什么是电容器？

电容器是一种在内部电场中储存能量的电子器件。它与电阻器、电感器一样，都是基本的无源电子元件。所有电容器都具有相同的基本结构，两块导电极板中间由绝缘体隔开，该绝缘体称为电介质，可在施加电场后发生极化。电容值与极板面积 A 成正比，与极板之间的距离 d 成反比。

基本电容器由两块导电极板组成，中间用非导电电介质隔开，电介质在两块极板之间的电场中以极化区的形式储存电能。

第一个电容器是发明于 1745 年的莱顿瓶。莱顿瓶是一个内外表面都衬有金属箔的玻璃瓶，最初用来储存静电荷。本杰明·富兰克林曾使用莱顿瓶来证明闪电是电现象，这是最早有记载的应用之一。

基本平行极板电容器的电容值可通过公式 1 计算：

其中：

C 是电容，单位为法拉

A 是极板面积，单位为平方米

d 是极板之间的距离，单位为米

ε 是介电材料的介电常数

ε 等于电介质的相对介电常数 εr 乘以真空的介电常数 ε0。相对介电常数 εr 通常称为介电常数 k。

电容器结构

电容器有多种物理安装配置，包括轴向、径向和表面贴装。

电容器安装或配置类型包括轴向、径向和表面贴装。目前，表面贴装的应用非常广泛。

轴向电容器采用金属箔和电介质层交替结构，或将双面金属化的电介质卷成圆柱形。与导电极板的连接可以通过插入的凸片或圆形的导电端盖来实现。

径向型通常则采用金属层和介电层交替叠放结构。金属层在末端桥接在一起。径向和轴向配置适用于通孔安装。

表面贴装电容器同样采用导电层和介电层交替结构。每一端的金属层由锡帽桥接，以适合表面贴装。

电容器电路模型

电容器的电路模型包括所有三种无源电路元件。

电容器电路模型包含电容、电感和电阻元件。

电容器的电路模型包含一个串联电阻元件，其代表导电元件的欧姆电阻及电介质电阻。这称为等效或有效串联电阻 (ESR)。

当对电容器施加交流信号时，会产生介电效应。交流电压会使电介质的极化在每个周期都会发生变化，从而导致内部发热。电介质发热量是材料的函数，并通过电介质的耗散因数来度量。耗散因数 (DF) 是电容器电容和 ESR 的函数，可通过公式  计算：

其中：

XC 是容抗 (Ω)

ESR 为等效串联电阻 (Ω)

由于存在容抗，耗散因数与频率有关，并且无量纲，通常用百分比表示。耗散因数越小，发热越少，从而损耗越低。

模型中有一个串联电感元件，称为有效或等效串联电感 (ESL)。其代表引线和导电路径电感。串联电感和电容会引起串联共振。低于串联共振频率时，器件主要表现为电容行为，高于串联共振频率时，器件更多表现为电感行为。在许多高频应用中，该串联电感可能是个问题。供应商通过使用径向和表面贴装元件配置中所示的分层结构，可最大限度地减少电感。

并联电阻代表电介质的绝缘电阻。各种模型元件的值取决于电容器配置和所选的结构材料。

常用电容按介质区分有纸介电容、油浸纸介电容、金属化纸介电容、云母电容、薄膜电容、陶瓷电容、电解电容等。

纸介电容
   用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合适。

云母电容
   用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。

电容分类：　

陶瓷电容
  用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。
铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。

薄膜电容
  结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。
聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。

金属化纸介电容
  结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。

油浸纸介电容
  它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。它的特点是电容量 大、耐压高，但是体积较大。

铝电解电容
  它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候，正负极不要接反。

钽、铌电解电容
  它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中。

半可变电容
  也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。

 

陶瓷电容器

这类电容器使用陶瓷电介质。陶瓷电容器分为两类：1 类和 2 类。1 类基于像二氧化钛这样的顺电陶瓷。这类陶瓷电容器具有高稳定性、良好的电容温度系数和低损耗。由于固有精度的原因，这些器件可用于振荡器、滤波器和其他射频应用中。

2 类陶瓷电容器使用基于如钛酸钡之类铁电材料的陶瓷电介质。由于这些材料介电常数高，2 类陶瓷电容器提供了比 1 类电容器更高的单位体积电容量，但精度和稳定性较低。它们用于绝对电容值不重要的旁路和耦合应用。

Murata Electronics 的 GCM1885C2A101JA16 是陶瓷电容器的一个示例（图 4）。这款 1 类 100 皮法 (pF) 电容器的容差为 5%，额定电压为 100 V，采用表面贴装配置。该电容器适合汽车使用，额定温度为 -55°C 至 +125°C。

薄膜电容

薄膜电容器使用塑料薄膜作为电介质。导电极板既可以是箔层，也可以是两个薄金属化层，塑料薄膜每一侧各一层。电介质所用的塑料决定了电容器的特性。薄膜电容器有多种形式：

聚丙烯 (PP)：这些器件的容差和稳定性特别好，具有低 ESR 和 ESL 以及高额定击穿电压。由于电介质的温度限制，它们只能作为引线器件使用。PP 电容器可应用于开关模式电源、镇流器电路、高频放电电路等高功率或高压电路中，也可应用于出于信号完整性而重视低 ESR 和 ESL 的音响系统。

聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)：又称为聚酯或聚酯薄膜电容器，这些电容器由于具有较高的介电常数，因此是体积效率最高的薄膜电容器。这些电容器通常作为径向引线器件使用，用于通用电容应用。

聚苯硫醚 (PPS)：这些电容器仅作为金属化膜器件生产，具有非常好的温度稳定性，因此适用于需要良好频率稳定性的电路中。

PPS 薄膜电容器的一个示例是来自 Panasonic Electronics Corporation 的 ECH-U1H101JX5。该 100 pF 器件的容差为 5%，额定电压为 50 V，采用表面贴装配置。工作温度范围为 -55°C 至 125°C，适用于一般电子应用。

聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)：与 PPS 电容器一样，这些电容器只能采用金属化膜设计。它们具有高温耐受性，可采用表面贴装配置。应用集中于需要高温和高压性能的领域。

聚四氟乙烯 (PTFE) 或特氟隆电容器因其耐高温、耐高压性能而著称。它们采用金属化和金属箔结构生产。PTFE 电容器大多用于需要暴露于高温的应用。

电解电容器

电解电容器以高电容值和高体积效率而著称。这是通过使用液体电解质作为其一个极板来实现的。铝电解电容器包括四个分开的层：铝箔阴极；电解液浸渍纸隔离层；经过化学处理以形成非常薄氧化铝层的铝阳极；最后是另一个纸隔离层。然后把这些材料层卷起来，放在一个密封的金属罐中。

电解电容器是极化、直流 (DC) 器件，这意味着电压必须施加于指定的正负端子。尽管外壳有泄压膜片来控制反应，并最大限度地减少损害的可能性，但如果不能正确连接电解电容器，可能会导致爆炸性故障。

电解电容器的主要优点是高电容值、小尺寸和相对较低的成本。这些电容值具有较宽的容差范围和相对较高的漏电流。电解电容器最常见的应用是用作线性和开关电源中的滤波电容器（图 5）。

                        电解电容器示例；所有器件的电容均为 10 微法 (µF)。

在图 5 中（从左向右），首先是 Kemet 的 ESK106M063AC3FA，这是一款 10 µF、容差 20%、63 V 的径向引线铝电解电容器。工作温度高达 85°C，工作寿命为 2,000 小时。该电容器适用于通用电解应用，包括滤波、去耦和旁路操作。

铝电解电容器的替代品是铝聚合物电容器，它用固体聚合物电解质代替液体电解质。聚合物铝电容器比铝电解电容器具有更低的 ESR 和更长的工作寿命。与所有电解电容器一样，它们也是极化的，并作为滤波和去耦电容器应用于电源中。

Kemet 的 A758BG106M1EDAE070 是一款 10 µF、25 V 径向引线铝聚合物电容器，在广泛的温度范围内具有更长的寿命和更高的稳定性。该器件适用于手机充电器、医疗电子设备等工业和商业应用。

钽电容器是电解电容器的另一种形式。该器件在钽箔上以化学方式形成一层氧化钽。其体积效率优于铝电解电容器，但最大电压水平通常较低。与铝电解电容器相比，钽电容器具有更低的 ESR 和更高的温度耐受性，这意味着它们能够更好地承受焊接过程。

Kemet 的 T350E106K016AT 是一款 10 µF、容差 10%、16 V、径向引线钽电容器。它具有小尺寸、低漏电流和低耗散因数等优点，适合滤波、旁路、交流耦合和定时应用。

最后一种电解电容器类型是氧化铌电解电容器。铌电解电容器是在钽短缺的情况下发展起来的，它以铌和五氧化二铌代替钽作为电解质。由于介电常数较高，其单位电容封装尺寸较小。

氧化铌电解电容器的一个示例是来自 AVX Corp. 的 NOJB106M010RWJ，这是一款采用表面贴装配置的 10 µF、容差 20%、10 V 电容器。与钽电解电容器一样，它也用于滤波、旁路和交流耦合应用。

云母电容器

云母电容器（多为银云母）的特点是电容容差小 (±1%)、电容温度系数低（通常为 50 ppm/°C）、耗散因数极低、电容随施加电压的变化小。该器件具有紧公差和高稳定性，适用于射频电路。云母电介质在两侧喷涂银层以提供导电表面。云母是一种稳定的矿物质，不会与大多数常见的电子污染物发生相互作用。

Cornell Dubilier Electronics 的 MC12FD101J-F 是一款 100 pF、容差 5%、500 V 云母电容器，采用表面贴装配置（图 6）。该器件用于 MRI、移动无线电、功率放大器和振荡器等射频应用。额定工作温度范围为 -55°C 至 125°C。

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电容的单位       

电容的基本单位是：F （法），此外还有μF（微法）、nF（用的比较少）pF（皮法），由于电容 F 的容量非常大，所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位，而不是F的单位。  他们之间的具体换算如下：  

1F＝1000000μF 

1μF=1000nF=1000 000pF  

电容的耐压值（单位：V）       

一个电容都有它的耐压值，这是电容的重要参数之一。
       普通无极性电容的标称耐压值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等；
       有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。 

 

电解电容在电路中的作用 

滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰．

2，耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

 

1    耦合

2. 隔直流

电容具有通交隔直的作用，即通交流隔直流。如图当交流加直流经过电容时，只有交流通过了。

3    滤波

    滤波电路中的电容称为滤波电容
在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除

 

4    退耦 

   退耦电路中的电容称为退耦电容
在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路，退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连

5   高频消振

    高频消振电路中的电容称为高频消振电容
在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫

6    谐振

    LC谐振电路中的电容称为谐振电容
LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路

7    旁路

    旁路电路中的电容称为旁路电容
电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路
根据所去掉信号频率不同：
（1）全频域（所有交流信号）旁路电容电路
（2）高频旁路电容电路

8   中和

    中和电路中的电容称为中和电容
在收音机高频和中频放大器，电视机高频放大器中，采用中和电容电路，以消除自激

9    定时

    定时电路中的电容称为定时电容
在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用

10   积分

    积分电路中的电容称为积分电容
在电势场扫描的同步分离电路中，采用这种积分电容电路，可以从场复合同步信号中取出场同步信号

11    微分：

    微分电路中的电容称为微分电容
触发器电路为了得到尖顶触发信号，采用这种微分电容电路，以从各类（主要是矩形脉冲）信号中得到尖顶脉冲触发信号

12    补偿

    补偿电路中的电容称为补偿电容
在卡座的低音补偿电路中，使用这种低频补偿电容电路，以提升放音信号中的低频信号。此外，还有高频补偿电容电路

13    自举

    自举电路中的电容称为自举电容
常用的OTL功率放大器输出级电路采用这种自举电容电路，以通过正反馈的方式少量提升信号的正半周幅度

14    分频

    分频电路中的电容称为分频电容
在音箱的扬声器分频电路中，使用分频电容电路，使得高频扬声器工作在高频段
中频扬声器工作在中频段，低频扬声器工作在低频段

15    负载电容

    与石英晶体谐振器一起决定负载谐振频率的有效外界电容。
负载电容常用的标准值有16pF、20pF、30pF、50pF和100pF。
负载电容可以根据具体情况作适当的调整，通过调整一般可以将谐振器的工作频率调到标称值。

 

电解电容的判断方法

        电解电容常见的故障有，容量减少，容量消失、击穿短路及漏电，其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起，而击穿与漏电一般为所加的电压过高或本身质量不佳引起。判断电源电容的好坏一般采用万用表的电阻档进行测量．具体方法为：将电容两管脚短路进行放电，用万用表的黑表笔接电解电容的正极。红表笔接负极(对指针式万用表，用数字式万用表测量时表笔互调)，正常时表针应先向电阻小的方向摆动，然后逐渐返回直至无穷大处。表针的摆动幅度越大或返回的速度越慢，说明电容的容量越大，反之则说明电容的容量越小．如表针指在中间某处不再变化，说明此电容漏电，如电阻指示值很小或为零，则表明此电容已击穿短路．因万用表使用的电池电压一般很低，所以在测量低耐压的电容时比较准确，而当电容的耐压较高时，打时尽管测量正常，但加上高压时则有可能发生漏电或击穿现象．