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

电容器很好地说明了即使是最简单的设备，经过 250 年的演变也会变得复杂。（引自 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。尽管从绝对数字来看，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，但这篇文章重点介绍的是分立元件。

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不平衡来存储电场能量的器件。它由两个由介电材料（绝缘体）隔开的导体组成。使用水流经管道的相同类比，可以将电容器看作是一个水箱，其中电荷可以看作是水箱中的水量。水箱可以像电容器对电荷一样“充电”和“放电”。机械上的类比是弹簧。弹簧在被拉回时会储存电荷。

当电容器一端存在电压时，一端会放电，另一端会充满电荷。这被称为充电。充电会在两极板之间产生电荷不平衡，并产生反向电压，阻止电容器进一步充电。因此，当电容器首次连接到电压时，电流只会流动以停止，直到电容器充满电。当电容器充满电时，电流停止流动，它变成开路。就好像电容器获得了无限的电阻。

您还可以将电容器想象成一个与虚拟电阻串联的虚拟电池。从电容器完全放电开始充电过程，施加的电压不会被虚拟电池抵消，因为虚拟电池的电压仍然为零，因此充电电流达到最大值。随着充电的进行，虚拟电池的电压会增加，并抵消施加的电压，因此充电电流会随着虚拟电池电压的增加而减小。最后，虚拟电池的电压等于施加的电压，因此不再有电流流入或流出电容器。

就像电容器可以充电一样，它也可以放电。想象一下，电容器就像一个虚拟电池，它最初会向“负载”提供最大电流，但随着放电的进行，虚拟电池的电压会不断下降，因此放电电流也会下降。最后，虚拟电池的电压为零，因此放电电流也为零。

这与介质击穿不同，在介质击穿中，电容器极板之间的绝缘体发生击穿，并使电容器放电。这种情况只发生在高电压下，并且电容器通常会在该过程中被破坏。介质击穿的一个壮观的例子是当电容器的两个极板接触时发生的。这会导致积累在两个极板上的所有电荷立即放电。这种系统很适合为需要在极短时间内提供大量能量的电击枪供电。

电化学结构理论

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. 特异性吸附离子 (赝电容)
6. 溶剂分子。

除了在电场中储存电能的传统静态储存方式外，还存在两种在电容器中储存电能的原理。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，没有传统的介电材料。电化学电容器的电容值由两种高电容储存原理决定。这些原理是

• 在电极表面和电解质之间相界面上形成的亥姆霍兹双电层内的静电储存 (双电层电容) 和
• 通过特定吸附离子的法拉第电子电荷转移和氧化还原反应实现的电化学储存 (赝电容)。与电池不同，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，电荷/放电过程中没有或只有微不足道的化学修饰。

每个原理产生的储存比例差异很大，取决于电极设计和电解质组成。赝电容可以将电容值提高一个数量级，超过双电层本身的电容值。

电容

电容器的电容是当其引线之间存在一定电势 (电压) 时，电容器中存在的电荷量的比率。电容的单位是 法拉第，它等于每伏特的库仑。对于大多数实际应用而言，这是一个非常大的电容；典型的电容器的电容值在微法拉或更小。

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

其中 C 是以法拉为单位的电容，V 是以伏特为单位的电势，Q 是以库仑为单位的电荷。求解此方程以求电势得到

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

电容器和直流电压 (DC)

电荷累积

当电容器连接到电源 V 时。电荷会在电容器的每个极板上累积，电荷量相同，但极性不同。这个过程称为电容器充电。

存储电荷

当两个极板都被充电到电压 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。这称为存储电荷。

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为零。

因此，电容器是一种可以累积电荷、存储电荷和释放电荷的器件。

电容器和交流电压 (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 的值会改变相位角、角频率、频率和时间的值

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

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

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

电容器连接

串联电容器

串联电容器与增加两个电容器极板之间的距离相同。同样，需要注意的是，串联两个 100 V 电容器与使用一个总最大电压为 200 V 的电容器相同。但是，不建议在实际中这样做，尤其是在电容器值不同的情况下。在串联电容器网络中，所有电容器可能具有不同的电压。

在串联配置中，所有电容器的组合电容是所有电容器电容倒数之和的倒数。

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

并联电容器

并联电容器与增加电容器的总表面积以创建一个具有更大电容的较大电容器相同。在并联电容器网络中，所有电容器的电压相同。

在并联配置中，并联电容器的电容是所有电容器电容的总和。

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

RC 电路

简介

RC 电路是“电阻-电容”电路的简称。电容器通过电阻放电需要有限的时间，该时间随电阻和电容的值而变化。从实际意义上讲，电容器在电子电路中的作用就像电压源和可变电阻的组合。

基础

下面是一个简单的 RC 电路

电容器与电阻和电流探头并联。电容器的工作方式是在电路最初接通时充当非常低的阻抗负载。这在下面说明

最初，电容器的阻抗非常低，几乎为 0。由于电流走阻抗最小的路径，几乎所有电流都流过电容器，而不是电阻，因为电阻的阻抗要高得多。

当电容器充电时，随着电容器获得越来越多的电荷，其阻抗会增加。随着电容器阻抗的上升，电流开始不仅流向电容器，还流向电阻

一旦电容器的电压等于电池的电压，这意味着它已完全充电，它将不允许任何电流流过它。当电容器充电时，其阻抗增加并有效地变为无穷大（开路），所有电流都流过电阻。

然而，一旦电源断开，电容器本身就会充当电压源

随着时间的推移，电容器的电荷开始下降，其电压也随之下降。这意味着流过电阻的电流减少

一旦电容器完全放电，你就回到了原点

如果一个人用一个电容器连接到电池来做这件事，你会看到以下情况

1. 开关闭合。灯不亮。
2. 灯逐渐变亮...
3. 灯已达到全亮度。
4. 开关松开。灯继续亮着。
5. 灯开始变暗...
6. 灯灭了。

这就是电容器的作用方式。但是，如果更改 R1 的值怎么办？C1？电池的电压？我们将在下面考察电阻、电容和充电速率之间的数学关系。

时间常数

为了找出电容器完全充电或放电需要多长时间，或者电容器达到一定电压需要多长时间，你必须知道一些事情。首先，你必须知道起始电压和结束电压。其次，你必须知道电路的时间常数。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

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

这意味着时间常数是电容器充到其最大电量的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）和电容（以法拉为单位）相乘得到。

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。这应该是合理的。需要注意的是，该公式是累加的，因此在第二个时间常数中，它会基于最初的63%再充63%。这使得在第二个时间常数中电量大约达到86.5%。下面是一个表格。

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

实际上，到第五个时间常数时，电容器被认为是完全充电或放电的。

这里要写一些关于放电如何以相同方式工作以及基于时间的电压函数的内容

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

其中i(t)是流过电容器的电流，是时间的函数。

这个方程通常用另一种形式表示。通过对时间求导

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

将v/r代入i(t)并对上述方程进行积分，即可得到用于描述RC电路充电和放电特性的方程。充电特性曲线从0%（0伏）指数增长，并逐渐接近100%满载（最大电压）；类似地，放电曲线从理论上的100%（最大电压）开始，并指数下降回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：固定电容器具有固定的电容值，可变电容器具有可变（微调）或可调（可调谐）电容值。

最重要的组是固定电容器。许多电容器的名称来自电介质。对于系统的分类，这些特性不能被使用，因为最古老的电解电容器的命名方式是根据其阴极的结构。因此，最常用的名称只是历史上的名称。

最常见的电容器类型是

• 陶瓷电容器具有陶瓷电介质。
• 薄膜和纸质电容器以其电介质命名。
• 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
  • 双电层电容器以亥姆霍兹双电层物理现象命名。
  • 赝电容器以其能够通过可逆的法拉第电荷转移电化学地存储电能的能力命名。
  • 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、空气间隙和真空电容器以其电介质命名。

每个系列的电容器具有相似的物理设计特征，但在某些方面有所不同，例如端子的形式。

电子设备中最常用的固定电容器概述

除了上述以历史发展命名的电容器类型外，还有许多根据其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、音频分频电容器、照明镇流器电容器、续流电容器、耦合、去耦或旁路电容器。

通常，这些应用中会使用多种电容器系列，例如干扰抑制可以使用陶瓷电容器或薄膜电容器。

也存在一些专用设备，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，以及将两根绝缘线扭在一起的笨拙方法。

电介质

不同类型电容器的原理电荷存储及其固有的电压发展

最常见的电介质是

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

所有这些电介质都在两个（平行）电极之间的电场中静态地存储其电荷。

在这些传统电容器之下，发展出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电介质。它们在

• 亥姆霍兹双电层（双电层电容器）

以及额外的电化学法拉第电荷转移

• 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）中静态地存储其电荷。

下表给出了不同电介质和近似亥姆霍兹层厚度的最重要的材料参数。

关键参数

电容器类型	电介质	介电常数 在 1 kHz 时	最大/实现。 介电强度 V/µm	最小厚度 电介质 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	纸张	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。介电常数和电介质厚度是决定电容器的关键参数。加工的容易程度也很重要。薄而机械灵活的薄片可以很容易地包裹或堆叠，从而产生具有高电容值的大型设计。然而，用金属化的电极覆盖的剃刀般薄的金属化烧结陶瓷层，为 SMD 型式的电路小型化提供了最佳条件。

简单地观察一下上表中的数字，就可以解释一些简单的事实。

• 超级电容器 由于其特殊的电荷储存原理，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，但由于其薄介电层，在传统电容器中具有最高的电容密度。
• 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高得多。
• 薄膜电容器 由于其不同的塑料薄膜材料，在给定电容/电压值的薄膜电容器的尺寸上存在微小的差异，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。电压额定值可以达到 100 千伏。一般来说，电容和电压与物理尺寸和成本相关联。

小型化

从 1970 年到 2005 年，电容器的体积效率不断提高（单击图片放大）

与电子领域的其它方面一样，体积效率 度量的是每个单位体积的电子功能性能。对于电容器，体积效率用“CV 产品”来衡量，其计算方法是将电容 (C) 与最大电压额定值 (V) 相乘，再除以体积。从 1970 年到 2005 年，体积效率有了显著提高。

• 电容器小型化
• 
  1923 年的叠层纸质电容器（块状电容器），用于电报线路中的噪声去耦（阻断）
• 
  20 世纪 30 年代早期生产的硬纸盒装绕线金属化纸质电容器，电容值以“cm”在 CGS 制 中指定；5,000 cm 对应于 28 nF
• 
  折叠式湿式铝电解电容器，贝尔系统 1929 年，查看折叠式阳极，它安装在装满液体电解质的方形外壳（未显示）中
• 
  两枚 8 μF，525 V 绕线式湿式铝电解电容器，装在纸质外壳中，用焦油密封，来自 20 世纪 30 年代的无线电。

应用范围重叠

这些独立的电容器可以独立于其与上述电容器类型的隶属关系来执行其应用，因此不同类型电容器的应用范围存在重叠。

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着广泛的重叠功能。

电容器 - 类型和样式

陶瓷电容器

多层陶瓷电容器（MLCC）的构造

主要文章：陶瓷电容器

一个陶瓷电容器 是由两层或多层交替排列的陶瓷和金属层制成的非极性固定电容器，其中陶瓷材料充当介电层，金属充当电极。陶瓷材料是由细磨的 顺电 或 铁电 材料颗粒混合而成，并加入混合的 氧化物，以达到所需的电容器特性。陶瓷材料的电气行为分为两个稳定性等级。

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

陶瓷原材料的高度可塑性非常适合许多特殊应用，并使陶瓷电容器的样式、形状和尺寸范围实现了多样化。例如，最小的分立电容器是“01005”芯片电容器，尺寸仅为 0.4 毫米 × 0.2 毫米。

大多数情况下，多层陶瓷电容器由交替排列的层构成，形成并联连接的单电容器。这种配置提高了电容，降低了所有损耗和寄生 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很容易通过所需的应用电压来控制和生产，因此陶瓷电容器的额定电压可达 30 kV 范围。

一些特殊形状和样式的陶瓷电容器用作特殊应用的电容器，包括 RFI/EMI 抑制电容器（也称为安全电容器），用于连接到电源线， 用于旁路和去耦应用的 X2Y® 电容器， 用于低通滤波器抑制噪声的穿通电容器， 以及用于发射机和高频应用的 陶瓷功率电容器。

• 各种陶瓷电容器样式
• 
  用于 SMD 安装的多层陶瓷电容器（MLCC 芯片）
• 
  陶瓷 X2Y® 去耦电容器
• 
  用于连接到电源线的陶瓷 EMI 抑制电容器（安全电容器）
• 
  高压陶瓷功率电容器

陶瓷电容器的特性和应用以及缺点

电容器类型	电介质	特性/应用	缺点
1 类陶瓷电容器	顺电 陶瓷混合物，由加入添加剂的 二氧化钛 组成。	可预测的 线性 且 电容 变化小，随工作温度而变化。优异的高 频率 特性，损耗低。用于 谐振电路 应用中的温度补偿。电压最高可达 15,000 V。	低 介电常数 陶瓷，电容 体积效率 低，尺寸比 2 类电容器大。
2 类陶瓷电容器	铁电 陶瓷混合物，由 钛酸钡 和合适的添加剂组成。	介电常数高，体积效率高，尺寸比 1 类电容器小。用于缓冲、旁路和耦合应用。电压最高可达 50,000 V。	稳定性低于 1 类，损耗高于 1 类。电容随施加电压的变化、频率的变化以及老化效应而变化。轻微 微声

薄膜电容器

主要文章：薄膜电容器

三种不同薄膜电容器配置的示例，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，其绝缘塑料薄膜用作电介质。电介质薄膜被拉伸成薄层，并具有金属电极，并绕成圆柱形绕组。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，从而形成金属化薄膜电容器，或者是在薄膜上覆盖一层独立的金属箔，称为薄膜/箔电容器。

金属化薄膜电容器具有自修复特性。电介质击穿或电极之间的短路不会破坏元件。金属化结构使得能够生产具有较大电容值（高达 100 µF 及更大）的绕组电容器，尺寸比薄膜/箔结构小。

薄膜/箔电容器或金属箔电容器使用两层塑料薄膜作为电介质。每层薄膜都覆盖着一层薄薄的金属箔（主要是铝），形成电极。这种结构的优点是金属箔电极易于连接，并具有出色的电流脉冲强度。

每个薄膜电容器内部结构的主要优点是与绕组两端的电极直接接触。这种接触使所有电流路径非常短。这种设计就像许多并联连接的单个电容器，从而减少了内部 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 (续流电路) 和交流电源应用，或用于更高频率的应用。

用作薄膜电容器电介质的塑料薄膜是 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% 将由所有其他材料使用，包括 PPS 和纸，每种材料约占 3%。

薄膜电容器用塑料薄膜材料的特性

		薄膜材料，缩写代码
薄膜特性		PET	PEN	PPS	PP
1 kHz 时的相对介电常数		3.3	3.0	3.0	2.2
最小薄膜厚度 (µm)		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 (V/µm)		580	500	470	650
商业实现的 耐压 (V/µm)		280	300	220	400
直流电压范围 (V)		50–1,000	16–250	16–100	40–2,000
电容范围		100 pF–22 µF	100 pF–1 µF	100 pF–0.47 µF	100 pF–10 µF
应用温度范围 (°C)		−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
损耗角正切 (•10−4)
	在 1 kHz 时	50–200	42–80	2–15	0.5–5
	在 10 kHz 处	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	在 100 kHz 处	170–300	120–300	12–60	2–25
	在 1 MHz 处	200–350	–	18–70	4–40
时间常数 RInsul•C (s)	在 25 °C 处	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
	在 85 °C 处	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 (nF•V/mm3)		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，也称为安全电容器， 用于非常高的浪涌电流的续流电容器， 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，因此许多可用的样式都有特殊的端子来处理高电流。
• 
  径向式（单端）用于在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，在两个相对边缘具有金属化接触点。
• 
  径向式，带重型焊接端子，用于续流电路应用和高浪涌脉冲负载。
• 
  带螺丝端子的重型续流电容器。

薄膜电容器的特性和应用以及缺点

电容器类型	电介质	特性/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明显小于薄膜/箔版本，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，以及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电介质。可预测的线性且低电容随工作温度变化。适用于 1 类频率确定电路和精密模拟应用。非常窄的电容。极低的损耗角正切。低吸湿率，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，例如续流电路或 IGBT。也用于 交流 电源应用，例如电机或 功率因数校正。非常低的介电损耗。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。	最高工作温度为 105 °C。相对较低的介电常数为 2.2。PP 薄膜电容器往往比其他薄膜电容器大。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®)	尺寸小于功能上可比的聚丙烯薄膜电容器。低吸湿率。在大多数直流应用中几乎完全取代了金属化纸和聚苯乙烯薄膜。主要用于一般用途应用或工作温度高达 125 °C 的半关键电路。工作电压高达 60,000 V 直流。	可在低（交流电源）频率下使用。由于温度和频率升高导致的损耗增加，因此在电力电子中的应用有限。
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®)	在高温下比 PET 具有更好的稳定性。更适合高温应用和 SMD 封装。主要用于非关键滤波、耦合和去耦，因为温度依赖性并不显着。	较低的相对介电常数和较低的介电强度意味着，对于给定的电容和额定电压，尺寸比 PET 大。
聚苯硫醚 (PPS) 薄膜电容器	聚苯硫醚 (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小的频率依赖性。损耗角正切很小且稳定。工作温度高达 270 °C。适用于 SMD。可以承受 RoHS 2002/95/欧盟指令 规定的无铅焊接所需的更高的回流焊接温度。	在 100 °C 以上，损耗角正切会增加，导致元件温度升高，但可以运行而不会降解。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®)	损耗最低的固体电介质。工作温度高达 250 °C。极高的绝缘电阻。良好的稳定性。用于关键任务应用。	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承受全电压。	仅开发，未发现系列 (2012)
聚酰胺薄膜电容器	聚酰胺	工作温度高达 200 °C。高绝缘电阻。良好的稳定性。低损耗因数。	仅开发，未发现系列 (2012)
聚酰亚胺薄膜 (Kapton) 电容器	聚酰亚胺 (Kapton)	所有已知塑料薄膜电介质中最高的介电强度。	仅开发，未发现系列 (2012)

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（电介质）、浸渍绝缘油的绕组

一种相关的类型是 功率薄膜电容器。大型功率薄膜电容器使用的材料和制造技术与普通薄膜电容器大多相似。然而，由于历史原因，功率等级很高或非常高的电容器在电力系统和电力设施中的应用通常单独分类。普通薄膜电容器的标准化侧重于电气和机械参数。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是“电力”元件独占的功率水平的能力，“电子”和“电气”功率等级之间的区别变得模糊。历史上，这两个家族之间的界限大约是 200 伏安的无功功率。

薄膜功率电容器主要使用聚丙烯薄膜作为电介质。其他类型包括金属化纸电容器（MP 电容器）和具有聚丙烯电介质的混合电介质薄膜电容器。MP 电容器适用于成本应用，以及作为无场载体电极（湿润箔电容器）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，存储或突然释放电能，或提高功率因数。这些电容器的额定电压范围从大约 120 V AC（电容照明镇流器）到 100 kV。

• 用于电力系统、电力设施和工厂的功率薄膜电容器
• 
  用于交流 功率因数校正 (PFC) 的功率薄膜电容器，封装在圆柱形金属罐中
• 
  矩形外壳中的功率薄膜电容器
• 
  几个能量存储功率薄膜电容器组中的一个，用于在位于 DESY 场地上的 汉堡 的强子-电子环加速器 (HERA) 上产生磁场
• 
  150kV 处的 75MVAR 变电站电容器组

薄膜功率电容器的特性和应用以及缺点

电容器类型	电介质	特性/应用	缺点
金属化纸功率电容器	纸张 浸渍绝缘油或环氧树脂	自愈特性。最初浸渍蜡、油或环氧树脂。某些 高压 应用中使用油 Kraft 纸版本。大多被 PP 取代。	体积大。高度 吸湿性，尽管有塑料外壳和浸渍剂，也会从 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	牛皮纸 浸渍油	纸张覆盖有金属箔作为电极。成本低廉。间歇性工作，高放电应用。	体积大且重。能量密度明显低于 PP 电介质。没有自愈功能。由于存储的能量高，可能会发生灾难性故障。
PP 电介质， 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 作为电介质，浸渍绝缘油、环氧树脂或绝缘气体	自愈。损耗极低。高绝缘电阻。高浪涌电流强度。高热稳定性。重型应用，例如用高无功功率、高频率和高峰值电流负载进行换向，以及其他交流应用。	体积大于 PP 功率电容器。
单面或双面 金属化 PP 功率电容器	PP 作为电介质，浸渍绝缘油、环氧树脂或绝缘气体	单位体积功率电容器中最高的电容。自愈。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、交流换向、交流功率因数校正。	对于可靠的高压运行和非常高的浪涌电流负载至关重要，耐热性有限 (105 °C)
PP 薄膜/箔功率电容器	浸渍 PP 或绝缘气体、绝缘油、环氧树脂或绝缘气体	最高的浪涌电流强度	大于 PP 金属化版本。没有自愈功能。

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，其上覆盖有氧化层用作电介质。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。根据其电介质，可以分为三个系列。

• 以 氧化铝 作为电介质的铝电解电容器
• 以 五氧化二钽 作为电介质的钽电解电容器
• 以 五氧化二铌 作为电介质的铌电解电容器。

阳极高度粗化以增加表面积。这和氧化层的相对高介电常数使得这些电容器与薄膜或陶瓷电容器相比具有更高的单位体积电容。

五氧化二钽的介电常数大约是氧化铝的三倍，因此可以生产出尺寸明显更小的元件。但是，介电常数只决定尺寸。电气参数，特别是 电导率，由电解质的材料和成分决定。使用三种常见的电解质类型

• 非固体（湿的，液体的）——电导率大约为 10 mS/cm，成本最低
• 固体二氧化锰——电导率大约为 100 mS/cm，具有高品质和稳定性
• 固体导电聚合物 (聚吡咯)——电导率大约为 10,000 mS/cm， ESR 值低至 <10 mΩ

电解电容器的内部损耗主要用于去耦和缓冲应用，由电解质的类型决定。

不同电解电容器的一些重要值

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)	具体 纹波电流 (mA/mm3) 1)
铝 (粗化箔)	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 (粗化箔)	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）时

电解电容器的单位体积大电容使其在相对高电流和低频率的电气 电路 中非常有用，例如在 电源 滤波器中，用于从直流电源连接中去耦不希望出现的交流成分，或用作音频放大器中的耦合电容器，用于传递或旁路低频信号并存储大量能量。电解电容器的相对高电容值与 聚合物电容器（特别是 SMD 型号）的聚合物电解质的超低 ESR 相结合，使其成为个人电脑电源中 MLCC 片式电容器的竞争对手。

双极电解电容器（也称为非极化电容器）包含两个阳极氧化铝箔，其行为类似于两个串联反向连接的电容器。

专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
• 
  具有非固体（液体）电解质的绕组式铝电解电容器结构示意图
• 
  具有固体电解质的烧结钽电解电容器结构示意图

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

电解电容器的特性、应用和缺点

电容器类型	电介质	特性/应用	缺点
电解电容器 具有非固体 （湿式、液体） 电解质	氧化铝 Al2O3	极高的电容体积比。电容值高达 2,700,000 µF/6.3 V。电压高达 550 V。每个电容/电压值的成本最低。适用于低损耗和高电容稳定性不是主要要求的场合，尤其是在电源和直流链路中的旁路、耦合、平滑和缓冲应用等较低频率情况下。	极性化。泄漏电流很大。相对较高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、过热或极性接反时会排气或爆炸。水性电解质在使用寿命结束时可能会排气，表现出类似"电容器瘟疫"的故障。
	五氧化二钽 Ta2O5	湿式钽电解电容器（湿式柱状体） 电解电容器中泄漏电流最低。电压高达 630 V（钽膜）或 125 V（钽烧结体）。密封性好。稳定可靠。应用于军事和航天领域。	极性化。当电压、纹波电流或转换速率超过极限或反向电压时，会发生剧烈爆炸。价格昂贵。
[电解电容器 具有固体 [二氧化锰] 电解质	氧化铝 Al2O3 五氧化二钽 Ta2O5, 五氧化二铌 Nb2O5	钽和铌在给定电容/电压下尺寸比铝更小。电气参数稳定。良好的长期高温性能。ESR 比非固体（湿式）电解电容器更低。	极性化。约 125 V。低电压和有限的瞬态、反向或浪涌电压耐受性。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 具有固体 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（湿式）电解电容器相比，ESR 大幅降低。更高的纹波电流额定值。延长了工作寿命。电气参数稳定。自愈。 适用于小型电源，尤其是在 SMD 中的平滑和缓冲应用。	极性化。电解电容器中泄漏电流最高。价格比非固体或二氧化锰高。电压限制在约 100 V。当电压、电流或转换速率超过极限或反向电压时，会发生爆炸。

超级电容器

主要文章：超级电容器

超级电容器及相关类型的层次分类

Ragone 图，显示了各种电容器和电池的功率密度与能量密度的关系

根据 IEC 62391-1、IEC 62567 和 DIN EN 61881-3 标准对超级电容器进行分类

超级电容器 (SC), 包含一个 电化学 电容器 家族。超级电容器，有时称为超级电容，是 双电层电容器 (EDLC)、赝电容器 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种存储原理决定，这两种原理共同贡献了电容器的总电容：

• 双电层电容 – 存储是通过在导体表面和电解质溶液之间的 界面 处形成的 亥姆霍兹 双电层 中的电荷分离来实现的。双电层中电荷分离的距离约为几个 埃（0.3–0.8 纳米）。这种存储在本质上是 静电 的。
• 赝电容 – 存储是通过在电极表面进行 氧化还原反应、电吸附或 嵌入，或者通过特定吸附的 离子 来实现的，从而导致可逆的 法拉第 电荷转移。赝电容在本质上是法拉第的。

由每种原理产生的存储量的比率可以有很大差异，具体取决于电极设计和电解质成分。赝电容可以使电容值比双电层本身高出一个数量级。

超级电容器根据电极设计分为三个类别

• 双电层电容器 – 具有 碳 电极或衍生物，其静电双电层电容比法拉第赝电容大得多
• 赝电容器 – 具有金属氧化物或导电聚合物电极，其法拉第赝电容很大
• 混合电容器 – 具有特殊和不对称电极的电容器，既表现出显著的双电层电容，又表现出赝电容，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， 电容值高达 电解电容器 的 10,000 倍。 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 的速度的乘积。更高的功率密度导致比电池所能达到的充放电循环时间短得多，并且对多次充放电循环的耐受性更高。这使得它们非常适合与电池并联连接，并且可以提高电池的功率密度。

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，电解质仅形成阴极，即第二电极。

超级电容器是极性化的，必须以正确的极性工作。极性通过不对称电极的设计来控制，或者对于对称电极，通过在制造过程中施加的电势来控制。

超级电容器支持广泛的应用，以满足功率和能量需求，包括

• 在 (SRAM) 等电子设备中，在较长时间内提供低电源电流以进行内存备份
• 需要非常短的高电流的电力电子设备，例如 KERS 系统 在 一级方程式 赛车中的应用
• 回收公交车和火车等车辆的制动能量

超级电容器很少可以互换，尤其是那些能量密度较高的超级电容器。IEC 标准 62391-1 用于电子设备的固定式双电层电容器 确定了四个应用类别

• 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）

对于电容器等电子元件来说，超级电容器使用的众多不同的商业名称或系列名称，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、超级电容，这使得用户难以对这些电容器进行分类。

• 双电层、锂离子电容器和超级电容器
• 
  用于数据缓冲的 1 F/5.5 V 双电层电容器
• 
  用于高能量密度的锂离子电容器的径向（单端）样式
• 用于高电流负载的超级电容器/超级电容电池和模块
  用于高电流负载的超级电容器/超级电容电池和模块

超级电容器的特性、应用和缺点

电容器类型	电介质	特性/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高数十到数百倍。更类似于电池，而不是其他电容器。大的电容/体积比。相对较低的ESR。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/提供更大的电流。数十万次充放电循环。混合动力汽车。能量回收	极化。每个电池的低工作电压。（串联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。阳极掺杂锂离子。	更高的工作电压。比普通EDLC更高的能量密度，但比锂离子电池（LIB）更低。没有热失控反应。	极化。每个电池的低工作电压。（串联电池提供更高的工作电压。）成本相对较高。

其他电容器

在上述涵盖了几乎所有离散电容器市场的电容器之下，电子学中还有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绝缘基板上适当的金属化图案来形成。它们可以封装在没有其他半导体部件的多个电容器阵列中，作为离散元件。^[32]
• 玻璃电容器——第一个莱顿瓶电容器是由玻璃制成的，截至2012年^[update]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机
• SF₆气体充填电容器——用作测量桥电路中的电容标准

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。在行业实践中，通常用接地导体填充一层PCB的未使用区域，另一层用电源导体填充，在层间形成一个大的分布式电容器。
• 导线——两根绝缘导线相互缠绕。电容值通常在3 pF到15 pF之间。用于自制甚高频电路的振荡反馈。

已淘汰的电容器

• 云母电容器——第一个具有稳定频率特性和低损耗的电容器，在二战期间用于军用无线电应用
• 空气间隙电容器——由第一个火花隙发射机使用

• 其他电容器
• 
  一些1nF × 500VDC额定银云母电容器
• 
  带铀玻璃封装的真空电容器

其他电容器的特点和应用以及缺点

电容器类型	电介质	特性/应用	缺点
空气间隙电容器	空气	低介电损耗。用于谐振高频电路，用于高功率高频焊接。	体积庞大。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，如发射机和感应加热。如果电弧电流受到限制，则可以自修复。	成本非常高。易碎。体积大。电容相对较低。
SF6气体充填电容器	SF6气体	高精度。[33]极低的损耗。非常高的稳定性。高达1600 kV额定电压。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	非常高的稳定性。没有老化。低损耗。用于高频和低甚高频射频电路，以及作为测量桥电路中的电容标准。大多被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。超高可靠性。超高稳定性。抗核辐射。工作温度：-75 °C至+200 °C，甚至短期过曝至+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更小的占地面积。低ESL。高达200 °C的非常高的稳定性。高可靠性	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。可变电容器通常有两个版本需要区分

• 调谐电容器——用于有意地、反复地调谐无线电或其他调谐电路中的振荡电路的可变电容器
• 微调电容器——通常用于一次性振荡电路内部调整的小型可变电容器

可变电容器包括使用机械结构来改变极板之间的距离或重叠的极板表面积的电容器。它们大多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。它们已经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
• 
  用于表面安装的微调电容器

可变电容器的特点和应用以及缺点

电容器类型	电介质	特性/应用	缺点
空气间隙调谐电容器	空气	圆形或各种对数切割的转子电极，用于不同的电容曲线。用于对称调整的分割转子或定子切割。滚珠轴承轴，用于降低噪声的调整。用于高专业设备。	尺寸较大。成本高。
真空调谐电容器	真空	极低的损耗。用于高压、高功率射频应用，如发射机和感应加热。如果电弧电流受到限制，则可以自修复。	成本非常高。易碎。尺寸较大。
SF6气体充填调谐电容器	SF6	极低的损耗。用于超高压高功率射频应用。	成本非常高，易碎，尺寸较大
空气间隙微调电容器	空气	大多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	在很宽的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，大量生产用于电子和电气设备。2008 年，全球固定电容器市场规模约为 180 亿美元，共生产 1.4 万亿（1.4 × 10¹²）件。^[35] 这个市场由陶瓷电容器主导，估计每年约生产 1 万亿（1 × 10¹²）件。^[1]

主要电容器系列的价值估计数据如下：

• 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 和纸质电容器 - 26 亿美元（15%）；
• 钽电解电容器 - 22 亿美元（12%）；
• 超级电容器 (双电层电容器) - 3 亿美元（2%）；以及
• 其他类型，如 银云母电容器 和 真空可变电容器 - 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均微不足道。

电容器 - 电气特性

等效串联电路

电容器的等效串联电路模型

分立电容器与理想电容器存在偏差。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产生积极的影响，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，或电容器绝缘不足导致漏电流。

所有属性都可以通过一个等效串联电路来定义和指定，该电路由理想电容和额外的电气元件组成，这些元件模拟电容器的所有损耗和电感参数。在这个等效串联电路中，电气特性由以下参数定义：

• C，电容器的电容
• R_insul，介质的绝缘电阻，不要与外壳的绝缘混淆
• R_leak，表示电容器漏电流的电阻
• R_ESR，等效串联电阻，它汇总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电感，通常缩写为“ESL”。

使用等效串联电路而不是等效并联电路由IEC/EN 60384-1 规定。

标准值和公差

“额定电容”C_R 或“标称电容”C_N 是电容器的设计值。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，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，为 1 kHz 或 10 kHz
• 对于电解电容器，为 100/120 Hz
• 对于 C_R > 10 μF 的非电解电容器，为 50/60 Hz 或 100/120 Hz

对于超级电容器，使用电压降方法来测量电容值。

电容器以几何递增的优先值 (E 系列 标准) 提供，这些标准在 IEC/EN 60063 中定义。根据每个十年内的值的数量，这些系列被称为 E3、E6、E12、E24 等。用于指定电容器值的单位范围已扩展到包括从皮法 (pF)、纳法 (nF) 和微法 (μF) 到法拉 (F) 的所有单位。毫法和千法不常见。

允许的偏差值与额定值的百分比称为公差。实际电容值应在其公差范围内，否则就超出规格。IEC/EN 60062 为每个公差指定了一个字母代码。

电容器的公差及其字母代码

E 系列	公差
	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	-	-

所需的公差由具体应用决定。E24 到 E96 的窄公差用于高质量电路，例如精密振荡器和计时器。一般应用，例如非关键滤波或耦合电路，采用 E12 或 E6。电解电容器通常用于滤波 和旁路 电容器，通常具有 ±20% 的公差范围，需要符合 E6（或 E3）系列的值。

温度依赖性

电容通常会随温度而变化。不同的介电材料在温度敏感性方面表现出很大的差异。温度系数以每摄氏度百万分之几 (ppm) 表示，用于 1 类陶瓷电容器，或以整个温度范围内的百分比表示，用于所有其他类型。

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
金属化纸质电容器（浸渍）	±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的升高，其电容都会或多或少地发生变化。2 类陶瓷和塑料薄膜的介电强度随着频率的升高而下降。因此，它们的电容值随着频率的升高而减小。这种现象对于陶瓷 2 类和塑料薄膜介电材料而言，与介电弛豫有关，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典型电容频率特性。

• 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（与 NP0 1 类电容器比较）
• 
  不同薄膜材料薄膜电容器的电容频率依赖性

对于非固体电解质的电解电容器，会发生离子的机械运动。它们的移动能力有限，因此在较高频率下，并非所有粗化的阳极结构区域都覆盖有带电离子。阳极结构越粗糙，电容值随频率增加而减小的程度就越大。具有高度粗化的阳极的低压类型在 100 kHz 时的电容约为 100 Hz 时的测量值的 10% 到 20%。

电压依赖性

电容也可能随施加电压而变化。这种影响在 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。施加更高的电压会降低介电常数。电容的变化可以降至用标准测量电压 0.5 或 1.0 V 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的小来源。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
• 
  25 V 电容器在不同陶瓷等级中的电容变化与施加电压的关系的简化图
• 
  不同额定电压下 X7R 陶瓷的电容变化与施加电压的关系的简化图

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的关系

介电材料变成导电的电压称为击穿电压，它等于介电强度与电极间距的乘积。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。工作电压是如此规定，以确保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，允许的工作电压称为“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连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随着温度升高而降低。对于某些应用，使用更高的温度范围非常重要。在较高温度下降低施加电压可以保持安全裕量。因此，对于某些类型的电容器，IEC 标准规定了用于更高温度范围的第二个“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连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图中给出。

阻抗

电容器在较高频率（上方）下的简化等效串联电路；矢量图，其中包含电抗 X_ESL 和 X_C 以及电阻 ESR，以及为了说明阻抗 Z 和损耗角正切 tan δ

通常，电容器被视为电能存储元件。但这仅仅是电容器的一种功能。电容器还可以充当交流电阻器。在许多情况下，电容器用作去耦电容器，用于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；介电材料仅用于阻断直流。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$\scriptstyle Z$，它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，并且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。

在电容器数据表中，只指定了阻抗幅度 |Z|，并简单地写为“Z”，因此阻抗公式可以写成笛卡尔形式

$\ Z=R+jX$

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

如电容器串联等效电路所示，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$\omega$下的总电抗由容抗（电容）$X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}$和感抗（电感）：$X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }$的几何（复数）相加得出。

为了计算阻抗$\scriptstyle Z$，需要用几何方法将电阻相加，然后$Z$由以下公式得出

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

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

来计算电流或电压的峰值或有效值。

在共振的特殊情况下，两个反应电阻

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

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

不同电容值在不同频率下的典型阻抗曲线，显示了典型的形式，在共振频率以下阻抗值下降，在共振频率以上阻抗值上升。电容值越大，共振频率越低。

数据手册中指定的阻抗通常会显示不同电容值下的典型曲线。随着频率的增加，阻抗会下降到最小值。阻抗越低，交流电流就越容易通过电容器。在顶点，即谐振点，XC的值与XL的值相同时，电容器具有最低的阻抗值。此时，只有ESR决定阻抗。当频率高于谐振频率时，由于电容器的ESL，阻抗会再次增加。电容器开始表现得像一个电感。

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。

由于铝电解电容器具有较大的电容值，因此在低频范围内（高达约1 MHz）具有相对良好的去耦性能。这就是在标准或开关电源的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，适合用于高达几百 MHz 的较高频率。由于它们采用端面接触电极的结构，它们也具有明显更低的寄生电感，使其适合于高频应用。为了扩大频率范围，通常将一个电解电容器与一个陶瓷或薄膜电容器并联连接。

许多新的开发都针对降低寄生电感 (ESL)。这提高了电容器的谐振频率，例如，可以跟上数字电路不断提高的开关速度。小型化，尤其是在SMD多层陶瓷片式电容器 (MLCC) 中，提高了谐振频率。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。“正面朝下”结构与钽电解电容器中的多阳极技术相结合，进一步降低了ESL。当需要高达 GHz 频率的电容器时，MOS 电容器或硅电容器等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板连接到外部世界的引线和内部连接引起。大型电容器的 ESL 往往高于小型电容器，因为到板的距离更长，每毫米都算作电感。

对于任何离散电容器，都存在一个高于 DC 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，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 AC 应用，自谐振频率是电容器可以作为电容元件使用的最高频率。

这对从电源去耦高速逻辑电路至关重要。去耦电容器为芯片提供瞬态电流。如果没有去耦器，当电路的一部分快速打开和关闭时，IC 要求电流的速度会快于电源连接的供电速度。为了解决这个潜在问题，电路经常使用多个旁路电容器——小型（100 nF 或更小）的额定频率为高频的电容器，一个额定频率为低频的大型电解电容器，有时还会使用一个中等值的电容器。

欧姆损耗、ESR、损耗因子和品质因数

离散电容器中的总结损耗是欧姆交流损耗。直流损耗被指定为"漏电流"或"绝缘电阻"，对于 AC 规范来说可以忽略不计。AC 损耗是非线性的，可能取决于频率、温度、老化或湿度。这些损耗源于两种物理条件

• 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”铝电解电容器中，尤其是超级电容器中，液体电解质的有限电导率，以及
• 介质损耗来自介质极化.

在大型电容器中，这些损耗中的最大部分通常是与频率相关的欧姆介质损耗。对于小型元件，尤其是湿电解电容器，液体电解质的电导率可能会超过介质损耗。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覆盖了 15 个数量级，从 pF (10⁻¹² F) 到超级电容器中的 1000 F，因此不可能仅用一个频率来捕捉整个范围。IEC 60384-1 规定，应在用于测量电容的相同频率下测量欧姆损耗。这些是

• 对于 C_R ≤ 1 nF 的非电解电容器，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，为 1 kHz 或 10 kHz
• 对于电解电容器，为 100/120 Hz
• 对于 C_R > 10 μF 的非电解电容器，为 50/60 Hz 或 100/120 Hz

电容器的总结电阻损耗可以指定为 ESR，作为损耗因子(DF, tan δ)，或作为品质因数 (Q)，具体取决于应用程序的要求。

具有较高纹波电流 $I_{R}$ 负载的电容器，例如电解电容器，通过等效串联电阻 ESR 指定。ESR 可以显示为上述矢量图中的欧姆部分。ESR 值在数据手册中按类型单独指定。

薄膜电容器和某些 2 类陶瓷电容器的损耗主要通过损耗因子 tan δ 指定。这些电容器的损耗小于电解电容器，并且主要用于高达几百 MHz 的较高频率。但是，在相同频率下测量的损耗因子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。损耗因子由电抗 ($X_{C}-X_{L}$) 和 ESR 的正切确定，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，则损耗因子可以近似为

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

具有极低损耗的电容器，例如 1 类和 2 类陶瓷电容器，使用品质因数 (Q) 来指定电阻损耗。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 定义为损耗因子的倒数。

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

高 Q 值对于谐振电路来说是谐振质量的标志。

不同类型电容器的欧姆损耗比较
对于谐振电路（参考频率 1 MHz）

电容器类型	电容 (pF)	ESR 在 100 kHz 处 (mΩ)	ESR 在 1 MHz 处 (mΩ)	tan δ 在 1 MHz 处 (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，将交流电压和交流电流耦合到两个点之间。每个流过电容器的交流电流都会在电容器内部产生热量。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 $tan\delta$ 表示为

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

内部产生的热量必须散布到环境中。电容器的温度是在热量产生和散布之间的平衡基础上建立的，不应超过电容器规定的最大温度。因此，ESR 或损耗因子是电容器规定的最大功率（交流负载、纹波电流、脉冲负载等）的标志。

交流电流可能包括

• 纹波电流——叠加在直流偏置上的交流电压产生的有效 (RMS) 交流电流，
• 脉冲电流——电压峰值产生的交流峰值电流，或
• 交流电流——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。这些电流内部产生的温度会影响介质的击穿电压。所有电容器的耐压都会随着温度升高而降低。在湿电解电容器中，较高的温度会导致电解质蒸发，缩短电容器的寿命。在薄膜电容器中，较高的温度可能会收缩塑料薄膜，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（涂覆）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，任何交流电流流过电容器产生的最大温度是一个限制因素，这反过来限制了交流负载、纹波电流、脉冲负载等。

纹波电流

“纹波电流”是叠加在直流偏置上的交流电流的RMS 值，无论其频率和波形如何，只要在规定的温度下连续工作。它主要出现在电源（包括开关电源）中，在整流交流电压后，它作为充放电电流流过解耦或平滑电容器。“额定纹波电流”不应超过规定的最大环境温度下，电容器类型不同的温度升高 3、5 或 10°C。

纹波电流由于电容器的 ESR 而在电容器本体内产生热量。ESR 由介质中变化的场强引起的介质损耗和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。更高的频率会提高 ESR，而更高的温度会略微降低 ESR。

用于功率应用的电容器类型具有规定的最大纹波电流额定值。这些主要包括铝电解电容器，还有钽电解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，其使用寿命会缩短。超过限度会导致爆炸性故障。

具有固体二氧化锰电解质的钽电解电容器也受到纹波电流的限制。超过其纹波限制会导致短路和元件烧毁。

对于薄膜电容器和陶瓷电容器，通常以损耗因子 tan δ 指定，纹波电流限制由本体温度升高约 10°C 决定。超过此限度可能会破坏内部结构并导致短路。

脉冲电流

特定电容器的额定脉冲负载受额定电压、脉冲重复频率、温度范围和脉冲上升时间限制。“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代表了适用峰值电流 $I_{p}$ 的最大容量。 峰值电流定义为

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

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

金属化薄膜电容器允许的脉冲电流容量通常允许内部温度上升 8 到 10 °K。

对于金属化薄膜电容器，脉冲负载取决于介质材料的特性、金属化的厚度和电容器的结构，尤其是端部喷涂和金属化电极之间的接触区域的结构。 高峰值电流会导致端部喷涂和金属化电极之间局部接触的局部过热，这可能会破坏一些接触，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中可能发生的脉冲负载。 IEC 60384 第 1 部分规定，测试电路间歇地充电和放电。 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。 脉冲应力容量为脉冲上升时间。 额定脉冲上升时间指定为测试脉冲上升时间的 1/10。

必须针对每个应用计算脉冲负载。 由于供应商相关的内部结构细节，无法提供用于计算薄膜电容器功率处理的一般规则。 为了防止电容器过热，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）
• 反向峰值电压；
• 脉冲重复频率
• 环境温度
• 热量耗散（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

用于交流负载的电容器的限制条件

交流负载只能施加到非极性电容器。 交流应用的电容器主要是薄膜电容器、金属化纸电容器、陶瓷电容器和双极电解电容器。

交流电容器的额定交流负载是在指定温度范围内可以连续施加到电容器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。

4 种不同容量的 63 V 直流薄膜电容器系列的典型 rms 交流电压曲线，作为频率的函数

薄膜电容器的额定交流电压通常是根据内部温度上升 8 到 10 °K 是安全运行的允许限值来计算的。 由于介质损耗随频率的增加而增加，因此在较高频率下必须降低指定的交流电压。 薄膜电容器的数据表指定了用于在较高频率下降低交流电压的特殊曲线。

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

交流负载可能发生在交流电机运行电容器中，用于倍压、续流电路、照明镇流器和功率因数校正 PFC 中，用于相移以提高传输网络的稳定性和效率，这是大型功率电容器最重要的应用之一。 这些主要是大型 PP 薄膜或金属化纸电容器，受额定无功功率 VAr 限制。

可以施加交流电压的双极电解电容器的额定值是额定纹波电流。

绝缘电阻和自放电常数

介质的电阻是有限的，导致一定程度的直流“漏电流”，导致充电电容器会随着时间的推移而损失电荷。 对于陶瓷和薄膜电容器，这种电阻称为“绝缘电阻 R_ins”。 这种电阻由并联在电容器上的电阻 R_ins 表示，位于电容器的等效串联电路中。 绝缘电阻不得与组件相对于环境的外部隔离混淆。

绝缘电阻的自放电随时间变化的曲线，电容器电压随时间下降，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 $\tau _{\mathrm {s} }\,$ 电压 $U_{0}$ 下降到初始值的 37%。

自放电常数是陶瓷和薄膜电容器电极间介电材料绝缘的一个重要参数。例如，电容器可以用作时间继电器的时间确定元件，或用于存储电压值，如在 采样保持电路或 运算放大器中。

1 类陶瓷电容器的绝缘电阻至少为 10 GΩ，而 2 类电容器的绝缘电阻至少为 4 GΩ 或自放电常数至少为 100 秒。塑料薄膜电容器的绝缘电阻通常为 6 至 12 GΩ。这对应于自放电常数约为 2000-4000 秒的 uF 量级电容器。^[42]

如果湿度渗透到绕组中，绝缘电阻和自放电常数会降低。它在一定程度上高度依赖温度，并且随着温度升高而降低。两者都随着温度升高而降低。

在电解电容器中，绝缘电阻被定义为漏电流。

漏电流

电解电容器的总体漏电流特性取决于电解质的种类。

对于电解电容器，介电材料的绝缘电阻被称为“漏电流”。这种 直流电流由电解电容器串联等效电路中的电容器并联的电阻 R_leak 表示。电容器端子之间的电阻也是有限的。电解电容器的 R_leak 比陶瓷或薄膜电容器的 R_leak 低。

漏电流包括由于不必要的化学过程和机械损坏造成的介电材料的所有微弱缺陷。它也是在施加电压后可以穿过介电材料的直流电流。它取决于未施加电压的间隔（存储时间）、焊接引起的热应力、施加的电压、电容器的温度以及测量时间。

施加直流电压后，漏电流在前几分钟内会下降。在此期间，介电氧化层可以通过建立新层来自我修复弱点。所需的时间通常取决于电解质。固体电解质的下降速度比非固体电解质快，但保持在略高的水平。

非固体电解电容器以及锰氧化物固体钽电容器的漏电流随着电压连接时间的增加而减小，这是由于自修复效应。尽管电解电容器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，但现代非固体电解电容器的自放电时间需要数周。

电解电容器的一个特殊问题是存储时间。较长的存储时间会导致更高的漏电流。这些行为仅限于含水量高的电解质。诸如 GBL 等有机溶剂在较长的存储时间内不会出现高漏电流。

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会产生称为 麦克风效应 的电气效应。麦克风效应（麦克风效应）描述了电子元件如何将机械 振动转换为不需要的电信号（噪声）。^[43] 介电材料可能会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，进而感应出交流电流。由此产生的干扰在音频应用中尤其成问题，可能导致反馈或意外录音。

在反麦克风效应中，改变电容器板之间的电场会施加物理力，将它们变成音频扬声器。高电流脉冲负载或高纹波电流会从电容器本身产生可听的聲音，消耗能量并对介电材料造成压力。^[44]

介电吸收（浸泡）

主条目： 介电吸收

介电吸收是指电容器长时间保持充电状态，在短暂放电时，放电不完全的现象。虽然理想电容器在放电后电压会降至零伏，但实际电容器会由于时间延迟的偶极子放电而产生微小的电压，这种现象也称为 介电弛豫、“浸泡”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%
固体电解质钽电解电容器	2% 到 3%，[45] 10%[46]
非固体电解质铝电解电容器	10% 到 15%
双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，但在一些应用中，如长 时间常数 积分器、 采样保持电路、开关电容 模数转换器和超低失真 滤波器，重要的是电容器在完全放电后不会恢复残余电荷，因此需要指定低吸收的电容器。^[47] 由介电吸收产生的端电压在某些情况下可能会影响电子电路的功能，或者对人员构成安全风险。为了防止电击，大多数超大型电容器在运输时会使用短路线，这些短路线需要在使用前拆除。^[48]

能量密度

电容值取决于介电材料 (ε)、电极的表面积 (A) 和电极之间的距离 (d)，由板电容器的公式给出。

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

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。击穿电压与介电层的厚度成正比。

理论上，给定两个具有相同机械尺寸和介电材料的电容器，但其中一个的介电层厚度为另一个的一半。在相同的尺寸下，这个电容器可以放置两倍的平行板面积。理论上，这个电容器的电容是第一个电容器的 4 倍，但耐压是它的一半。

由于储存在电容器中的能量密度由以下公式给出：

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

因此，一个电介质厚度为另一个一半的电容器具有 4 倍的电容，但耐压为 1/2，产生相同的最大能量密度。

因此，电介质厚度不会影响固定尺寸电容器内的能量密度。使用几层厚的电介质可以承受高电压，但电容低，而薄层的电介质会产生低击穿电压，但电容高。

这假设电极表面或电介质的介电常数不会随着耐压而改变。与两个现有的电容器系列进行简单的比较可以表明现实是否符合理论。比较很简单，因为制造商在同一系列中使用标准化的外壳尺寸或盒子供应不同的电容/电压值。

具有相同尺寸但额定电压和电容值不同的电容器中储存能量的比较

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，阳极箔的类似海绵的粗糙表面在电压较高时会变得更光滑，从而减少阳极的表面积。但由于能量随电压的平方增加，而阳极的表面积比耐压下降幅度更小，因此能量密度明显增加。对于薄膜电容器，介电常数随电介质厚度和其他机械参数的变化而变化，因此偏离理论的原因不同。

将表格中的电容器与超级电容器（能量密度最高的电容器家族）进行比较。为此，将 Maxwell HC 系列中尺寸为 D × H = 16 mm × 26 mm 的电容器 25  F/2.3 V 与表格中尺寸大致相同的电解电容器进行比较。这种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 1/4，并且存储的电能约为 66,000 mWs (0.018 Wh), 大约是电解电容器的 100 倍（40 到 280 倍）。

长期行为，老化

电容器的电气参数在储存和使用过程中可能会随着时间的推移而发生变化。参数变化的原因各不相同，可能是电介质的特性、环境影响、化学过程或非固体材料的干燥作用。

老化

不同 2 类陶瓷电容器与 NP0-1 类陶瓷电容器的老化比较

在铁电 2 类陶瓷电容器中，电容会随着时间的推移而下降。这种现象被称为“老化”。这种老化发生在铁电介质中，其中介质中的极化畴对总极化有贡献。介质中极化畴的退化会随着时间的推移降低介电常数，从而降低电容。 老化遵循对数规律。这定义了电容在焊接恢复时间后的某个时间段内以恒定百分比下降，例如，在 20 °C 下，在 1 到 10 小时之间。由于该规律是对数规律，因此电容的百分比损失在 1 h 和 100 h 之间会增加一倍，在 1 h 和 1,000 h 之间会增加三倍，等等。老化在开始时最快，随着时间的推移，绝对电容值会稳定下来。

2 类陶瓷电容器的老化速率主要取决于其材料。一般来说，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 2.5&nbs;% 每十年。 Z5U 陶瓷电容器的老化率明显更高，可以高达每十年 7%。

2 类陶瓷电容器的老化过程可以通过将元件加热到高于居里点来逆转。

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，如较高温度、高湿度和机械应力，在较长时间内可能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低于 1%，对于 N 750 到 N 1500 陶瓷电容器，电容变化 ≤ 2%。薄膜电容器可能会由于自愈过程而导致电容下降，也可能会由于湿度影响而导致电容上升。例如，PE 薄膜电容器在 40 °C 下 2 年的典型变化为 ±3 %，PP 薄膜电容器的典型变化为 ±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变化，这是由于电解质蒸发造成的。当参数达到指定的限制时，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”电解电容器在达到指定的电容或 ESR 最大变化时，会达到指定的“寿命终点”。寿命终点、“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”来估计。电解电容器的典型规格规定了 85 °C 下的 2,000 小时的寿命，每降低 10 度寿命翻倍，在室温下可达到约 15 年的寿命。

超级电容器也会随着时间的推移而发生电解质蒸发。估算方法与湿式电解电容器类似。除了温度外，电压和电流负载也会影响寿命。低于额定电压和更低的电流负载以及更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，这种时间在由于电解质蒸发而开始磨损故障时结束。

电容器是可靠的元件，具有较低的故障率，在正常条件下可达到数十年的预期寿命。大多数电容器在生产结束时会通过类似于“老化”的测试，以便在生产过程中发现早期故障，从而减少发货后故障的数量。

电容器的可靠性通常以时间内故障次数 (FIT) 的数量来指定，该数量是在恒定随机故障期间内出现的。FIT 是在固定的工作条件下（例如，在 40 °C 和 0.5 U_R 下，1000 个器件运行 100 万小时，或 100 万个器件运行 1000 小时）预计出现的故障次数。对于其他条件的施加电压、电流负载、温度、机械影响和湿度，可以根据工业 或军事 规范的条款重新计算 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。焊锡浴的热量，尤其是对于 SMD 电容器而言，会导致陶瓷电容器改变端子和电极之间的接触电阻；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；有些类型可能需要长达 24 小时。某些特性可能会因焊接而发生几个百分点的不可逆变化。

储存或闲置后的电解行为

具有非固体电解质的电解电容在制造过程中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裂缝和弱点。一些含水量高的电解质会与未经保护的铝发生相当剧烈的反应，甚至发生爆炸。这导致了 1980 年代之前制造的电解电容的“储存”或“闲置”问题。在 1980 年代，开发了含有“抑制剂”或“钝化剂”的新电解质来解决这个问题。 截至 2012 年，对于电子元件来说，在室温下存放两年的标准储存时间（外壳封闭）会因端子氧化而被规定为具有非固体电解质的电解电容。对于使用有机溶剂（如 GBL）的 125 °C 特殊系列，储存时间长达 10 年，无需预先调节，即可确保电容器的正常电气性能。

对于古董无线电设备，可能需要“预先调节”老式电解电容。这包括通过限流电阻器将工作电压施加到电容器端子约 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

用于电子设备的电容器要作为标准类型获得批准，其测试和要求将在通用规范 IEC/EN 60384-1 的以下章节中列出。

陶瓷电容器

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

薄膜电容器

• IEC/EN 60384-2—聚对苯二甲酸乙二醇酯金属化薄膜介质固定直流电容器
• IEC/EN 60384-11—聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜介质金属箔固定直流电容器
• IEC/EN 60384-13—聚丙烯薄膜介质金属箔固定直流电容器
• IEC/EN 60384-16—聚丙烯金属化薄膜介质固定直流电容器
• IEC/EN 60384-17—聚丙烯金属化薄膜介质固定交流和脉冲电容器
• IEC/EN 60384-19—聚对苯二甲酸乙二醇酯金属化薄膜介质固定表面贴装直流电容器
• IEC/EN 60384-20—聚苯硫醚金属化薄膜介质固定表面贴装直流电容器
• IEC/EN 60384-23—聚萘二甲酸乙二醇酯金属化薄膜介质固定芯片直流电容器

电解电容器

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

超级电容器

• IEC/EN 62391-1—用于电力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	极性 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

电容器与大多数其他电子元件一样，如果有足够的空间，会印刷标记以表明制造商、类型、电气和热特性以及制造日期。如果电容器足够大，则会在其上标明

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

极性电容器具有极性标记，通常在电解电容器的负极侧标有“ - ”（负号）或一条条纹或“ + ”（正号），参见#极性标记。此外，有引线的“湿式”电解电容的负极引线通常较短。

较小的电容器使用速记符号。最常用的格式是：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表示。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。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，无法进行标记。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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具有非固体电解质的铝电解电容在阴极（负极）侧有极性标记。具有固体电解质的铝、钽和铌电解电容在阳极（正极）侧有极性标记。超级电容器在负极侧有标记。