电容作为电路中极为常用的被动器件之一，具备频率、偏压等多种特性。然而，许多同学对于电容的偏压特性所产生的影响并不明晰。在学校课本里，也未对这一注意事项进行重点介绍，这就使得在实际应用中很容易陷入误区。本节将以实际电容为例，深入介绍电容偏压特性的影响。
电容的偏压特性，也被称作偏置特性，还有人将其叫做电容的直流电压特性。其含义是，当电容两端加入直流电压时，电容值会随着直流电压的上升而降低。以电容 GRT155C81C105KE13 为例，它是 1uF、封装为 0402 的电容，从其偏压特性曲线图（如图 1 所示）中可以看到，随着直流电压的上升，电容的容量逐渐减小。当电容两端电压为 4V 时，1uF 的电容下降了 33.6%，变为 1×(1 - 0.336) = 0.664uF。那么，如何更直观地理解这个参数的影响呢？在实际电路设计应用中，又该如何规避偏压的影响呢？
我们以一阶 RC 低通滤波电路为例，这样的介绍会更加直观。在图 2 的行中，一阶 RC 低通滤波器的电阻为 1KΩ，电容为 1uF，截止频率 Fc = 1/(2×π×R×C) = 160Hz。这意味着输入一个 160Hz@1Vpp 的正弦信号，输出信号会衰减 3dB，峰峰值变为 0.7Vpp。频率超过 160Hz 的信号会被衰减，而频率低于 160Hz 的信号则会通过，因此被称为低通滤波器。在第二行中，采用相同的电容和电路结构，只是输入信号有所不同。此时输入信号叠加了 4V 的直流偏置，根据前面的偏压曲线图可知，电容的容值降低了 33.6%，变为 0.664uF，截止频率也随之变为 241Hz。此时输入 241Hz@1Vpp 的正弦信号，理论上输出信号为 241Hz@0.7Vpp。
图 2：一阶 RC 低通滤波电路
相比于理论介绍，大家可能更倾向于实践。接下来，我们进行实际的电路测试。测试电路和方法非常简单，采用图 2 中的电路，使用 1K 的电阻和容值为 1uF 的 GRT155C81C105KE13 电容。分别进行两种试验，两种试验均在输入端加载 1Vpp 的正弦信号，信号频率从 1Hz 扫描到 10KHz，采集输出端的波形，绘制增益曲线（伯德图），这个过程被称为扫频，网络分析仪就是基于此原理。这两种试验的区别在于，试验 1 的信号为纯交流信号，试验 2 会叠加一个 4V 的直流信号。
是试验 1 的测试结果。根据 1K 电阻和 1uF 电容计算，截止频率理论上应为 160Hz。行是输入的 160Hz@1Vpp 正弦信号，第二行是输出的信号，可以看到在 160Hz 截止频率下，1Vpp 衰减为 0.7Vpp，与前文的理论分析一致。第三行是增益曲线图，扫描频率从 1Hz 到 10KHz， -3dB 频点位置为 160Hz，也与前文的理论分析结果相符。
是试验 2 的测试结果。与试验 1 使用相同的电阻和电容，由于叠加了 4V 直流电压，理论上电容应下降为 0.664uF。根据 1K 电阻和 0.664uF 电容计算，截止频率理论上应为 241Hz。行是输入的 260Hz@1Vpp 正弦信号再叠加一个 4V 的直流信号，第二行是输出的信号，可以看到在 260Hz 截止频率下，1Vpp 衰减为 0.7Vpp，与前文理论分析的 241Hz 非常接近。第三行是增益曲线图，扫描频率从 1Hz 到 10KHz， -3dB 频点位置为 260Hz，与前文理论分析结果的 241Hz 相差不大，基本一致。
从以上两个试验可以看出，相同的电阻和电容，若输入信号叠加了直流电压，会影响实际电容值。在输入信号不同的情况下，截止频率会存在差异，这就是偏置电压带来的影响。因此，在电源中通常会使用大量大容值电容，并采用并联连接的方式。如果要放大信号，且后级信号存在偏置电压，那么就需要考虑这个偏置电压的影响，并选择合适的电容。通常，正负双极性的双向电源对此要求不高，而单电源的采集电路，信号一般会在 Vcc/2 基础上波动，在电路设计时必须充分考虑这个直流电压。
需要注意的是，通常的电路仿真软件无法仿真出实际电容的偏置电压影响。例如，在仿真软件中，1uF 就是 1uF，不会随着直流偏置电压的改变而改变，这一点一定要引起重视。就像图 5 的电路仿真，依然采用 1KΩ 和 1uF 的参数，不管叠加的直流信号是多少，3dB 截止频率始终为 160Hz。所以，仿真只是功能性仿真，在实际应用中，积累丰富的理论指导原则和实践经验才是关键。
