F特性 100uF 6.3V

秋月電子で購入。村田製作所 GRM31CF10J107ZE01L、静電容量の許容偏差は-20% +80%、3216サイズです。

型番： GRM31CF10J107ZE01L

使用温度範囲： F特性 -25～+85℃

静電容量： 100uF 許容差Z +80/-20%

誘電正接DF： 0.05以下測定周波数1kHz、測定電圧0.1Vrms

静電容量温度特性： F特性 +30/-80%

実測データを見るとわかるとおり、ゼロバイアス状態で50uFもありません。定格は100uFなのに。何か理由があるでしょうから調べてみますが、5Vラインに使うと10uFしかないというのはちょっとあんまりです。

（５）KEMET チップ積層セラミック X7R特性 10uF 16V

Digi-Keyで購入しました。KEMETの、静電容量の許容偏差は±10%、3216サイズです。

型番： C1206C106K4RACTU

使用温度範囲： X7R特性 -55～+125℃

静電容量： 10uF 許容差 +10/-10%

誘電正接DF： 0.035以下

X7R特性というのは、許容差 +10/-10%だからDCバイアス電圧を印加してもその範囲に収まるものだと思っていました。ところが実測値はその期待を裏切るもの・・・というか私が知らなかっただけなんでしょうね。10uFと思って5Vラインに使ったら、実際には5uFしかないわけです。これはちょっとわかりにくいです。