电子学/电容器

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一般说明

一些用于电子设备的不同电容器

电容器是一个很好的例子，它说明即使是最简单的设备，在经过 250 年的发展后也会变得复杂。（引用 J. Ho，T. R. Jow，St. Boggs，电容器技术历史简介）

电容器，连同电阻器、电感器和忆阻器，属于电子设备的“无源元件”组。虽然从绝对数字来看，最常见的电容器是集成电容器，例如 DRAM 或闪存结构中的电容器，但这篇文章主要集中在分立元件上。

电容器

传统结构理论

电容器模型

电容器（历史上被称为“电容器”）是一种通过积累内部电荷的不平衡来储存电场能量的器件。它由两个由电介质（绝缘体）隔开的导体组成。使用水流过管道的相同类比，可以将电容器视为一个水箱，其中电荷可以被认为是水箱中的水量。水箱可以“充电”和“放电”，就像电容器对电荷一样。机械类比是弹簧。当弹簧被拉回来时，它会保持电荷。

当电压存在时，电容器的一端正在被抽干，而另一端正在被电荷充满。这被称为充电。充电会在两个极板之间产生电荷不平衡，并产生反向电压，阻止电容器继续充电。因此，当电容器首次连接到电压时，电荷只会流动以在电容器充满电时停止。当电容器充满电时，电流停止流动，它成为开路。这就像电容器获得了无限的电阻一样。

您还可以将电容器视为与虚构电阻串联的虚构电池。从电容器完全放电开始充电过程，所施加的电压不会被虚构电池抵消，因为虚构电池的电压仍然为零，因此充电电流达到最大值。随着充电的继续，虚构电池的电压会增加，并抵消所施加的电压，因此充电电流会随着虚构电池电压的增加而减小。最后，虚构电池的电压等于所施加的电压，因此没有电流可以流入或流出电容器。

就像电容器可以充电一样，它也可以放电。将电容器视为一个虚构电池，它最初向“负载”提供最大电流，但随着放电的继续，虚构电池的电压不断降低，因此放电电流也降低。最后，虚构电池的电压为零，因此放电电流也为零。

这与介电击穿不同，介电击穿是指电容器极板之间的绝缘体击穿并放电。这种情况只发生在高电压下，电容器通常在这个过程中被破坏。当电容器的两个极板接触时，就会发生介电击穿的壮观例子。这会导致积聚在两个极板上的所有电荷立即放电。这样的系统在需要在极短时间内释放大量能量的电击枪中很受欢迎。

电化学构造理论

电极双电层示意图 (BMD 模型)。
1. IHP 内亥姆霍兹层
2. OHP 外亥姆霍兹层
3. 扩散层
4. 溶剂化离子
5. 特定吸附离子 (赝电容)
6. 溶剂分子。

除了在电场中储存电能的传统静态存储方式外，还存在两种其他用于在电容器中储存电能的存储原理。它们被称为电化学电容器。与陶瓷、薄膜和电解电容器不同，超级电容器，也称为双电层电容器 (EDLC) 或超级电容，没有传统的介电层。电化学电容器的电容值由两种高电容存储原理决定。这些原理是

• 在电极表面和电解质之间的相界面上形成的亥姆霍兹双电层内的静电存储 (双电层电容) 和
• 通过特定吸附离子和氧化还原反应的法拉第电子电荷转移实现的电化学存储 (赝电容)。与电池不同的是，在法拉第氧化还原反应中，离子只是附着在电极的原子结构上，而不会形成或断裂化学键，并且在充放电过程中没有或只有微不足道的化学变化。

每个原理产生的存储量的比例可以相差很大，具体取决于电极设计和电解质成分。赝电容可以将电容值提高一个数量级，远远超过双电层本身的电容值。

电容

电容器的电容是指当电容器两端存在一定电位 (电压) 时，电容器中存在的电荷量之比。电容的单位是 法拉，等于每伏特一库仑。对于大多数实际应用来说，这是一个非常大的电容；典型电容器的电容值为微法拉或更小。

$C={\frac {Q}{V}}$

其中，C 是以法拉为单位的电容，V 是以伏特为单位的电位，Q 是以库仑为单位的电荷。求解该方程的电位得到

$V={\frac {Q}{C}}$

电容器 & 直流电压 (DC)

电荷积累

当电容器与电源 V 连接时，电荷将在电容器的每个极板上积累，电荷量相同，但极性不同。这个过程被称为电容器充电。

储存电荷

当两个极板都充电到电压 V 时，电容器极板和电源之间没有电压差，因此电路中没有电流流动。这被称为储存电荷。

电荷放电

当电容器连接到地时，电流将从电容器流向地，直到电容器极板上的电压等于零。

因此，电容器是一种可以积累电荷、储存电荷和释放电荷的器件。

电容器 & 交流电压 (AC)

电压

$V={\frac {1}{C}}\int Idt$

电流

$I=C{\frac {dV}{dt}}$

电抗

电抗定义为电压与电流之比。

$X_{C}={\frac {1}{\omega C}}\angle -90={\frac {1}{j\omega C}}={\frac {1}{sC}}$

阻抗

阻抗定义为电容器的电阻和电抗之和。

$R_{C}+X_{C}=R_{C}\angle 0+{\frac {1}{\omega C}}\angle -90=R_{C}+{\frac {1}{j\omega C}}=R_{C}+{\frac {1}{sC}}$

电压和电流之间的相位差

对于无损电容器

电流将领先电压 90 度

对于有损电容器

电流将领先电压 θ 度，其中

Tan θ = ${\frac {1}{\omega CR_{C}}}={\frac {1}{2\pi fCR_{C}}}={\frac {t}{2\pi CR_{C}}}$

改变 R 和 C 的值将改变相位角、角频率、频率和时间的值

$\omega ={\frac {1}{Tan\theta CR_{C}}}$

$f={\frac {1}{2\pi Tan\theta CR_{C}}}$

$t=2\pi Tan\theta CR_{C}$

电容连接

串联电容

串联电容与增加两个电容板之间的距离相同。此外，需要注意的是，将两个 100 V 电容串联起来的效果与使用一个总最大电压为 200 V 的电容相同。但是，不建议在实践中这样做，尤其是在使用不同值的电容时。在串联的电容网络中，所有电容都可能承受不同的电压。

在串联配置中，所有电容组合后的电容是所有电容电容的倒数之和的倒数。

${\frac {1}{C_{eq}}}={\frac {1}{C_{1}}}+{\frac {1}{C_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{C_{n}}}$

并联电容

并联电容与增加电容的总表面积以创建具有更大电容的更大电容相同。在并联的电容网络中，所有电容都承受相同的电压。

在并联配置中，并联电容的电容是所有电容的电容之和。

$C_{eq}=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{n}\,\!$

RC 电路

介绍

RC 电路是“电阻-电容”电路的简称。电容通过电阻放电需要一定的时间，该时间会随着电阻和电容的值而变化。在电子电路中，电容的行为很有意思，实际上它可以看作是电压源和可变电阻的组合。

基础知识

以下是一个简单的 RC 电路

电容与电阻和电流探头并联。电容的作用是在电路最初接通时充当非常低的负载电阻。这在下图中有所说明

最初，电容的电阻非常低，几乎为 0。由于电流走最小的电阻路径，所以几乎所有的电流都流过电容，而不是电阻，因为电阻的电阻要高得多。

随着电容充电，它的电阻会随着它积累的电荷而增加。随着电容的电阻上升，电流开始不仅流向电容，而且也流过电阻

当电容的电压等于电池的电压时，这意味着它已充满电，它将不再允许任何电流通过它。随着电容充电，它的电阻增加并变得实际上无限大（开路），所有电流都流过电阻。

然而，一旦断开电源，电容就会充当电压源本身

随着时间的推移，电容的电荷开始下降，它的电压也随之下降。这意味着流过电阻的电流更少

一旦电容完全放电，你就会回到起点

如果用一个灯泡和一个连接到电池的电容来做这个实验，你会看到以下情况

1. 闭合开关。灯不亮。
2. 灯逐渐变亮...
3. 灯达到最大亮度。
4. 释放开关。灯继续亮着。
5. 灯开始变暗...
6. 灯灭了。

这就是电容的工作原理。但是，如果你改变 R1、C1 的值或电池的电压呢？我们将研究电阻、电容和充电速率之间的数学关系

时间常数

为了弄清楚电容器完全充电或放电需要多长时间，或者电容器达到某个电压需要多长时间，您需要了解一些信息。首先，您必须知道起始电压和结束电压。其次，您必须知道您所用电路的时间常数。时间常数用希腊字母'tau'或τ表示。计算该时间常数的公式为

$\tau ={R}{C}\,\!$

因此，这意味着时间常数是电容器充电到其满电量的 63% 所需的时间。这个时间，以秒为单位，可以通过将电阻（以欧姆为单位）乘以电容（以法拉为单位）来计算。

根据上面的公式，有两种方法可以延长放电所需的时间。一种是增加电阻，另一种是增加电容器的电容。这应该是有道理的。需要注意的是，该公式是累积的，因此在第二个时间常数中，它会根据最初的 63% 充电另外 63%。这将在第二个时间常数中为您提供大约 86.5% 的电量。下面是一个表格。

时间常数	充电
1	63%
2	87%
3	95%
4	98%
5	99+%

在实际应用中，到第五个时间常数，电容器被认为是完全充电或放电。

这里添加一些关于放电如何以相同方式进行以及电压基于时间的函数的内容。

$v(t)={\frac {1}{C}}\int i(t)dt$

其中 i(t) 是流经电容器的电流，它是时间的函数。

这个方程通常以另一种形式使用。通过对时间进行微分

$i(t)=C{\frac {dv(t)}{dt}}$

用 v/r 代替 i(t) 并对上述方程进行积分，您将得到一个用于描述 RC 电路的充电和放电特性的方程。充电特性曲线从 0%（0 伏）呈指数增长并接近 100% 满（最大电压），类似地，放电曲线从理论上的 100%（最大电压）开始并呈指数下降到 0%（0 伏）。

电容器 - 一般说明

常见的电容器及其名称

电容器分为两个机械组：具有固定电容值的固定电容器和具有可变（微调）或可调节（可调谐）电容值的变容电容器。

最重要的组是固定电容器。许多电容器的名称来自介电材料。对于系统的分类，这些特性不能使用，因为最古老的电解电容器的名称来自其阴极结构。因此，最常用的名称仅仅是历史上的。

最常见的电容器类型是

• 陶瓷电容器具有陶瓷介电层。
• 薄膜和纸质电容器以其介电层命名。
• 铝、钽和铌电解电容器以用作阳极的材料和阴极的结构命名。
• 超级电容器是以下类型电容器的统称
  • 双电层电容器以亥姆霍兹双电层的物理现象命名。
  • 赝电容器以其通过可逆的法拉第电荷转移进行电化学储能的能力命名。
  • 混合电容器结合了双电层和赝电容器，以提高功率密度。
• 很少使用的银云母、玻璃、硅、气隙和真空电容器以其介电层命名。

每个系列中的电容器具有相似的物理设计特征，但会有所不同，例如，在端子的形式方面。

电子设备中使用最广泛的固定电容器的概述

除了上面提到的根据历史发展得名的电容器类型外，还有许多根据应用命名的单个电容器。它们包括

• 功率电容器、电机电容器、直流链路电容器、抑制电容器、音频分频器电容器、照明镇流器电容器、缓冲电容器、耦合、去耦或旁路电容器。

通常，这些应用会采用多个电容器系列，例如，干扰抑制可以使用陶瓷电容器或薄膜电容器。

还存在一些专用设备，例如在多层印刷电路板的不同层中具有金属导电区域的内置电容器，以及将两段绝缘导线扭在一起之类的笨拙方法。

介电层

不同电容器类型的原理电荷存储及其固有的电压进展

最常见的介电层是

• 陶瓷
• 塑料薄膜
• 氧化物层在金属上（铝、钽、铌）
• 天然材料，如云母、玻璃、纸、空气、真空

它们都通过静电方式在两个（平行）电极之间的电场中储存电荷。

在这些传统电容器的基础上，开发了一系列称为超级电容器的电化学电容器。超级电容器没有传统的介电层。它们通过静电方式在

• 亥姆霍兹双电层（双电层电容器）

和额外的法拉第电荷转移电化学

• 具有赝电容（赝电容器）
• 或将两种存储原理结合在一起（混合电容器）。

下表列出了所用不同介电层最重要的材料参数以及近似的亥姆霍兹层厚度。

关键参数

电容器类型	介电层	介电常数 在 1 kHz 时	最大/实现。 介电强度 V/µm	最小厚度 介电层 µm
陶瓷电容器, 1 类	顺电	12–40	< 100(?)	1
陶瓷电容器， 2 类	铁电	200–14,000	< 25(?)	0.5
薄膜电容器	聚丙烯 (PP)	2.2	650/450	1.9 – 3.0
薄膜电容器	聚对苯二甲酸乙二醇酯， 聚酯 (PET)	3.3	580/280	0.7–0.9
薄膜电容器	聚苯硫醚 (PPS)	3.0	470/220	1.2
薄膜电容器	聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)	3.0	500/300	0.9–1.4
薄膜电容器	聚四氟乙烯 (PTFE)	2.0	450(?)/250	5.5
纸质电容器	纸	3.5–5.5	60	5–10
铝电解电容器	氧化铝 Al2O3	9,6	710	< 0.01 (6.3 V) < 0.8 (450 V)
钽电解电容器	五氧化二钽 Ta2O5	26	625	< 0.01 (6.3 V) < 0.08 (40 V)
铌电解电容器	五氧化二铌, Nb2O5	42	455	< 0.01 (6.3 V) < 0.10 (40 V)
超级电容器 双电层电容器	亥姆霍兹双电层	-	-	< 0.001 (2.7 V)
真空电容器	真空	1	40	-
空气间隙电容器	空气	1	3.3	-
玻璃电容器	玻璃	5–10	450	-
云母电容器	云母	5–8	118	4–50

电容器的极板面积可以根据所需的电容值进行调整。介电常数和介电厚度是决定电容器参数的关键因素。加工的简易性也是至关重要的。薄而有机械柔性的薄片可以很容易地卷绕或堆叠，从而形成具有高电容值的较大尺寸设计。然而，覆盖有金属化电极的超薄金属化烧结陶瓷层为小型化电路（采用SMD样式）提供了最佳条件。

简单地看一下上表中的数据，就能解释一些基本事实

• 超级电容器由于其特殊的电荷存储原理，具有最高的电容密度。
• 电解电容器的电容密度低于超级电容器，但由于其薄的介电层，是传统电容器中电容密度最高的。
• 陶瓷电容器 2类在给定情况下比1类电容器具有更高的电容值，因为它们的介电常数要高得多。
• 薄膜电容器使用不同的塑料薄膜材料，在给定电容/电压值下，薄膜电容器的尺寸范围较小，因为不同薄膜材料的最小介电薄膜厚度不同。

电容和电压范围

不同类型电容器的电容范围与电压范围

电容范围从皮法拉到数百法拉不等。额定电压可以达到100千伏。一般来说，电容和电压与物理尺寸和成本成正比。

小型化

电容器体积效率从1970年到2005年（点击图像放大）

与电子设备的其他领域一样，体积效率衡量的是每单位体积的电子功能性能。对于电容器来说，体积效率是用“CV乘积”来衡量的，它是通过将电容（C）乘以最大额定电压（V）得到的值，再除以体积。从1970年到2005年，体积效率显著提高。

• 电容器小型化
• 
  1923年用于电报线路噪声去耦（阻挡）的叠层纸电容器（块状电容器）
• 
  20世纪30年代早期的绕线金属化纸电容器，硬纸壳外壳，电容值以“厘米”为单位，在cgs系统中表示；5,000 cm对应28 nF
• 
  折叠式湿式铝电解电容器，贝尔系统1929年，视图显示折叠的阳极，阳极安装在方形外壳（未显示）中，外壳充满液体电解质
• 
  两个8 μF、525 V的绕线湿式铝电解电容器，纸质外壳，用焦油密封，来自20世纪30年代的收音机。

应用范围重叠

这些单个电容器可以独立于其所属的上述电容器类型，执行其应用，因此，不同类型电容器之间存在应用范围重叠。

比较三种主要的电容器类型，可以看出，在电子设备中，许多通用和工业应用存在广泛的重叠功能。

电容器类型和样式

陶瓷电容器

多层陶瓷电容器（MLCC）的结构

主条目：陶瓷电容器

陶瓷电容器是一种非极性固定电容器，由两层或多层交替排列的陶瓷和金属层构成，其中陶瓷材料作为介电层，金属材料作为电极。陶瓷材料是由细磨的顺电或铁电材料颗粒混合而成的，并掺杂了混合的氧化物，这些氧化物对于实现电容器所需的特性是必不可少的。陶瓷材料的电气行为分为两个稳定性类别

• 1类陶瓷电容器具有高稳定性和低损耗，可以补偿谐振电路应用中温度的影响。常见的EIA/IEC代码缩写是C0G/NP0、P2G/N150、R2G/N220、U2J/N750等。
• 2类陶瓷电容器具有高体积效率，适用于缓冲、旁路和耦合应用。常见的EIA/IEC代码缩写是：X7R/2XI、Z5U/E26、Y5V/2F4、X7S/2C1等。

陶瓷原材料的良好可塑性使其适用于许多特殊应用，并使陶瓷电容器的样式、形状和尺寸范围极其多样。例如，最小的分立电容器是“01005”芯片电容器，尺寸仅为0.4 mm × 0.2 mm。

多层陶瓷电容器的结构通常由交替排列的层组成，从而形成并联连接的单个电容器。这种配置可以提高电容，并降低所有损耗和寄生电感。陶瓷电容器非常适合高频和高电流脉冲负载。

由于陶瓷介电层的厚度可以很容易地通过所需的应用电压进行控制和生产，因此陶瓷电容器的额定电压可达30 kV范围。

一些形状和样式特殊的陶瓷电容器用作特殊应用的电容器，包括用于连接电源线的RFI/EMI抑制电容器，也称为安全电容器，用于旁路和去耦应用的X2Y®电容器，用于通过低通滤波器抑制噪声的穿透式电容器，以及用于发射机和高频应用的陶瓷功率电容器。

• 陶瓷电容器的不同样式
• 
  用于SMD安装的多层陶瓷电容器（MLCC芯片）
• 
  陶瓷X2Y®去耦电容器
• 
  用于连接电源线的陶瓷EMI抑制电容器（安全电容器）
• 
  高压陶瓷功率电容器

陶瓷电容器的特点、应用和缺点

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
陶瓷1类电容器	顺电陶瓷，由二氧化钛添加剂混合而成	在工作温度下，具有可预测的线性且低电容变化。优异的高频率特性，损耗低。适用于谐振电路中的温度补偿。提供高达 15,000 伏的电压。	低介电常数陶瓷，电容体积效率低，尺寸比 2 类电容器更大。
陶瓷 2 类电容器。	铁电陶瓷，由钛酸钡和合适的添加剂混合而成。	高介电常数，高体积效率，尺寸比 1 类电容器更小。适用于缓冲、旁路和耦合应用。提供高达 50,000 伏的电压。	稳定性低于 1 类，损耗更高。电容会随着施加电压、频率和老化效应的变化而变化。略微麦克风效应。

薄膜电容器

主要文章：薄膜电容器

三种不同薄膜电容器结构的示例，用于提高浪涌电流额定值。

薄膜电容器或塑料薄膜电容器是非极性电容器，使用绝缘塑料薄膜作为介电材料。介电薄膜被拉伸成薄层，并涂覆金属电极，然后卷成圆柱形绕组。薄膜电容器的电极可以是金属化的铝或锌，涂覆在塑料薄膜的一侧或两侧，形成金属化薄膜电容器，也可以是覆盖在薄膜上的独立金属箔，称为薄膜/箔电容器。

金属化薄膜电容器具有自修复特性。介电击穿或电极之间的短路不会破坏元件。金属化的结构使得可以制造具有更大电容值（高达 100 微法和更大）的绕组电容器，其尺寸比薄膜/箔结构更小。

薄膜/箔电容器或金属箔电容器使用两层塑料薄膜作为介电材料。每层薄膜都覆盖着一层薄金属箔，主要是铝，以形成电极。这种结构的优点是金属箔电极易于连接，并且具有极好的电流脉冲强度。

每种薄膜电容器内部结构的关键优点是直接接触到绕组两端的电极。这种接触使所有电流路径保持非常短。这种设计类似于许多并联连接的单个电容器，从而降低了内部欧姆损耗（ESR）和寄生电感（ESL）。薄膜电容器结构的固有几何形状导致低欧姆损耗和低寄生电感，这使得它们适用于高浪涌电流应用（抑制器）和交流电源应用，或适用于更高频率的应用。

用作薄膜电容器介电材料的塑料薄膜有聚丙烯 (PP)、聚酯 (PET)、聚苯硫醚 (PPS)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN) 和聚四氟乙烯或特氟龙 (PTFE)。聚丙烯薄膜材料的市场份额约为 50%，聚酯薄膜的市场份额约为 40%，是使用最广泛的薄膜材料。其余约 10% 将由其他材料使用，包括 PPS 和纸张，每种材料约占 3%。

薄膜电容器的塑料薄膜材料特性。

		薄膜材料，缩写代码。
薄膜特性。		PET	PEN	PPS	PP
1 千赫时的相对介电常数。		3.3	3.0	3.0	2.2
最小薄膜厚度（微米）。		0.7–0.9	0.9–1.4	1.2	2.4–3.0
吸湿率（%）。		低。	0.4	0.05	<0.1
介电强度（伏/微米）。		580	500	470	650
商业实现的。 耐压（伏/微米）。		280	300	220	400
直流电压范围（伏）。		50–1,000	16–250	16–100	40–2,000
电容范围。		100 皮法–22 微法	100 皮法–1 微法	100 皮法–0.47 微法	100 皮法–10 微法
应用温度范围（摄氏度）。		−55 到 +125/+150	−55 到 +150	−55 到 +150	−55 到 +105
ΔC/C 与温度范围（%）。		±5	±5	±1.5	±2.5
损耗因数（•10−4）。
	在 1 kHz 时	50–200	42–80	2–15	0.5–5
	在 10 千赫时。	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	在 100 千赫时。	170–300	120–300	12–60	2–25
	在 1 兆赫时。	200–350	–	18–70	4–40
时间常数 RInsul•C (秒)。	在 25 摄氏度时。	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
	在 85 摄氏度时。	1,000	1,000	1,000	10,000
介电吸收（%）。		0.2–0.5	1–1.2	0.05–0.1	0.01–0.1
比电容（纳法•伏/毫米3）。		400	250	140	50

一些特殊形状和样式的薄膜电容器用作特殊应用的电容器，包括RFI/EMI 抑制电容器，用于连接到电源线，也称为安全电容器， 抑制电容器，用于非常高的浪涌电流， 电机运行电容器，用于电机运行应用的交流电容器

• 高脉冲电流负载是薄膜电容器最重要的特性，因此许多现有样式都具有用于高电流的特殊端接。
• 
  径向式（单端）用于印刷电路板上的通孔焊接安装。
• 
  SMD 式用于印刷电路板表面安装，在两侧相对边缘上具有金属化触点。
• 
  径向式，具有用于抑制应用和高浪涌脉冲负载的重型焊端。
• 
  具有螺钉端子的重型抑制电容器。

薄膜电容器的特性和应用以及缺点。

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
金属化薄膜电容器。	PP、PET、PEN、PPS、(PTFE)。	金属化薄膜电容器的尺寸比薄膜/箔版本小得多，并且具有自修复特性。	薄金属化电极限制了最大电流承载能力，也限制了最大可能的脉冲电压。
薄膜/箔薄膜电容器。	PP、PET、PTFE。	薄膜/箔薄膜电容器具有最高的浪涌额定值/脉冲电压。峰值电流高于金属化类型。	没有自修复特性：内部短路可能会导致失效。尺寸大于金属化替代品。
聚丙烯 (PP) 薄膜电容器。	聚丙烯。 (Treofan®)。	最流行的薄膜电容器介电材料。在工作温度下具有可预测的线性且低电容变化。适用于 1 类频率确定电路和精密模拟应用。电容非常窄。损耗因数极低。吸湿率低，因此适用于没有涂层的“裸露”设计。高绝缘电阻。可在高功率应用中使用，例如抑制器或 IGBT。也用于交流电源应用，例如电机或功率因数校正。介电损耗非常低。高频和高功率应用，例如感应加热。广泛用于安全/EMI 抑制，包括连接到电源线。	最高工作温度为 105 摄氏度。相对介电常数为 2.2。PP 薄膜电容器往往比其他薄膜电容器更大。比用于脉冲功率应用的浸油 MKV 电容器更容易受到瞬态过电压或反向电压的损坏。
聚酯 (PET) 薄膜。 (麦拉) 电容器。	聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酯 (Hostaphan®、Mylar®)。	尺寸小于具有相同功能的聚丙烯薄膜电容器。吸湿率低。几乎完全取代了大多数直流应用中的金属化纸和聚苯乙烯薄膜。主要用于工作温度高达 125 摄氏度的一般应用或半关键电路。工作电压高达 60,000 伏直流。	可在低频（交流电源）下使用。由于温度和频率升高会导致更高损耗，因此在电力电子设备中的使用有限。
聚萘二甲酸乙二醇酯。 (PEN) 薄膜电容器。	聚萘二甲酸乙二醇酯 (Kaladex®)	与 PET 相比，它在高温下具有更好的稳定性。更适合高温应用和 SMD 封装。主要用于非关键性滤波、耦合和去耦，因为温度依赖性并不显著。	相对介电常数和介电强度较低意味着在给定电容和额定电压下，尺寸要比 PET 大。
聚苯硫醚 (PPS) 薄膜电容器	聚亚苯基 (Torelina®)	在整个温度范围内具有较小的温度依赖性，并且在较宽的频率范围内具有较窄的频率依赖性。损耗因子很小且稳定。工作温度高达 270 °C。适合 SMD。能够承受 RoHS 2002/95/欧盟指令规定的无铅焊接的增加的回流焊温度。	超过 100 °C 时，损耗因子会增加，从而导致元件温度升高，但可以不发生降解而运行。成本通常高于 PP。
聚四氟乙烯 (PTFE) (特氟龙 薄膜) 电容器	聚四氟乙烯 (Teflon®)	损耗最低的固体介电材料。工作温度高达 250 °C。绝缘电阻极高。稳定性好。用于任务关键型应用。	尺寸较大（由于介电常数低）。成本高于其他薄膜电容器。
聚碳酸酯 (PC) 薄膜电容器	聚碳酸酯	几乎完全被 PP 取代	制造商有限
聚苯乙烯 (PS) 薄膜电容器	聚苯乙烯 (Styroflex)	几乎完全被 PET 取代	制造商有限
聚砜薄膜电容器	聚砜	类似于聚碳酸酯。在相对较高的温度下能够承受全电压。	仅开发，未找到系列（2012 年）
聚酰胺薄膜电容器	聚酰胺	工作温度高达 200 °C。绝缘电阻高。稳定性好。损耗因子低。	仅开发，未找到系列（2012 年）
聚酰亚胺薄膜 (Kapton) 电容器	聚酰亚胺 (Kapton)	所有已知塑料薄膜介电材料中介电强度最高。	仅开发，未找到系列（2012 年）

薄膜功率电容器

MKV 功率电容器，双面金属化纸（电极的无场机械载体），聚丙烯薄膜（介电材料），绕组浸渍在绝缘油中

一种相关类型是 功率薄膜电容器。用于大型功率薄膜电容器的材料和制造技术与普通薄膜电容器的材料和制造技术基本相同。然而，由于历史原因，通常将具有高到非常高的功率等级的电容器（用于电力系统和电气装置中的应用）单独分类。普通薄膜电容器的标准化面向电气和机械参数。相比之下，功率电容器的标准化强调人员和设备的安全，如当地监管机构规定。

随着现代电子设备获得了处理以前“电力”组件独占的功率等级的能力，“电子”和“电力”功率等级之间的区别变得模糊。从历史上看，这两个系列之间的界限大约在 200 伏安的无功功率处。

功率薄膜电容器主要使用聚丙烯薄膜作为介电材料。其他类型包括金属化纸电容器（MP 电容器）和具有聚丙烯介电材料的混合介电薄膜电容器。MP 电容器用于成本应用和作为无场载体电极（浸渍箔电容器），用于高交流或高电流脉冲负载。绕组可以用绝缘油或 环氧树脂 填充，以减少气泡，从而防止短路。

它们被用作转换器，用于改变电压、电流或频率，储存或突然释放电能，或提高功率因数。这些电容器的额定电压范围约为 120 V AC（电容式照明镇流器）到 100 kV。

• 用于电力系统、电气装置和工厂中的功率薄膜电容器
• 
  用于交流 功率因数校正 (PFC) 的功率薄膜电容器，包装在圆柱形金属罐中
• 
  矩形外壳中的功率薄膜电容器
• 
  位于汉堡 DESY 场地的强子电子环形加速器 (HERA) 中用于磁场产生的几个能量存储功率薄膜电容器组之一
• 
  150 kV 处的 75 MVAR 变电站电容器组

基于薄膜的功率电容器的特点、应用和缺点

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
金属化纸功率电容器	浸渍在绝缘油或环氧树脂中的 纸张	自愈特性。最初浸渍在蜡、油或环氧树脂中。在某些 高压 应用中使用油浸牛皮纸版本。主要被 PP 取代。	尺寸很大。高度 吸湿性，尽管有塑料外壳和浸渍，但会从 大气 中吸收 水分。水分会增加介电损耗并降低 绝缘 电阻。
纸薄膜/箔功率电容器	浸渍在油中的 牛皮纸	用金属箔作为电极覆盖的纸张。成本低。间歇工作，高放电应用。	物理尺寸大且重量重。能量密度明显低于 PP 介电材料。不具有自愈特性。由于存储能量高，可能会出现灾难性故障。
PP 介电材料， 无场纸 功率电容器 (MKV 功率电容器)	双面（无场）金属化纸作为电极载体。PP 作为介电材料，浸渍在绝缘油、环氧树脂或绝缘气体中	自愈特性。损耗非常低。绝缘电阻高。高涌流强度。高热稳定性。重载应用，例如与高无功功率、高频率和高峰值电流负载一起换相以及其他交流应用。	物理尺寸大于 PP 功率电容器。
单面或双面 金属化 PP 功率电容器	PP 作为介电材料，浸渍在绝缘油、环氧树脂或绝缘气体中	每体积功率电容器的电容最高。自愈特性。广泛的应用，例如通用、交流电容器、电机电容器、平滑或滤波、直流链路、抑制或钳位、阻尼交流、串联谐振直流电路、直流放电、交流换相、交流功率因数校正。	对于可靠的高压运行和非常高的涌流负载至关重要，耐热性有限 (105 °C)
PP 薄膜/箔功率电容器	浸渍在 PP 或绝缘气体、绝缘油、环氧树脂或绝缘气体中	最高的涌流强度	大于 PP 金属化版本。不具有自愈特性。

电解电容器

主要文章：电解电容器

电解电容器 具有金属阳极，其表面覆盖着氧化层，用作介电材料。第二个电极是非固体（湿的）或固体电解质。电解电容器是极化的。根据它们的介电材料，有三个系列可供使用。

• 具有 氧化铝 作为介电材料的铝电解电容器
• 具有 五氧化二钽 作为介电材料的钽电解电容器
• 具有 五氧化二铌 作为介电材料的铌电解电容器。

阳极高度粗糙化，以增加表面积。这与氧化层的相对较高介电常数一起使这些电容器与薄膜或陶瓷电容器相比，每体积具有非常高的电容。

五氧化二钽的介电常数大约是氧化铝的三倍，从而产生尺寸明显更小的元件。但是，介电常数只决定尺寸。电气参数，尤其是 电导率，是由电解质的材料和组成决定的。使用了三种类型的电解质

• 非固体（湿润，液体）——电导率约为 10 mS/cm，成本最低
• 固体氧化锰——电导率约为 100 mS/cm，提供高品质和稳定性
• 固体导电聚合物（聚吡咯）——电导率约为 10,000 mS/cm， 提供低至 <10 mΩ 的 ESR 值

主要用于去耦和缓冲应用的电解电容器的内部损耗，由电解质的种类决定。

一些重要类型的电解电容器的数值

阳极材料	电解质	电容 范围 (µF)	最大额定 电压 在 85 °C 时 (V)	上限 类别 温度 (°C)	特定 纹波电流 (mA/mm3) 1)
铝 (粗糙箔)	非固体， 例如 乙二醇， DMF，DMA，GBL	0.1–2,700,000	600	150	0.05–2.0
	固体， 二氧化锰 (MnO2	0.1–1,500	40	175	0.5–2.5
	固体 导电聚合物 (例如 聚吡咯)	10–1,500	25	125	10–30
钽 (粗糙箔)	非固体 硫酸	0.1–1,000	630	125	–
钽 (烧结)	非固体 硫酸	0.1–15,000	150	200	–
	固体 二氧化锰 (MnO2	0.1–3,300	125	150	1.5–15
	固体 导电聚合物 (例如聚吡咯)	10–1,500	35	125	10–30
铌 (烧结)	固体 二氧化锰 (MnO2	1–1,500	10	125	5–20
	固体 导电聚合物 (例如聚吡咯)	2.2–1,000	25	105	10–30
1) 纹波电流在 100 kHz 和 85 °C / 体积 (标称尺寸)

电解电容器的单位体积电容很大，这使得它们在相对高电流和低频的电子电路中非常有用，例如在电源滤波器中，用于将不需要的交流分量从直流电源连接中去耦，或者用作音频放大器中的耦合电容器，用于通过或旁路低频信号并存储大量的能量。电解电容器的相对较高的电容值，加上聚合物电容器的聚合物电解质的极低 ESR，特别是 SMD 类型，使它们成为个人电脑电源中 MLC 芯片电容器的竞争者。

双极电解电容器（也称为非极性电容器）包含两个阳极氧化铝箔，表现为两个串联反向连接的电容器。

用于特殊应用的电解电容器包括电机启动电容器， 手电筒电容器 和音频频率电容器。

• 示意图
• 
  带有非固体（液体）电解质的绕组铝电解电容器结构的示意图
• 
  带有固体电解质的烧结钽电解电容器结构的示意图

• 铝、钽和铌电解电容器
• 
  铝电解电容器的轴向、径向（单端）和 V 型芯片样式
• 
  用于电源应用的铝电解电容器的卡扣式
• 
  带有聚合物电解质的铝电解电容器的表面贴装 SMD 样式
• 
  用于表面贴装的钽电解芯片电容器

电解电容器的特点、应用和缺点

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
电解电容器 带有非固体 (湿润，液体) 电解质	氧化铝 Al2O3	非常大的电容体积比。电容值高达 2,700,000 µF/6.3 V。电压高达 550 V。每电容/电压值的成本最低。用于电容稳定性不高且低损耗不重要的场合，特别是对于较低的频率，例如电源和直流链路中的旁路、耦合、平滑和缓冲应用。	极性。明显的漏电流。相对较高的ESRTemplate:Dn 和 ESL 值，限制了高纹波电流和高频应用。需要进行寿命计算，因为存在干涸现象。过载、过热或反向极化连接时会排气或爆裂。水性电解质在使用寿命结束时可能会排气，表现出“电容器瘟疫”之类的故障
	五氧化二钽 Ta2O5	湿式钽电解电容器（湿式块状） 电解电容器中漏电流最低。电压高达 630 V（钽薄膜）或 125 V（钽烧结体）。密封性好。稳定可靠。军事和航天应用。	极性。当电压、纹波电流或电压上升速度超过限值，或在反向电压下，会发生猛烈爆炸。昂贵。
[电解电容器 带有固体 [二氧化锰] 电解质	氧化铝 Al2O3 五氧化二钽 Ta2O5， 五氧化二铌 Nb2O5	钽和铌在相同电容/电压下尺寸更小，与铝相比。稳定的电气参数。良好的长期高温性能。比非固体（湿润）电解电容器的 ESR 低。	极性。约 125 V。低电压，对瞬态反向电压或浪涌电压的容忍度有限。故障时可能发生燃烧。ESR 比导电聚合物电解质高得多。预计锰将被聚合物取代。
电解电容器 带有固体 聚合物 电解质 (聚合物电容器)	氧化铝 Al2O3, 五氧化二钽 Ta2O5， 五氧化二铌 Nb2O5	与锰或非固体（湿润）电解电容器相比，ESR 大大降低。更高的纹波电流额定值。延长了使用寿命。稳定的电气参数。自修复。 用于较小的电源中的平滑和缓冲，特别是在 SMD 中。	极性。电解电容器中漏电流最高。价格高于非固体或二氧化锰。电压限制在约 100 V。当电压、电流或电压上升速度超过限值，或在反向电压下会爆炸。

超级电容器

主要文章：超级电容器

超级电容器和相关类型的层次分类

显示各种电容器和电池的功率密度与能量密度的拉贡图

根据 IEC 62391-1、IEC 62567 和 DIN EN 61881-3 标准将超级电容器分为几类

超级电容器 (SC)， 包含一系列 电化学 电容器。超级电容器，有时称为超级电容，是 双电层电容器 (EDLC)、赝电容 和混合电容器的通用术语。它们没有传统的固体 介电。电化学电容器的电容值由两个存储原理决定，这两个原理都对电容器的总电容有贡献：

• 双电层电容——通过在导体表面和电解质溶液之间的 界面处 亥姆霍兹 双电层 中分离电荷来实现存储。双电层中电荷的分离距离约为几个 埃（0.3–0.8 纳米）。这种存储的起源是 静电。
• 赝电容 – 存储是通过电极表面的氧化还原反应、电吸附或嵌入，或通过特定吸附的离子实现的，这些离子导致可逆的法拉第电荷转移。赝电容起源于法拉第过程。^[2]

每个原理产生的存储比例差异很大，具体取决于电极设计和电解质组成。与双电层相比，赝电容可以使电容值提高一个数量级。^[27]

超级电容器根据电极的设计分为三个类别。

• 双电层电容器 – 具有碳电极或其衍生物，其静态双电层电容远高于法拉第赝电容。
• 赝电容器 – 具有金属氧化物或导电聚合物电极，具有大量的法拉第赝电容。
• 混合电容器 – 具有特殊和非对称电极的电容器，既具有显著的双电层电容，又具有赝电容，例如锂离子电容器.

超级电容器弥合了传统电容器和可充电电池之间的差距。它们具有所有电容器中最高的单位体积电容值和最大的能量密度。它们支持高达 12,000 法拉/1.2 伏特，^[31] 电容值是电解电容器的 10,000 倍。^[27] 虽然现有的超级电容器的能量密度约为传统电池的 10%，但它们的功率密度通常高出 10 到 100 倍。功率密度定义为能量密度乘以能量传递到负载的速度。更高的功率密度导致比电池更短的充放电循环，并且对多次充放电循环具有更高的耐受性。这使得它们非常适合与电池并联连接，并可能提高电池的功率密度性能。

在电化学电容器中，电解质是两个电极之间的导电连接，这与电解电容器不同，在电解电容器中，电解质只形成阴极，即第二个电极。

超级电容器是极化的，必须以正确的极性运行。极性通过非对称电极的设计进行控制，或者对于对称电极，通过制造过程中施加的电位进行控制。

超级电容器支持各种各样的电力和能源应用，包括

• 在电子设备中，SRAM的内存备份期间，长时间提供低供电电流。
• 需要非常短的高电流的电力电子设备，例如KERS 系统，用于一级方程式赛车.
• 回收公共汽车和火车等车辆的制动能量。

超级电容器很少可以互换，尤其是那些具有较高能量密度的超级电容器。IEC 标准 62391-1《用于电子设备的固定双电层电容器》识别出四种应用类别。

• 类别 1，内存备份，放电电流（毫安）= 1 • C（法拉）
• 类别 2，储能，放电电流（毫安）= 0.4 • C（法拉）• V（伏特）
• 类别 3，功率，放电电流（毫安）= 4 • C（法拉）• V（伏特）
• 类别 4，瞬时功率，放电电流（毫安）= 40 • C（法拉）• V（伏特）

对于像电容器这样的电子元件来说，超级电容器使用的多种不同的贸易名称或系列名称非常特殊，例如：APowerCap、BestCap、BoostCap、CAP-XX、DLCAP、EneCapTen、EVerCAP、DynaCap、Faradcap、GreenCap、Goldcap、HY-CAP、Kapton 电容器、超级电容器、SuperCap、PAS 电容器、PowerStor、PseudoCap、Ultracapacitor，这使得用户难以对这些电容器进行分类。

• 双电层、锂离子超级电容器。
• 
  用于数据缓冲的 1 法拉 5.5 伏特双电层电容器。
• 
  用于高能量密度的径向（单端）锂离子电容器。
• 用于高电流负载的超级电容器/超级电容器单元和模块。
  用于高电流负载的超级电容器/超级电容器单元和模块。

超级电容器的特性和应用以及缺点。

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
超级电容器 赝电容器。	亥姆霍兹双电层加法拉第赝电容。	能量密度通常比传统电解电容器高数十到数百倍。与其他电容器相比，更接近电池。电容/体积比大。ESR 相对较低。数千法拉。RAM 内存备份。电池更换期间的临时电源。比电池更快地吸收/传递更大的电流。数十万次充放电循环。混合动力汽车。再生制动。	极化。每个电池的额定工作电压低。（叠加电池提供更高的工作电压。）成本相对较高。
混合电容器。 锂离子电容器。 (LIC)	亥姆霍兹双电层加法拉第赝电容。阳极掺杂有锂离子。	更高的工作电压。比常见的 EDLC 具有更高的能量密度，但比锂离子电池 (LIB) 小。没有热失控反应。	极化。每个电池的额定工作电压低。（叠加电池提供更高的工作电压。）成本相对较高。

其他电容器。

除了上面描述的涵盖了几乎所有分立电容器市场的电容器外，在电子产品中还可以找到一些新的开发或非常特殊的电容器类型以及旧的类型。

集成电容器。

• 集成电容器 - 在集成电路中，纳米级电容器可以通过在隔离基板上适当的金属化图案形成。它们可以作为分立元件封装在多个电容器阵列中，而无需其他半导体元件。^[32]
• 玻璃电容器 - 第一个莱顿瓶电容器是用玻璃制成的。截至 2012 年^[更新]，玻璃电容器作为 SMD 版本用于需要超高可靠性和超高稳定性的应用。

功率电容器。

• 真空电容器 - 用于高功率射频发射器。
• SF₆ 气体填充电容器 - 用作测量桥路中的电容标准。

特殊电容器。

• 印刷电路板 - 多层印刷电路板不同层中的金属导电区域可以作为高度稳定的电容器。常见的行业做法是将多层印刷电路板中一层未使用的区域填充接地导体，而另一层填充电源导体，在层之间形成一个大的分布式电容器。
• 电线 - 两根绝缘线拧在一起。电容值通常在 3 pF 到 15 pF 之间。用于自制VHF 电路中的振荡反馈。

已淘汰的电容器

• 云母电容器——第一批具有稳定频率特性和低损耗的电容器，在二战期间用于军事无线电应用
• 空气间隙电容器——被第一批火花间隙发射器使用

• 其他电容器。
• 
  一些额定电压为 1nF × 500VDC 的银云母电容器
• 
  带铀玻璃封装的真空电容器

各种电容器的特性、应用和缺点

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
空气间隙电容器	空气	低介电损耗。用于高功率高频焊接的高频电路谐振。	物理尺寸较大。电容相对较低。
真空电容器	真空	极低的损耗。用于高压、高功率射频应用，如发射器和感应加热。如果电弧电流受限，则具有自愈能力。	成本非常高。易碎。体积较大。电容相对较低。
SF6 气体填充电容器	SF6 气体	高精度。[33] 损耗极低。稳定性非常高。额定电压高达 1600 kV。用作测量桥电路中的电容标准。	成本非常高
金属化云母（银云母）电容器	云母	稳定性非常高。无老化。低损耗。用于高频和低甚高频射频电路，以及用作测量桥电路中的电容标准。主要被 1 类陶瓷电容器取代	成本高于 1 类陶瓷电容器
玻璃电容器	玻璃	比银云母具有更好的稳定性和频率特性。超可靠。超稳定。抗核辐射。工作温度：-75 °C 至 +200 °C，甚至短暂过曝于 +250 °C。[34]	成本高于 1 类陶瓷
集成电容器。	氧化物-氮化物-氧化物 (ONO)	薄 (低至 100 µm)。比大多数 MLCC 占地面积小。低 ESL。稳定性非常高，最高可达 200 °C。可靠性高	定制生产

可变电容器

可变电容器可以通过机械运动改变其电容。通常，可变电容器有两种类型需要区分

• 调谐电容器——用于有意地和重复地调谐无线电或其他调谐电路中的振荡器电路的可变电容器
• 微调电容器——小型可变电容器，通常用于一次性振荡器电路内部调整

可变电容器包括使用机械结构来改变极板之间距离或重叠极板表面积的电容器。它们主要使用空气作为介电介质。

半导体可变电容二极管不是被动元件意义上的电容器，但可以改变其电容作为施加的反向偏置电压的函数，并且像可变电容器一样使用。它们已取代了许多调谐和微调电容器。

• 可变电容器
• 
  空气间隙调谐电容器
• 
  真空调谐电容器
• 
  用于通孔安装的微调电容器
• 
  用于表面贴装的微调电容器

可变电容器的特性、应用和缺点

电容器类型	介电层	特点/应用	缺点
空气间隙调谐电容器	空气	转子电极的圆形或各种对数切割，用于不同的电容曲线。用于对称调整的分裂转子或定子切割。滚珠轴承轴，用于减少噪音的调整。用于高专业设备。	尺寸较大。成本高。
真空调谐电容器	真空	损耗极低。用于高压、高功率射频应用，如发射器和感应加热。如果电弧电流受限，则具有自愈能力。	成本非常高。易碎。尺寸较大。
SF6 气体填充调谐电容器	SF6	损耗极低。用于非常高电压高功率射频应用。	成本非常高，易碎，尺寸较大
空气间隙微调电容器	空气	主要被半导体可变电容二极管取代	成本高
陶瓷微调电容器	1 类陶瓷	在宽温度范围内具有线性且稳定的频率特性	成本高

市场

如今，分立电容器是工业产品，大量生产，用于电子设备和电气设备。据估计，2008 年全球固定电容器市场约为 180 亿美元，产量为 14000 亿件（1.4 × 10¹²）。^[35] 该市场以陶瓷电容器为主，估计每年约为 1 万亿件（1 × 10¹²）。^[1]

主要电容器系列的价值估计详细数据如下

• 陶瓷电容器——83 亿美元（46%）；
• 铝电解电容器——39 亿美元（22%）；
• 薄膜电容器和纸电容器——26 亿美元（15%）；
• 钽电解电容器——22 亿美元（12%）；
• 超级电容器（双层电容器）——3 亿美元（2%）；以及
• 其他类型，如银云母和真空电容器——7 亿美元（3%）。

与上述类型相比，所有其他类型的电容器在价值和数量上都微不足道。

电容器 - 电气特性

串联等效电路

电容器的串联等效电路模型

分立电容器与理想电容器有所偏差。理想电容器只存储和释放电能，没有损耗。电容器元件存在损耗和寄生电感部分。材料和结构中的这些缺陷可能具有积极意义，例如 1 类陶瓷电容器的线性频率和温度特性。相反，负面影响包括 2 类陶瓷电容器中非线性、电压相关的电容或电容器的介电绝缘不足导致漏电流。

所有属性都可以通过由理想电容和额外电气元件组成的串联等效电路来定义和指定，这些元件模拟电容器的所有损耗和电感参数。在这个串联等效电路中，电气特性由以下参数定义

• C，电容器的电容
• R_insul，介电层的绝缘电阻，不要与外壳的绝缘混淆
• R_leak，代表电容器漏电流的电阻
• R_ESR，等效串联电阻，它总结了电容器的所有欧姆损耗，通常缩写为“ESR”。
• L_ESL，等效串联电感，它是电容器的有效自感，通常缩写为“ESL”。

使用串联等效电路而不是并联等效电路由IEC/EN 60384-1 规定。

标准值和公差

电容器的“额定电容”C_R或“标称电容”C_N是其设计值。实际电容取决于测量的频率和环境温度。标准测量条件是在 20°C 的温度下，使用低压交流测量方法，频率为：

• 对于 C_R ≤ 1 nF 的非电解电容器，频率为 100 kHz、1 MHz（优选）或 10 MHz。
• 对于 1 nF < C_R ≤ 10 μF 的非电解电容器，频率为 1 kHz 或 10 kHz。
• 对于电解电容器，频率为 100/120 Hz。
• 对于 C_R > 10 μF 的非电解电容器，频率为 50/60 Hz 或 100/120 Hz。

对于超级电容器，使用压降法来测量电容值。

电容器以几何级数递增的优选值（E 系列标准）提供，在 IEC/EN 60063 中规定。根据每个十年的值数，这些被称为 E3、E6、E12、E24 等系列。用于指定电容器值的单位范围已经扩展到包括皮法（pF）、纳法（nF）和微法（µF）到法拉（F）。毫法拉和千法拉很少见。

允许偏差的百分比称为容差。实际电容值应在其容差限值内，否则就超出了规格。IEC/EN 60062 为每种容差指定了一个字母代码。

电容器的容差及其字母代码

E 系列	容差
	CR > 10 pF	字母代码	CR < 10 pF	字母代码
E 96	1%	F	0.1 pF	B
E 48	2%	G	0.25 pF	C
E 24	5%	J	0.5 pF	D
E 12	10%	K	1 pF	F
E 6	20%	M	2 pF	G
E3	−20/+50%	S	-	-
	−20/+80%	Z	-	-

所需的容差由特定应用决定。E24 到 E96 的窄容差用于高质量电路，例如精密振荡器和定时器。一般应用（例如非关键滤波或耦合电路）使用 E12 或 E6。电解电容器通常用于滤波和旁路电容器，大多数具有 ±20% 的容差范围，需要符合 E6（或 E3）系列值。

温度依赖性

电容通常随温度变化。不同的介电材料在温度敏感性方面表现出很大的差异。对于 1 类陶瓷电容器，温度系数用每摄氏度百万分率 (ppm) 表示，而对于其他所有电容器，则用整个温度范围内的百分比表示。

一些常见电容器的温度系数

电容器类型， 介电材料	温度系数 ΔC/C	应用 温度范围
1 类陶瓷电容器 顺电 NP0	± 30 ppm/K (±0.5 %)	−55 到 +125 °C
2 类陶瓷电容器 铁电 X7R	±15 %	−55 到 +125 °C
2 类陶瓷电容器， 铁电 Y5V	+22 % / −82 %	−30 到 +85 °C
薄膜电容器 聚丙烯 ( PP)	±2.5 %	−55 到 +85/105 °C
薄膜电容器 聚对苯二甲酸乙二醇酯， 聚酯 (PET)	+5 %	−55 到 +125/150 °C
薄膜电容器 聚苯硫醚 (PPS)	±1.5 %	−55 到 +150 °C
薄膜电容器 聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)	±5 %	−40 到 +125/150 °C
薄膜电容器 聚四氟乙烯 (PTFE)	?	−40 到 +130 °C
金属化纸电容器（浸渍型）	±10 %	−25 到 +85 °C
铝电解电容器 Al2O3	±20 %	−40 到 +85/105/125 °C
钽电解电容器 Ta2O5	±20 %	−40 到 +125 °C

频率依赖性

大多数分立电容器类型随着频率升高，电容值或多或少会发生变化。2 类陶瓷和塑料薄膜的介电强度随着频率升高而减弱。因此，它们的电容值随着频率升高而降低。这种现象对于 2 类陶瓷和塑料薄膜介电材料来说，与介质弛豫有关，其中电偶极子的时间常数是介电常数频率依赖性的原因。下面的图表显示了陶瓷和薄膜电容器的电容典型频率行为。

• 陶瓷和薄膜电容器的电容频率依赖性
• 
  2 类陶瓷电容器的电容频率依赖性（为比较，显示了 1 类 NP0 电容器）
• 
  具有不同薄膜材料的薄膜电容器的电容频率依赖性

对于具有非固体电解质的电解电容器，会发生离子的机械运动。它们的活动能力有限，因此在较高频率下，粗糙阳极结构的并非所有区域都覆盖着带电离子。阳极结构越粗糙，电容值随着频率升高而降低的幅度就越大。具有高度粗糙阳极的低电压类型，在 100 kHz 下的电容约为在 100 Hz 下测量的值的 10% 到 20%。

电压依赖性

电容也可能随着施加电压而变化。这种效应在 2 类陶瓷电容器中更为普遍。铁电 2 类材料的介电常数取决于施加的电压。施加的电压越高，介电常数越低。电容的变化可以降至使用 0.5 或 1.0 V 的标准化测量电压测量的值的 80%。这种行为是低失真滤波器和其他模拟应用中非线性度的一个很小的来源。在音频应用中，这可能是谐波失真的原因。

薄膜电容器和电解电容器没有明显的电压依赖性。

• 一些不同 2 类陶瓷电容器的电容电压依赖性
• 
  不同陶瓷等级的 25 伏电容器的电容随施加电压变化的简化图
• 
  不同额定电压的 X7R 陶瓷的电容随施加电压变化的简化图

额定电压和类别电压

额定温度范围和类别温度范围与施加电压之间的关系

介电材料变得导电的电压称为击穿电压，它由介电强度和电极之间的距离的乘积给出。介电强度取决于温度、频率、电极形状等。因为电容器的击穿通常是短路并会损坏元件，所以工作电压低于击穿电压。工作电压的规定使得电压可以在电容器的整个使用寿命中持续施加。

在 IEC/EN 60384-1 中，允许工作电压称为“额定电压”或“标称电压”。额定电压 (UR) 是在额定温度范围内任何温度下可以持续施加的最大直流电压或峰值脉冲电压。

几乎所有电容器的耐压性都会随着温度升高而降低。对于一些应用，使用更高的温度范围很重要。在较高温度下降低施加的电压可以保持安全裕量。因此，对于某些类型的电容器，IEC 标准为更高的温度范围指定了第二个“温度降额电压”，即“类别电压”。类别电压 (UC) 是在类别温度范围内任何温度下可以持续施加到电容器的最大直流电压或峰值脉冲电压。

两种电压和温度之间的关系在右侧的图片中给出。

阻抗

在较高频率下（上图）电容器的简化等效串联电路；具有电抗 X_ESL 和 X_C 以及电阻 ESR 的矢量图，以及为了说明阻抗 Z 和损耗角正切 tan δ

一般来说，电容器被视为电能的存储元件。但这只是电容器的一种功能。电容器也可以充当交流电阻。在许多情况下，电容器用作去耦电容，以滤除或旁路不需要的偏置交流频率到地。其他应用使用电容器进行电容耦合交流信号；介电材料仅用于阻挡直流电。对于此类应用，交流电阻与电容值一样重要。

与频率相关的交流电阻称为阻抗$\scriptstyle Z$，是交流电路中电压与电流的复数比率。阻抗将电阻的概念扩展到交流电路，并在特定频率下具有幅度和相位。这与电阻不同，电阻只有幅度。

$\ Z=|Z|e^{j\theta }$

幅度$\scriptstyle |Z|$表示电压差幅度与电流幅度的比率，$\scriptstyle j$是虚数单位，而幅角$\scriptstyle \theta$给出电压和电流之间的相位差。

在电容器数据手册中，只指定了阻抗幅度 |Z|，并简单地写为“Z”，因此阻抗公式可以用笛卡尔形式写出。

$\ Z=R+jX$

其中阻抗的实部是电阻$\scriptstyle R$（对于电容器$\scriptstyle ESR$），虚部是电抗$\scriptstyle X$。

如电容器的串联等效电路所示，实部包含一个理想电容器$C$、一个电感$L(ESL)$和一个电阻$R(ESR)$。因此，在角频率$\omega$处的总电抗由电容电抗（电容）$X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}$和电感电抗（电感）：$X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }$的几何（复数）加法给出。

为了计算阻抗 $\scriptstyle Z$，必须以几何方式将电阻相加，然后 $Z$ 由以下公式给出。

$Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}$。阻抗是衡量电容器通过交流电流能力的一个指标。从这个意义上说，阻抗可以像欧姆定律一样使用。

$Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath }}}={\frac {U_{\mathrm {eff} }}{I_{\mathrm {eff} }}}.$

以计算电流或电压的峰值或有效值。

在共振的特殊情况下，其中两个电抗

$X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}$ 和 $X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }$

具有相同的值 ($X_{C}=X_{L}$)，那么阻抗将仅由 ${ESR}$ 决定。

不同电容值在不同频率下的典型阻抗曲线，显示出阻抗值在共振频率以下下降、在共振频率以上上升的典型形式。电容值越大，共振频率越低。

数据表中指定的阻抗通常显示不同电容值的典型曲线。随着频率的增加，阻抗下降到最小值。阻抗越低，交流电流越容易通过电容器。在顶点处，即共振点，其中 XC 的值与 XL 相同，电容器具有最低的阻抗值。这里只有 ESR 决定阻抗。在高于共振频率的频率下，由于电容器的 ESL，阻抗再次增加。电容器变成了电感。

如图形所示，较高的电容值更适合较低的频率，而较低的电容值更适合较高的频率。

由于其较大的电容值，铝电解电容器在高达约 1 MHz 的较低频率范围内具有相对较好的去耦特性。这就是为什么在标准或开关电源中，在整流器之后使用电解电容器进行平滑应用的原因。

陶瓷和薄膜电容器由于其较小的电容值，适合高达数百兆赫的较高频率。由于其采用电极端面接触的结构，它们也具有明显更低的寄生电感，使其适合较高频率的应用。为了扩大频率范围，通常将电解电容器并联连接陶瓷或薄膜电容器。

许多新开发都针对降低寄生电感 (ESL)。这增加了电容器的共振频率，例如，可以跟随数字电路不断提高的开关速度。小型化，特别是在 SMD 多层陶瓷芯片电容器 (MLCC) 中，增加了共振频率。将电极放置在芯片的纵向而不是横向进一步降低了寄生电感。钽电解电容器中与多阳极技术相关的“面朝下”结构进一步降低了 ESL。当需要高达 GHz 范围的频率的电容器时，诸如 MOS 电容器或硅电容器之类的电容器系列提供了解决方案。

电感 (ESL) 和自谐振频率

工业电容器中的 ESL 主要由用于将电容器极板连接到外部世界的引线和内部连接造成。大型电容器的 ESL 往往高于小型电容器，因为到极板的距离更长，每毫米都算作电感。

对于任何离散电容器，都存在一个高于直流电的频率，在该频率下，它不再表现为纯电容器。这个频率，其中$X_{C}$ 与 $X_{L}$ 一样高，被称为自谐振频率。自谐振频率是阻抗通过最小值的最低频率。对于任何交流应用，自谐振频率是电容器可以用作电容元件的最高频率。

这对 解耦 高速逻辑电路与电源至关重要。解耦电容器为芯片提供 瞬态 电流。如果没有解耦器，当电路的部分快速打开和关闭时，IC 会比电源连接所能提供的速度更快地要求电流。为了解决这个潜在问题，电路通常使用多个旁路电容器——小型（100 nF 或更小）的高频额定电容器、一个用于低频的大型电解电容器，以及偶尔的中间值电容器。

欧姆损耗、ESR、损耗因数和品质因数

离散电容器中的总结损失是欧姆 交流 损耗。 直流 损耗被指定为“ 泄漏电流 ”或“绝缘电阻”，对于交流规范来说可以忽略不计。交流损耗是非线性的，可能取决于频率、温度、老化或湿度。这些损耗来自两个物理条件

• 线路损耗，包括内部电源线路电阻、电极接触的接触电阻、电极的线路电阻，以及在“湿”铝电解电容器，特别是超级电容器中，液体电解质的有限电导率，以及
• 介电损耗 来自 介电极化。

在大型电容器中，这些损耗中最大的一部分通常是与频率相关的欧姆介电损耗。对于小型元件，特别是对于湿电解电容器，液体电解质的电导率可能超过介电损耗。为了测量这些损耗，必须设置测量频率。由于市售元件提供的电容值涵盖了 15 个数量级，从 pF（10⁻¹² F）到超级电容器中的一些 1000 F，因此无法仅用一个频率来捕捉整个范围。IEC 60384-1 指出，欧姆损耗应在与测量电容相同的频率下测量。这些是

• 对于 C_R ≤ 1 nF 的非电解电容器，频率为 100 kHz、1 MHz（优选）或 10 MHz。
• 对于 1 nF < C_R ≤ 10 μF 的非电解电容器，频率为 1 kHz 或 10 kHz。
• 对于电解电容器，频率为 100/120 Hz。
• 对于 C_R > 10 μF 的非电解电容器，频率为 50/60 Hz 或 100/120 Hz。

电容器的总结电阻损耗可以指定为 ESR、损耗因数（DF，tan δ）或 品质因数（Q），具体取决于应用要求。

具有更高纹波电流 $I_{R}$ 负载的电容器，如电解电容器，用 等效串联电阻 ESR 指定。ESR 可以显示为上面矢量图中的欧姆部分。ESR 值在每个类型的产品说明书中指定。

薄膜电容器和某些 2 类陶瓷电容器的损耗主要用损耗因数 tan δ 指定。这些电容器的损耗小于电解电容器，并且主要用于高达数百 MHz 的较高频率。但是，在相同频率下测量的损耗因数的数值与电容值无关，可以为具有电容范围的电容器系列指定。损耗因数被确定为电抗 ($X_{C}-X_{L}$) 和 ESR 的正切，并且可以显示为虚轴和阻抗轴之间的角度 δ。

如果电感 $ESL$ 很小，损耗因数可以近似为

$\tan \delta =ESR\cdot \omega C$

具有非常低损耗的电容器，如 1 类和 2 类陶瓷电容器，用 品质因数（Q）指定电阻损耗。1 类陶瓷电容器特别适合频率高达 GHz 范围的 LC 共振电路以及精确的高通和低通滤波器。对于电气谐振系统，Q 代表 电阻 的影响，并表征谐振器的 带宽 $B$ 相对于其中心或谐振频率 $f_{0}$。Q 定义为损耗因数的倒数。

$Q={\frac {1}{tan\delta }}={\frac {f_{0}}{B}}\$

对于谐振电路，高 Q 值是谐振质量的标志。

不同电容器类型的欧姆损耗比较
用于谐振电路（参考频率 1 MHz）

电容器类型	电容 (pF)	ESR 在 100 千赫时。 (mΩ)	ESR 在 1 兆赫时。 (mΩ)	tan δ 在 1 兆赫时。 (10−4)	品质 因数
硅电容器	560	400	—	2,5	4000
云母电容器	1000	650	65	4	2500
1 类 陶瓷电容器 (NP0)	1000	1600	160	10	1000

限制电流负载

电容器可以充当交流电阻，在两点之间耦合交流电压和交流电流。 每个流经电容器的交流电流都会在电容器本体内部产生热量。 这些耗散功率损耗 $P$ 是由 $ESR$ 引起的，是有效（RMS）电流 $I$ 的平方值。

$P=I^{2}\cdot ESR$

相同的功率损耗可以用损耗因子 $tan\delta$ 来表示

$P={\frac {U^{2}\cdot tan\delta }{2\pi f\cdot C}}$

内部产生的热量必须散发到周围环境中。 电容器的温度由热量产生和散发之间的平衡来确定，不得超过电容器的最大额定温度。 因此，ESR 或损耗因子是电容器最大功率（交流负载、纹波电流、脉冲负载等）的标志。

交流电流可能是

• 纹波电流 - 一种有效（RMS）交流电流，来自叠加在直流偏置上的交流电压，一种
• 脉冲电流 - 一种交流峰值电流，来自电压峰值，或一种
• 交流电流 - 一种有效（RMS）正弦电流

纹波电流和交流电流主要使电容器本体发热。 这些电流产生的内部温度会影响电介质的击穿电压。 较高的温度会降低所有电容器的耐压性。 在湿电解电容器中，较高的温度会导致电解质蒸发，缩短电容器的使用寿命。 在薄膜电容器中，较高的温度可能会导致塑料薄膜收缩，从而改变电容器的特性。

脉冲电流，特别是在金属化薄膜电容器中，会使端部喷涂（接合）与金属化电极之间的接触区域发热。 这可能会降低与电极的接触，从而提高损耗因子。

为了安全运行，任何流经电容器的交流电流产生的最大温度都是一个限制因素，这反过来又限制了交流负载、纹波电流、脉冲负载等。

纹波电流

“纹波电流”是 RMS 叠加在任何频率和任何波形的电流曲线上的交流电流的值，用于在指定温度下连续运行。 它主要出现在电源（包括 开关电源）中，在整流交流电压后，作为充放电电流流过解耦或滤波电容器。 “额定纹波电流”在指定最大环境温度下，不应超过 3、5 或 10 °C 的温升，具体取决于电容器类型。

纹波电流由于电容器的 ESR 导致电容器本体内部产生热量。 ESR 由电介质中变化的场强引起的电介质损耗以及略微电阻性电源线或电解质引起的损耗组成，它取决于频率和温度。 较高的频率会提高 ESR，而较高的温度会略微降低 ESR。

用于电源应用的电容器类型具有最大纹波电流的额定值。 这些主要包括铝电解电容器，还有钽电容器以及一些薄膜电容器和 2 类陶瓷电容器。

铝电解电容器是电源中最常见的类型，在较高的纹波电流下，它们的预期使用寿命会缩短。 超过限制往往会导致爆炸性故障。

具有固态二氧化锰电解质的钽电解电容器也受到纹波电流的限制。 超过它们的纹波限制往往会导致短路和组件燃烧。

对于通常用损耗因子 tan δ 指定的薄膜电容器和陶瓷电容器，纹波电流限制由本体中的温升确定，约为 10 °C。 超过此限制可能会破坏内部结构并导致短路。

脉冲电流

某个电容器的额定脉冲负载受到额定电压、脉冲重复频率、温度范围和脉冲上升时间的限制。 “脉冲上升时间” $dv/dt$，表示脉冲的最陡电压梯度（上升或下降时间），以伏特每微秒 (V/μs) 表示。

额定脉冲上升时间也间接地是适用峰值电流 $I_{p}$ 的最大容量。 峰值电流定义为

$I_{p}=C\cdot dv/dt$

其中：$I_{p}$ 以 A 为单位；$C$ 以 µF 为单位；$dv/dt$ 以 V/μs 为单位

金属化薄膜电容器的允许脉冲电流容量通常允许 8 到 10 °K 的内部温升。

在金属化薄膜电容器的情况下，脉冲负载取决于电介质材料的特性、金属化的厚度以及电容器的结构，特别是端部喷涂与金属化电极之间的接触区域的结构。 高峰值电流可能会导致端部喷涂与金属化电极之间局部接触的选择性过热，这可能会破坏一些接触，从而导致 ESR 增加。

对于金属化薄膜电容器，所谓的脉冲测试根据标准规范模拟应用过程中可能出现的脉冲负载。 IEC 60384 第 1 部分规定，测试电路间歇性地充电和放电。 测试电压对应于额定直流电压，测试包括 10000 个脉冲，重复频率为 1 Hz。 脉冲应力容量是脉冲上升时间。 额定脉冲上升时间规定为测试脉冲上升时间的 1/10。

每个应用都需要计算脉冲负载。由于供应商相关的内部结构细节，没有一个通用的计算薄膜电容功率处理能力的规则。为了防止电容过热，必须考虑以下操作参数。

• 每个µF的峰值电流
• 脉冲上升或下降时间 dv/dt，单位为 V/µs
• 充电和放电周期的相对持续时间（脉冲形状）
• 最大脉冲电压（峰值电压）
• 峰值反向电压；
• 脉冲的重复频率
• 环境温度
• 散热（冷却）

对于低于额定电压的脉冲电压，允许更高的脉冲上升时间。

许多制造商提供了单个脉冲负载计算的示例，例如 WIMA 和 Kemet。

交流电流

在交流负载下运行的电容的限制条件

交流负载只能施加到非极性电容。用于交流应用的电容主要为薄膜电容、金属化纸电容、陶瓷电容和双极电解电容。

交流电容的额定交流负载是在指定温度范围内可连续施加到电容的最大正弦有效交流电流（rms）。在数据表中，交流负载可以表示为

• 低频下的额定交流电压，
• 中频下的额定无功功率，
• 高频下的降低交流电压或额定交流电流。

63 伏直流薄膜电容系列中，4 种不同电容值的典型有效交流电压曲线随频率的变化情况。

薄膜电容的额定交流电压通常是根据内部温度升高 8 到 10 °K 为安全运行的允许极限来计算的。由于介电损耗随着频率的增加而增加，因此指定的交流电压在较高频率下必须降额。薄膜电容的数据表规定了在较高频率下降额交流电压的特殊曲线。

如果薄膜电容或陶瓷电容只有直流规格，则施加的交流电压的峰值必须低于指定的直流电压。

交流负载可能出现在交流电机运行电容中，用于倍压，在抑制器中，照明镇流器和用于功率因数校正 PFC 用于移相以提高传输网络的稳定性和效率，这是大型电力电容最重要的应用之一。这些主要是大型 PP 薄膜或金属化纸电容，其受额定无功功率 VAr 的限制。

可以施加交流电压的双极电解电容的额定值是额定纹波电流。

绝缘电阻和自放电常数

介电的电阻是有限的，导致一定程度的直流“漏电流”，导致充电的电容随着时间的推移而失去电荷。对于陶瓷和薄膜电容，这种电阻称为“绝缘电阻 R_ins”。这种电阻由与电容并联的电阻 R_ins 表示，该电阻位于电容的等效串联电路中。绝缘电阻不应与元件相对于环境的外部绝缘混淆。

随着电容电压的降低，绝缘电阻的自放电时间曲线遵循以下公式

$u(t)=U_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-t/\tau _{\mathrm {s} }},$

存储的直流电压为 $U_{0}$ 和自放电常数

$\tau _{\mathrm {s} }=R_{\mathrm {ins} }\cdot C$

因此，在 $\tau _{\mathrm {s} }\,$ 之后，电压 $U_{0}$ 降至初始值的 37%。

自放电常数是陶瓷和薄膜电容电极之间介电绝缘的重要参数。例如，电容可以用作时间继电器的时序元件，或用于存储电压值，如采样保持电路或运算放大器中。

1 类陶瓷电容的绝缘电阻至少为 10 GΩ，而 2 类电容的绝缘电阻至少为 4 GΩ，或自放电常数至少为 100 秒。塑料薄膜电容的绝缘电阻通常为 6 到 12 GΩ。这对应于自放电常数约为 2000-4000 秒的 uF 范围内的电容。

如果潮气渗透到绕组中，绝缘电阻或自放电常数会降低。它在一定程度上强烈依赖于温度，并随着温度的升高而降低。两者都随着温度的升高而降低。

在电解电容中，绝缘电阻定义为漏电流。

漏电流

电解电容的一般漏电流行为取决于电解质的种类

对于电解电容，介电的绝缘电阻称为“漏电流”。这种直流电流由与电容并联的电阻 R_leak 表示，该电阻位于电解电容的等效串联电路中。电容端子之间的这种电阻也是有限的。R_leak 对于电解电容来说低于陶瓷或薄膜电容。

漏电流包括由不希望的化学过程和机械损坏引起的介电的所有微弱缺陷。它也是施加电压后可以通过介电的直流电流。它取决于没有施加电压的时间间隔（存储时间）、焊接引起的热应力、施加的电压、电容的温度和测量时间。

在施加直流电压后的最初几分钟内，漏电流会下降。在此期间，介电氧化层可以通过建立新的层来自行修复缺陷。所需的时间通常取决于电解质。固体电解质下降速度快于非固体电解质，但保持在略高的水平。

非固体电解质电容器以及锰氧化物固体钽电容器的漏电流，由于自修复效应，会随着电压连接时间的增加而下降。虽然电解质的漏电流高于陶瓷或薄膜电容器的绝缘电阻上的电流流动，但现代非固体电解质电容器的自放电需要数周时间。

电解质电容器的一个特殊问题是储存时间。储存时间越长，漏电流就可能越高。这些行为仅限于水含量高的电解质。有机溶剂，如 GBL，在长时间储存时不会出现高漏电流。

漏电流通常在施加额定电压后 2 或 5 分钟测量。

麦克风效应

所有铁电材料都表现出 压电效应。由于 2 类陶瓷电容器使用铁电陶瓷介电材料，因此这些类型的电容器可能存在称为 麦克风效应 的电气效应。麦克风效应（微音效应）描述了电子元件如何将机械 振动 转化为不希望的电信号 (噪声)。 介电材料可以通过改变厚度和改变电极间距来吸收来自冲击或振动的机械力，从而影响电容，进而感应交流电流。由此产生的干扰在音频应用中尤为严重，可能导致反馈或意外录音。

在反向麦克风效应中，改变电容器极板之间的电场会施加物理力，使它们变成一个音频扬声器。高电流脉冲负载或高纹波电流会从电容器本身产生可听见的声音，消耗能量并给介电材料带来压力。

介电吸收（浸润）

主要文章： 介电吸收

当长时间保持充电的电容器在短暂放电时仅部分放电时，就会发生介电吸收。虽然理想电容器在放电后会达到零伏，但实际电容器会因时间延迟偶极子放电而产生小电压，这种现象也称为 介电弛豫，“浸润”或“电池作用”。

一些常用电容器的介电吸收值

电容器类型	介电吸收
空气和真空电容器	不可测量
1 类陶瓷电容器，NP0	0.6%
2 类陶瓷电容器，X7R	2.5%
聚丙烯薄膜电容器（PP）	0.05 到 0.1%
聚酯薄膜电容器（PET）	0.2 到 0.5%
聚苯硫醚薄膜电容器（PPS）	0.05 到 0.1%
聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜电容器（PEN）	1.0 到 1.2%
带固体电解质的钽电解电容器	2 到 3%， 10%
带非固体电解质的铝电解电容器	10 到 15%
双电层电容器或超级电容器	数据不可用

在许多电容器应用中，介电吸收不是问题，但在某些应用中，例如长 时间常数 积分器、采样保持 电路、开关电容 模数转换器 和极低失真 滤波器，重要的是电容器在完全放电后不会恢复残余电荷，并且会指定低吸收电容器。 介电吸收产生的端电压在某些情况下可能会导致电子电路功能出现问题，或者可能对人员造成安全风险。为了防止电击，大多数超大型电容器在运输时会配有短路线，需要在使用前将其拆除。

能量密度

电容值取决于介电材料 (ε)、电极表面积 (A) 和电极之间的距离 (d)，由平板电容器公式给出。

$C\approx {\frac {\varepsilon A}{d}}$

电极之间的距离和介电材料的耐压决定了电容器的击穿电压。击穿电压与介电材料的厚度成正比。

理论上，如果两个电容器具有相同的机械尺寸和介电材料，但其中一个的介电材料厚度是另一个的一半。在相同尺寸的情况下，它可以放置两倍的平板面积。从理论上讲，这个电容器的电容是第一个电容器的 4 倍，但耐压只有它的一半。

由于电容器中储存的能量密度由下式给出

$E_{\mathrm {stored} }={\frac {1}{2}}CV^{2},$

因此，介电材料厚度为另一半的电容器具有 4 倍的电容，但耐压为其一半，从而产生相同的最大能量密度。

因此，介电材料厚度不会影响固定整体尺寸的电容器的能量密度。使用几层厚介电层可以支持高电压，但电容较低，而薄介电层会产生低击穿电压，但电容较高。

这假设电极表面积和介电材料的介电常数不会随着耐压而变化。使用两个现有的电容器系列进行简单比较，可以显示现实是否符合理论。比较很简单，因为制造商在系列中使用标准化的外壳尺寸或外壳来容纳不同的电容/电压值。

比较具有相同尺寸但具有不同额定电压和电容值的电容器中储存的能量

电解电容器 NCC，KME 系列 Ǿ D × H = 16.5 mm × 25 mm		金属化 PP 薄膜电容器 KEMET；PHE 450 系列 W × H × L = 10.5 mm × 20.5 mm × 31.5 mm
电容/电压	储存能量	电容/电压	储存能量
4700 µF/10 V	235 mWs	1.2 µF/250 V	37.5 mWs
2200 µF/25 V	688 mWs	0.68 µF/400 V	54.4 mWs
220 µF/100 V	1100 mWs	0.39 µF/630 V	77.4 mWs
22 µF/400 V	1760 mWs	0.27 µF/1000 V	135 mWs

实际上，现代电容器系列并不符合理论。对于电解电容器，阳极箔的海绵状粗糙表面随着电压升高而变得更光滑，减少了阳极表面积。但由于能量随电压平方增加，而阳极表面积的减少小于耐压的增加，因此能量密度明显增加。对于薄膜电容器，介电常数会随介电材料厚度和其他机械参数而变化，因此理论上的偏差有其他原因。

将表中的电容器与超级电容器（能量密度最高的电容器系列）进行比较。为此，将尺寸为 D × H = 16 mm × 26 mm 的 25  F/2.3 V 电容器（来自 Maxwell HC 系列）与表中尺寸大致相同的电解电容器进行比较。该超级电容器的电容大约是 4700/10 电解电容器的 5000 倍，但电压只有其 1/4，储存的电能约为 66,000 mWs (0.018 Wh) ，能量密度大约是电解电容器的 100 倍（40 到 280 倍）。

长时间行为，老化

电容器的电气参数可能会在存储和使用过程中随着时间的推移而发生变化。参数变化的原因各不相同，可能是介电材料的特性、环境影响、化学过程或非固体材料的干燥效应。

老化

不同类型 2 类陶瓷电容器与 NP0-1 类陶瓷电容器的老化对比

在铁电性 2 类陶瓷电容器中，电容会随着时间的推移而下降。这种现象称为“老化”。这种老化发生在铁电介质中，介质中的极化畴会对总极化做出贡献。介电材料中极化畴的退化会降低介电常数，从而随着时间的推移降低电容。 老化遵循对数定律。这定义了电容的下降，在焊接恢复时间之后，在定义温度下，对于每个时间十年，电容下降的百分比是一个常数，例如，在 20 °C 下，从 1 小时到 10 小时的时间段内。由于定律是对数的，因此电容的百分比损失在 1 小时和 100 小时之间将增加两倍，在 1 小时和 1000 小时之间将增加三倍，等等。老化在开始时最快，并且电容绝对值随着时间的推移而稳定。

2 类陶瓷电容器的老化速率主要取决于其材料。通常，陶瓷的温度依赖性越高，老化百分比就越高。X7R 陶瓷电容器的典型老化率约为每个十年 2.5%。 Z5U 陶瓷电容器的老化率明显更高，可以高达每个十年 7%。

可以通过将元件加热到高于居里点来逆转 2 类陶瓷电容器的老化过程。

1 类陶瓷电容器和薄膜电容器没有与铁电相关的老化。环境影响，例如较高的温度、高湿度和机械应力，在较长的时间内会导致电容值发生微小的不可逆变化，有时也称为老化。

P 100 和 N 470 1 类陶瓷电容器的电容变化小于 1%，而 N 750 到 N 1500 陶瓷电容器的电容变化 ≤ 2%。薄膜电容器可能会由于自修复过程而损失电容，或者由于湿度影响而增加电容。例如，在 40 °C 下，PE 薄膜电容器在 2 年内的典型变化为 ±3%，PP 薄膜电容器为 ±1%。

寿命

具有非固体电解质的电解电容器的电气值会随着时间的推移而发生变化，这是由于电解质的蒸发。当参数达到指定限制时，电容器将被视为“磨损故障”。

具有非固体电解质的电解电容器会随着电解质的蒸发而老化。这种蒸发取决于温度和电容器所承受的电流负载。电解质的逸出会影响电容和 ESR。电容会随着时间的推移而下降，而 ESR 会随着时间的推移而上升。与陶瓷、薄膜和具有固体电解质的电解电容器相反，“湿式”电解电容器会达到指定的“寿命终结”，达到指定的最大电容或 ESR 变化。寿命终结、“负载寿命”或“寿命”可以通过公式或图表 或通过所谓的“10 度定律”来估算。电解电容器的典型规格规定了 85 °C 下 2000 小时的寿命，每降低 10 度寿命翻倍，在室温下可达到大约 15 年的寿命。

超级电容器也会随着时间的推移而经历电解质蒸发。估算方法与湿式电解电容器类似。除了温度之外，电压和电流负载也会影响寿命。低于额定电压和较低的电流负载以及较低的温度会延长寿命。

故障率

电容器的寿命（负载寿命）对应于浴缸曲线中显示的恒定随机故障率的时间。对于具有非固体电解质的电解电容器和超级电容器来说，这段时间随着由于电解质蒸发而开始的磨损故障而结束。

电容器是可靠的元件，具有较低的故障率，在正常条件下可实现数十年的预期寿命。大多数电容器在生产结束时会通过类似于“老化”的测试，因此早期故障会在生产过程中被发现，从而减少了发货后故障的数量。

电容器的可靠性通常用恒定随机故障期间的每十亿小时故障数 (FIT) 来表示。FIT 是在固定的工作条件下（例如，在 40 °C 和 0.5 U_R 下，1000 个器件工作 100 万小时，或 100 万个器件分别工作 1000 小时）中，每十亿 (10⁹) 个元件小时的运行时间内预计发生的故障次数。对于施加电压、电流负载、温度、机械影响和湿度等其他条件，可以使用工业 或军用 环境标准化的术语重新计算 FIT。

其他信息

焊接

电容器可能会由于环境影响（如焊接、机械应力因素（振动、冲击）和湿度）而导致电气参数发生变化。最大的应力因素是焊接。焊料浴的热量，尤其是对于 SMD 电容器，会导致陶瓷电容器在端子和电极之间发生接触电阻变化；在薄膜电容器中，薄膜可能会收缩；在湿式电解电容器中，电解质可能会沸腾。恢复期使特性在焊接后稳定；某些类型可能需要长达 24 小时。某些属性可能会由于焊接而发生不可逆的百分比变化。

储存或闲置引起的电解行为

具有非固体电解质的电解电容器在制造过程中会通过在高温下施加额定电压足够的时间来“老化”，以修复生产过程中可能出现的任何裂纹和弱点。一些含水量高的电解质对未受保护的铝会产生非常强的反应，甚至会产生剧烈反应。这会导致 1980 年代之前生产的电解电容器出现“储存”或“闲置”问题。当这些电容器长时间不用时，化学过程会削弱氧化层。1980 年代开发了带有“抑制剂”或“钝化剂”的新型电解质来解决这个问题。 截至 2012 年，电子元件的标准储存时间为在室温下储存两年（封装），由端子的氧化决定，也将适用于具有非固体电解质的电解电容器。使用有机溶剂（如GBL）的 125 °C 特殊系列的储存时间长达 10 年，可以确保电容器在无需预处理的情况下保持正常的电气性能。

对于古董无线电设备，建议对旧的电解电容器进行“预处理”。这涉及通过限流电阻器将工作电压施加到电容器的端子约 10 分钟。通过安全电阻器施加电压可以修复氧化层。

IEC/EN 标准

用于电子设备中的电容器，为了被批准为标准化类型，其测试和要求在通用规范 IEC/EN 60384-1 的以下章节中规定。

陶瓷电容器

• IEC/EN 60384-8—陶瓷电介质固定电容器，1 类
• IEC/EN 60384-9—陶瓷电介质固定电容器，2 类
• IEC/EN 60384-21—陶瓷电介质固定表面贴装多层电容器，1 类
• IEC/EN 60384-22—陶瓷电介质固定表面贴装多层电容器，2 类

薄膜电容器

• IEC/EN 60384-2—固定金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜电介质直流电容器
• IEC/EN 60384-11—固定聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜电介质金属箔直流电容器
• IEC/EN 60384-13—固定聚丙烯薄膜电介质金属箔直流电容器
• IEC/EN 60384-16—固定金属化聚丙烯薄膜电介质直流电容器
• IEC/EN 60384-17—固定金属化聚丙烯薄膜电介质交流和脉冲
• IEC/EN 60384-19—固定金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜电介质表面贴装直流电容器
• IEC/EN 60384-20—固定金属化聚苯硫醚薄膜电介质表面贴装直流电容器
• IEC/EN 60384-23—固定金属化聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜电介质片式直流电容器

电解电容器

• IEC/EN 60384-3—表面贴装固定钽电解电容器，带二氧化锰固体电解质
• IEC/EN 60384-4—铝电解电容器，带固体 (MnO2) 和非固体电解质
• IEC/EN 60384-15—固定钽电容器，带非固体和固体电解质
• IEC/EN 60384-18—固定铝电解表面贴装电容器，带固体 (MnO2) 和非固体电解质
• IEC/EN 60384-24—表面贴装固定钽电解电容器，带导电聚合物固体电解质
• IEC/EN 60384-25—表面贴装固定铝电解电容器，带导电聚合物固体电解质

超级电容器

• IEC/EN 62391-1—用于电气和电子设备的固定双电层电容器 - 第 1 部分：通用规范
• IEC/EN 62391-2—用于电子设备的固定双电层电容器 - 第 2 部分：分节规范 - 用于电力应用的双电层电容器

电容器符号

电容器符号

电容器	极化 电容器 电解 电容器	双极 电解 电容器	馈通 通过 电容器	调谐 可变 电容器	微调 可变 电容器

标记

印刷

电容器，像大多数其他电子元件一样，如果空间足够，会印刷标记以指示制造商、类型、电气和热特性以及制造日期。如果它们足够大，电容器将被标记为

• 制造商名称或商标；
• 制造商类型名称；
• 端子的极性（对于极化电容器）
• 额定电容；
• 额定电容的容差
• 额定电压和电源性质（交流或直流）
• 气候类别或额定温度；
• 制造年份和月份（或周数）；
• 安全标准的认证标志（用于安全 EMI/RFI 抑制电容器）

极化电容器具有极性标记，通常在电解电容器的负极侧标记为“ -”（减号）或条纹或“ +”（加号），请参见 #极性标记。此外，带引线的“湿式”电容器的负极引线通常较短。

较小的电容器使用速记符号。最常用的格式为：XYZ J/K/M VOLTS V，其中 XYZ 表示电容（计算为 XY × 10^Z pF），字母 J、K 或 M 表示容差（分别为 ±5%、±10% 和 ±20%），VOLTS V 表示工作电压。

示例

• 105K 330V 表示电容为 10 × 10⁵ pF = 1 µF（K = ±10%），工作电压为 330 V。
• 473M 100V 表示电容为 47 × 10³ pF = 47 nF（M = ±20%），工作电压为 100 V。

电容、容差和制造日期可以使用 IEC/EN 60062 中指定的简短代码来指示。额定电容（微法拉）的简短标记示例：µ47 = 0,47 µF，4µ7 = 4,7 µF，47µ = 47 µF

制造日期通常根据国际标准印刷。

• 版本 1：使用年份/周数字代码编码，“1208” 表示“2012 年第 8 周”。
• 版本 2：使用年份代码/月份代码编码。年份代码为：“R” = 2003，“S”= 2004，“T” = 2005，“U” = 2006，“V” = 2007，“W” = 2008，“X” = 2009，“A” = 2010，“B” = 2011，“C” = 2012，“D” = 2013，等等。月份代码为：“1” 到“9” = 1 月到 9 月，“O” = 10 月，“N” = 11 月，“D” = 12 月。“X5” 则表示“2009 年 5 月”。

对于像 MLCC 芯片这样非常小的电容器，不可能进行标记。这里只有制造商的可追溯性才能确保对类型的识别。

颜色编码

主条目：电子颜色代码

截至 2013 年 电容器不使用颜色编码。

极性标记

• 极性标记
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带非固体电解质的铝电容器在阴极（减号）侧有极性标记。带固体电解质的铝、钽和铌电容器在阳极（加号）侧有极性标记。超级电容器在减号侧有标记。