电子学基础/无源元件/电容器

电子学 | 前言 | 基础电子学 | 复杂电子学 | 电学 | 机器 | 电子学史 | 附录 | 编辑

---

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，证明即使是最简单的器件，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。虽然在绝对数量上，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，但本文主要集中在离散元件上。

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存储电场能量的器件。它由两个通过介电材料（绝缘体）隔开的导体构成。使用水流过管道的类比，电容器可以被认为是一个水箱，其中电荷可以被认为是水箱中水的体积。水箱可以像电容器对电荷那样“充电”和“放电”。一个机械类比是弹簧。弹簧在被拉回时会储存电荷。

当电容器的一端存在电压时，这一端会开始放电，而另一端则会充满电荷。这就是所谓的充电。充电会在两极板之间产生电荷不平衡，并产生一个反向电压，阻止电容器继续充电。因此，当电容器第一次连接到电压时，电流只会流过一段时间，直到电容器充满电荷为止。当电容器充满电荷时，电流停止流动，它会变成一个开路。这就像电容器获得了无限的电阻。

你也可以把电容器想象成一个虚构的电池串联着一个虚构的电阻。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的电池抵消，因为虚构的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，虚构的电池的电压会上升，并抵消施加的电压，因此充电电流会随着虚构的电池电压的上升而下降。最终，虚构的电池的电压等于施加的电压，因此没有电流可以流入或流出电容器。

就像电容器充电一样，它也可以放电。想象一下电容器是一个虚构的电池，它首先向“负载”提供最大电流，但随着放电的继续，虚构的电池的电压不断下降，因此放电电流也会下降。最终，虚构的电池的电压为零，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材料击穿并放电。这只有在高电压下才会发生，并且电容器通常在此过程中会被损坏。介电击穿的一个壮观的例子是当电容器的两个极板接触时。这会导致积累在两个极板上的所有电荷同时放电。这种系统很适合为需要在极短时间内产生大量能量的电击枪供电。

电化学构造理论

电极上双电层示意图（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。

除了在电场中传统地静态存储电能之外，还存在两种其他用于在电容器中存储电能的存储原理。它们被称为电化学电容器。与陶瓷、薄膜和电解电容器相比，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容量存储原理决定。这些原理是

• 在电极表面和电解质之间相界面上实现的亥姆霍兹双电层中的静电存储 （双电层电容） 和
• 通过特异性吸附离子与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，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，而不形成或破坏化学键，并且在充电/放电过程中不涉及或仅涉及可忽略不计的化学修饰。

由于电极设计和电解质组成的不同，两种原理产生的存储比例可能会有很大差异。赝电容可以将电容值提高到双电层电容本身的十倍之多。

电容器

符号

电容

电容器的电容是电容器在引线之间存在一定电势（电压）时所具有的电荷量的比值。电容的单位是法拉，它等于每伏特一库仑。对于大多数实际应用而言，这是一个非常大的电容；典型的电容器具有微法或更小的量级。

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

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。求解此方程以获得电势，得到

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

电容器 & 直流电压 (DC)

电荷累积

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。此过程称为电容器充电。

存储电荷

当两个极板都充电到电压 V 时，电容器极板与电源之间的电压没有差异，因此电路中没有电流流动。这称为存储电荷。

$Q=CV$

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降至零。

因此，电容器是一种可以积累电荷、存储电荷和释放电荷的设备。

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的比值。

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

阻抗

阻抗定义为电容器电阻和电抗的总和。

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

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

$Tan\theta ={\frac {1}{\omega T}}$

$T=CR_{C}$

改变R和C的值将改变相位角、角频率、频率和时间的值

电容器连接

串联电容器

串联电容器相当于增加两个电容器极板之间的距离。此外，需要注意的是，将两个 100V 的电容器串联起来与一个总最大电压为 200V 的电容器相同。然而，不建议在实践中这样做，尤其是在不同值的电容器中。在串联的电容器网络中，**所有电容器的电压可能不同**。

在串联配置中，所有电容器组合的电容等于所有电容器电容的倒数之和的倒数。

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

并联电容器

并联电容器相当于增加电容器的总表面积，从而创建一个具有更大电容的更大电容器。在并联的电容器网络中，**所有电容器的电压相同**。

在并联配置中，并联电容器的电容等于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一定的时间，这取决于电阻和电容的值。在电子电路中，电容器的行为很有趣，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

电容器与电阻和电流探头并联。电容器的工作原理是在电路刚接通时充当非常低的阻抗**负载**。这在下图中得到了说明

最初，电容器的阻抗非常低，几乎为 0。由于电流总是选择阻抗最小的路径，因此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。

随着电容器的充电，它的阻抗会随着它获得越来越多的电荷而增加。随着电容器阻抗的上升，电流开始不仅流向电容器，还流过电阻

当电容器的电压等于电池的电压时，意味着它完全充电，它将不再允许任何电流流过它。随着电容器的充电，它的阻抗会增加并有效地变为无穷大（开路），所有电流都流过电阻。

然而，一旦断开电源，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，它的电压也随之下降。这意味着流过电阻的电流减少

一旦电容器完全放电，你就会回到起点

如果使用一个灯泡和一个电容器连接到电池上，你会看到以下情况

1. 开关闭合。灯泡不亮。
2. 灯泡逐渐变亮......
3. 灯泡达到最大亮度。
4. 释放开关。灯泡继续发光。
5. 灯泡开始变暗......
6. 灯泡熄灭。

这就是电容器的作用。但是，如果你改变 R1、C1 的值呢？电池的电压呢？我们将在下面研究电阻、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，或者电容器达到某个电压需要多长时间，您需要了解一些事情。首先，您必须知道起始电压和结束电压。其次，您必须知道电路的**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

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

所以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。此时间（以秒为单位）是通过将电阻（以欧姆为单位）乘以电容（以法拉为单位）得到的。

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，该公式是复合的，因此在第二个时间常数中，它会基于最初的 63% 再充电 63%。这使得你在第二个时间常数中获得大约 86.5% 的电量。下面是一个表格。

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

在实际应用中，到第五个时间常数，电容器被认为已完全充电或放电。

在此处添加一些关于放电如何以相同方式进行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，它是时间的函数。

此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，并趋近于 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，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

电容器分为两类：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）的电容值。

最重要的类别是固定电容器。许多电容器以其介质命名。对于系统分类，这些特性不能使用，因为最古老的电解电容器以其阴极结构命名。因此，最常用的名称仅仅是历史性的。

最常见的电容器类型是

• 陶瓷电容器具有陶瓷介质。
• 薄膜和纸质电容器以其介质命名。
• 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
• 超级电容器是以下电容器的统称
  • 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法拉第电荷转移电化学储存电能的能力命名
  • 混合电容器结合了双电层电容器和赝电容器，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介质命名。

每个系列的电容器具有相似的物理设计特征，但有所不同，例如在端子的形式上。

电子设备中最常用的固定电容器概述

除了上述根据历史发展得名的电容器类型外，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，多个电容器系列被用于这些应用，例如干扰抑制可以使用陶瓷电容器或薄膜电容器。

还存在专门的设备，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，以及像将两段绝缘导线扭在一起这样的技巧。

介质

不同电容器类型的原理电荷存储及其固有的电压进程

最常见的介质是

• 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

所有这些电容器都在两个（平行）电极之间的电场中静电存储电荷。

在这些传统电容器之下，开发了一种名为超级电容器的电化学电容器系列。超级电容器没有传统的介质。它们在以下位置静电存储电荷

• 亥姆霍兹双电层（双电层电容器）

以及具有法拉第电荷转移的附加电化学

• 具有赝电容（赝电容器）
• 或将这两种存储原理结合在一起（混合电容器）。

下表给出了所用不同介质的最重要材料参数以及亥姆霍兹层厚度的近似值。

关键参数

电容器类型	介质	介电常数 在 1 kHz 时	最大/实际 介电强度 V/µm	最小厚度 介质的 µm
陶瓷电容器, 1 类	顺电性	12–40	< 100(?)	1
陶瓷电容器 2 类	铁电性	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
纸介电电容器	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。介电常数和介电层厚度是决定电容器性能的关键参数。加工的便利性也是至关重要的。薄的、机械上灵活的薄片可以方便地包裹或堆叠，从而形成具有高电容值的较大设计。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提供了最佳条件，例如SMD类型。

简要观察上表中的数据，可以解释一些简单的事实。

• 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，其电容密度是传统电容器中最高的。
• 陶瓷电容器 2类在给定的情况下比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。
• 薄膜电容器由于使用了不同的塑料薄膜材料，在给定的薄膜电容器电容/电压值下，其尺寸变化范围很小，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

不同电容器类型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。

小型化

电容器体积效率从1970年到2005年不断提高（点击图片放大）

与电子领域的其他方面一样，体积效率衡量的是电子功能每单位体积的性能。对于电容器，体积效率用“CV乘积”来衡量，其计算方法是将电容（C）乘以最大电压额定值（V），然后除以体积。从1970年到2005年，体积效率有了显著提高。

• 电容器小型化
• 
  1923年用于电报线噪声去耦（阻挡）的叠层纸介电电容器（块式电容器）
• 
  20世纪30年代初的绕线金属化纸介电电容器，采用硬纸壳封装，电容值用厘米-克-秒制表示；5,000 cm对应28 nF。
• 
  1929年贝尔系统折叠式湿式铝电解电容器，可以看到折叠的阳极，阳极安装在一个正方形外壳（未显示）中，并充满液体电解液。
• 
  两块8 μF，525 V绕线式湿式铝电解电容器，装在纸壳中，用沥青密封，来自20世纪30年代的收音机。

应用范围重叠

这些独立的电容器可以独立于其所属的电容器类型来执行其应用，因此不同电容器类型之间存在着重叠的应用范围。

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）的结构

主要文章：陶瓷电容器

陶瓷电容器是一种无极性固定电容器，由两层或多层交替的陶瓷和金属层组成，其中陶瓷材料充当介电层，金属材料充当电极。陶瓷材料是由细磨的顺电或铁电材料颗粒混合而成，并添加了混合的氧化物，这些氧化物对于实现电容器所需的特性是必需的。陶瓷材料的电气性能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，在谐振电路应用中可以补偿温度的影响。常见的EIA/IEC代码缩写是C0G/NP0、P2G/N150、R2G/N220、U2J/N750等等。
• 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代码缩写是：X7R/2XI、Z5U/E26、Y5V/2F4、X7S/2C1等等。

陶瓷原材料的良好可塑性使其适合于许多特殊应用，并能够实现陶瓷电容器的样式、形状和尺寸的巨大多样性。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。

陶瓷多层电容器的结构主要是交替层，这使得单个电容器并联连接。这种配置提高了电容，并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可以很容易地控制和根据所需的应用电压生产，因此陶瓷电容器的额定电压可达30 kV。

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，包括用于连接电源线的RFI/EMI抑制电容器（也称为安全电容器） X2Y®电容器用于旁路和去耦应用、用于低通滤波器噪声抑制的穿心电容器，以及用于发射机和高频应用的陶瓷功率电容器。

• 各种样式的陶瓷电容器
• 
  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

陶瓷电容器的特性、应用和缺点

电容器类型	介质	特性/应用	缺点
陶瓷1类电容器	顺电陶瓷混合物，由二氧化钛添加添加剂制成。	可预测的线性和低的电容随工作温度变化。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。可用电压高达15,000 V。	低介电常数陶瓷，电容值低，体积效率低，尺寸比2类电容器大。
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。电压最高可达 50,000 伏。	稳定性低于 1 类，损耗较高。电容随施加电压、频率和老化效应而变化。轻微 微声效应

薄膜电容器

主条目: 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，以绝缘塑料薄膜作为介电材料。介电薄膜被拉伸成薄层，并具有金属电极，然后绕成圆柱形绕组。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，形成金属化薄膜电容器，或者是一层单独的金属箔覆盖在薄膜上，称为薄膜/箔电容器。

金属化薄膜电容器具有自愈特性。电极之间的介电击穿或短路不会损坏元件。金属化结构使得能够制造出比薄膜/箔结构具有更大电容值（高达 100 微法和更大）的绕组电容器，尺寸更小。

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，形成电极。这种结构的优点是金属箔电极连接方便，并且具有优异的电流脉冲强度。

每种薄膜电容器内部结构的关键优势是绕组两端电极的直接接触。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，这使得它们适合于高浪涌电流应用 (续流电路) 以及交流电源应用或更高频率应用。

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%，是使用最多的薄膜材料。其余约 10% 将由其他所有材料使用，包括 PPS 和纸张，每种材料约占 3%。

用于薄膜电容器的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 千赫兹时的相对介电常数		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 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 微微法–22 微法	100 微微法–1 微法	100 微微法–0.47 微法	100 微微法–10 微法
应用温度范围 (°C)		−55 至 +125 /+150	−55 至 +150	−55 至 +150	−55 至 +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 千赫兹	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	在 100 千赫兹	170–300	120–300	12–60	2–25
	在 1 兆赫兹	200–350	–	18–70	4–40
时间常数 RInsul•C (秒)	在 25 °C	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
	在 85 °C	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， 续流电容器，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点，因此许多现有的样式都具有针对高电流的特殊端子
• 
  径向式 (单端) 用于在印刷电路板上进行通孔焊接安装
• 
  SMD 式用于印刷电路板表面安装，两侧相对边缘具有金属化触点
• 
  径向式，带有重型焊接端子，适用于续流应用和高浪涌脉冲负载
• 
  带有螺钉端子的重型续流电容器

薄膜电容器的特点、应用和缺点

电容器类型	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，并且具有自愈特性。	薄金属化电极限制了最大 电流 承载能力，相应地限制了最大可能脉冲电压。
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。	没有自愈特性：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®)	最受欢迎的薄膜电容器介电材料。工作温度下电容变化可预测且线性，变化较小。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。可用于高功率应用，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。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 °C。相对介电常数相对较低，为 2.2。PP 薄膜电容器往往比其他薄膜电容器更大。与用于 脉冲功率 应用的浸油 MKV 电容器相比，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®、麦拉®)	尺寸小于功能上可比较的聚丙烯薄膜电容器。吸湿率低。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 伏直流。	可在低 (交流电源) 频率下使用。由于温度和频率升高导致损耗增加，因此在电力电子中应用有限。
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，尺寸大于 PET。
聚苯硫醚 (PPS) 薄膜电容器	聚苯硫醚 (Torelina®)	在整个温度范围内，温度依赖性较小，在较宽的频率范围内，频率依赖性较窄。损耗因子很小且稳定。工作温度高达 270 °C。适合 SMD。可耐受 RoHS 2002/95/欧盟指令 规定的无铅焊接的较高回流焊接温度。	超过 100 °C，损耗因子会增加，导致元件温度升高，但可以不降级地工作。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 (特氟龙®)	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 (斯泰罗弗莱克斯)	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。	仅为开发阶段，未找到系列产品 (2012)
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。	仅为开发阶段，未找到系列产品 (2012)
聚酰亚胺薄膜 (Kapton) 电容器	聚酰亚胺 (Kapton)	已知所有塑料薄膜介电材料中介电强度最高。	仅为开发阶段，未找到系列产品 (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 (介电材料)，绕组浸渍在绝缘油中。

相关类型是 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大多与普通薄膜电容器相似。然而，出于历史原因，用于电力系统和电力设施中的高功率或极高功率等级的电容器通常被单独分类。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仅限于“电力”元件的功率水平的能力，“电子”和“电力”功率等级之间的区别变得模糊。从历史上看，这两个家族之间的边界大约在 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 电容器适用于成本应用，并作为高交流电或高电流脉冲负载的无场载体电极 (浸油箔电容器)。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。

它们被用作变换器，用于改变电压、电流或频率，存储或突然传递电能，或提高功率因数。这些电容器的额定电压范围从大约 120 伏交流电 (电容式照明镇流器) 到 100 千伏。

• 用于电力系统、电力设施和电厂的薄膜功率电容器
• 
  用于交流电 功率因数校正 (PFC) 的薄膜功率电容器，封装在圆柱形金属罐中。
• 
  矩形外壳中的薄膜功率电容器
• 
  几个储能薄膜功率电容器组之一，用于在位于 德国电子同步加速器 站点的 汉堡 的强子电子环加速器 (HERA) 上产生磁场。
• 
  150 千伏 75 兆乏的变电站电容器组。

薄膜功率电容器的特点和应用以及缺点

电容器类型	介质	特性/应用	缺点
金属化纸功率电容器	纸 浸渍在绝缘油或环氧树脂中。	自愈特性。最初浸渍在蜡、油或环氧树脂中。某些 高压 应用中使用油浸牛皮纸版本。大多被 PP 取代。	尺寸较大。高度 吸湿性，尽管有塑料外壳和浸渍，但仍会从 大气 中吸收 水分。水分会增加介电损耗，降低 绝缘 电阻。
纸薄膜/箔功率电容器	牛皮纸 浸渍在油中。	纸张覆盖有金属箔作为电极。成本低。间歇性工作，高放电应用。	体积大，重量重。能量密度明显低于 PP 介电材料。不自愈。由于储存能量高，可能发生灾难性故障。
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。损耗极低。绝缘电阻高。高涌入电流强度。热稳定性高。重型应用，如高无功功率、高频和高峰值电流负载的换向，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 作为介电材料，浸渍在绝缘油、环氧树脂或绝缘气体中。	单位体积功率电容器电容最高。自愈。广泛的应用，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、交流电阻尼、串联谐振直流电路、直流放电、交流电换向、交流电功率因数校正。	对可靠的高压运行和极高的涌入电流负载至关重要，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。	涌入电流强度最高	大于 PP 金属化版本。不自愈。

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，其上覆盖着氧化层，用作介电材料。第二个电极是非固体 (湿) 或固体电解质。电解电容器是极化的。有三个系列可供选择，根据其介电材料进行分类。

• 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，以增加表面积。这与氧化层的相对较高介电常数一起，使这些电容器的单位体积电容远高于薄膜或陶瓷电容器。

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，介电常数仅决定尺寸。电气参数，特别是 电导率，是由电解质的材料和成分决定的。使用三种常见的电解质类型

• 非固体 (湿，液体)——电导率约为 10 毫西门子/厘米，成本最低
• 固体氧化锰——电导率约为 100 毫西门子/厘米，具有高品质和稳定性
• 固体导电聚合物 (聚吡咯)——电导率约为 10,000 毫西门子/厘米， 提供低至 < 10 毫欧的 ESR 值

主要用于去耦和缓冲应用的电解电容器的内部损耗是由电解质类型决定的。

不同电解电容器的一些重要值

阳极材料	电解质	电容 范围 (微法)	最大额定 电压 在 85 °C 下 (伏)	上限 类别 温度 (°C)	特定 纹波电流 (毫安/毫米3) 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值很大，这使得它们在相对高电流和低频率的电力电路中很有价值，例如在电源滤波器中，用于将不需要的交流成分与直流电源连接分离，或作为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能量。电解电容器的相对较高的电容值加上聚合物电容器中聚合物电解质的极低 ESR，特别是在 SMD 型号中，使其成为个人电脑电源中 MLC 芯片电容器的竞争对手。

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，表现为两个串联反向连接的电容器。

特殊应用的电解电容器包括电机起动电容器， 手电筒电容器 和音频频率电容器。

• 示意图
• 
  带非固体（液体）电解质的卷绕式铝电解电容器结构示意图
• 
  带固体电解质的烧结式钽电解电容器结构示意图

• 铝、钽和铌电解电容器
• 
  轴向、径向（单端）和 V 形芯片式铝电解电容器
• 
  用于电力应用的卡扣式铝电解电容器
• 
  用于表面贴装的带聚合物电解质的 SMD 式铝电解电容器
• 
  用于表面贴装的钽电解芯片电容器

电解电容器的特性和应用以及缺点

电容器类型	介质	特性/应用	缺点
电解电容器 带非固体 (湿的、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。单位电容/电压值的成本最低。用于不需要低损耗和高电容稳定性的应用，尤其是用于较低频率，如电源和直流链路中的旁路、耦合、平滑和缓冲应用。	极化。泄漏电流显著。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通风或爆裂。水性电解质在使用寿命结束时可能会通风，表现出诸如 "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。军用和航空航天应用。	极化。电压、纹波电流或转换速率超过或反向电压时会发生剧烈爆炸。价格昂贵。
[电解电容器 带固体[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/电压下的尺寸比铝小。电气参数稳定。良好的长期高温性能。比非固体（湿式）电解电容器的 ESR 低。	极化。约 125 V。低电压和有限的瞬时反向或浪涌电压耐受性。故障时可能发生燃烧。ESR 比导电聚合物电解电容器高得多。预计锰将被聚合物取代。
电解电容器 带固体聚合物电解质 (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 大大降低。更高的纹波电流额定值。延长操作寿命。电气参数稳定。自修复。 用于小型电源中的平滑和缓冲，尤其是在 SMD 中。	极化。电解电容器中泄漏电流最高。价格高于非固体或二氧化锰。电压限制在约 100 V。电压、电流或转换速率超过或反向电压时会发生爆炸。

超级电容器

主要条目：超级电容器

超级电容器和相关类型的层次分类

Ragone 图表，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 标准将超级电容器分类为不同的类别

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电介质。电化学电容器的电容值由两种存储原理决定，这两种原理都对电容器的总电容有贡献：

• 双电层电容 – 存储是通过在导体表面与电解质溶液的界面处的亥姆霍兹双电层中分离电荷来实现的。双电层中电荷分离的距离大约为几个埃 (0.3–0.8 nm)。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来实现的，从而导致可逆的法拉第电荷转移。赝电容的起源是法拉第。

由每种原理产生的存储的比例差异很大，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到双电层的数量级。

超级电容器根据电极的设计分为三个家族

• 双电层电容器 – 具有碳电极或衍生物，具有比法拉第赝电容高得多的静态双电层电容
• 赝电容 – 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 – 具有特殊且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大 10 到 100 倍。功率密度定义为能量密度乘以将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，以及对无数充放电循环的更大耐受性。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。

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，即第二个电极。

超级电容器是极化的，必须以正确的极性工作。极性由非对称电极的设计控制，或者对于对称电极，由制造过程中施加的电位控制。

超级电容器支持广泛的应用，用于电源和能量需求，包括

• 在电子设备中 (SRAM) 中，在更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
• 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，尤其是那些具有更高能量密度的电容器。IEC 标准 62391-1 《用于电子设备的固定双电层电容器》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，能量存储，放电电流（毫安）= 0.4 • C（法拉）• V（伏特）
• 类别 3，电源，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，超级电容器使用的多种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、Ultracapacitor）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
• 
  具有 1 法拉 5.5 伏特的双电层电容器，用于数据缓冲
• 
  用于高能量密度的径向（单端）型锂离子电容器
• 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	介质	特性/应用	缺点
超级电容器 赝电容器	亥姆霍兹双电层加上法拉第赝电容	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，它更类似于电池。大电容/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。快速吸收/传递比电池更大的电流。数十万个充放电循环。混合动力汽车。再生制动	极化的。每个电池的低工作电压。（串联电池提供更高的工作电压。）相对较高的成本。
混合电容器 锂离子电容器 (LIC)	亥姆霍兹双电层加上法拉第赝电容。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。	极化的。每个电池的低工作电压。（串联电池提供更高的工作电压。）相对较高的成本。

其他电容器

在上面描述的覆盖了几乎所有离散电容器市场的电容器之下，在电子产品中还可以找到一些新的发展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。它们可以封装在多个电容器阵列中，没有其他半导体部件作为离散元件。
• 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 玻璃电容器作为 SMD 版本被用于需要超高可靠性和超高稳定性的应用中。

功率电容器

• 真空电容器——用于高功率射频发射机
• 六氟化硫气体充填电容器——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充当高度稳定的电容器。行业惯例是在一个 PCB 层的未用区域填充接地导体，而在另一个层填充电源导体，从而在层之间形成一个大的分布式电容器。
• 导线——两根绝缘线缠绕在一起。电容通常在 3pF 到 15pF 之间。用于自制甚高频电路的振荡反馈。

过时的电容器

• 云母电容器——第一个具有稳定频率特性和低损耗的电容器，在第二次世界大战期间用于军事无线电应用
• 空气隙电容器——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
• 
  带有铀玻璃封装的真空电容器

其他电容器的特性和应用以及缺点

电容器类型	介质	特性/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谐振高频电路。	体积大。电容相对较低。
真空电容器	真空	极低损耗。用于高压、高功率射频应用，如发射机和感应加热。如果电弧电流受限，则会自我修复。	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。 极低损耗。非常高的稳定性。高达 1600 千伏的额定电压。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。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。大多已被 1 类陶瓷电容器取代	比 1 类陶瓷电容器成本更高
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。耐核辐射。工作温度：-75°C 到 +200°C，甚至可以短时间暴露在 +250°C 下。	比 1 类陶瓷成本更高
集成电容器	氧化物-氮化物-氧化物 (ONO)	薄 (低至 100 微米)。比大多数 MLCC 的占地面积小。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种类型需要区分

• 调谐电容器——用于有意且反复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

可变电容器包括通过机械结构改变极板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，但可以随施加的反向偏置电压改变其电容，类似于可变电容器。它们已经取代了许多调谐和微调电容器。

• 可变电容器
• 
  气隙调谐电容器
• 
  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、应用和缺点

电容器类型	介质	特性/应用	缺点
气隙调谐电容器	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。分割转子或定子切割，用于对称调节。滚珠轴承轴，用于减少噪音调节。适用于高专业设备。	尺寸较大。成本较高。
真空调谐电容器	真空	损耗极低。用于高压、大功率射频应用，例如发射机和感应加热。如果过电流受限，可以自我修复。	成本非常高。脆弱。尺寸较大。
SF6 气体填充调谐电容器	SF6	损耗极低。用于超高压、大功率射频应用。	成本非常高，脆弱，尺寸较大
气隙微调电容器	空气	大部分已被半导体可变电容二极管取代	成本较高
陶瓷微调电容器	1 类陶瓷	在很宽的温度范围内具有线性稳定频率特性	成本较高

市场

如今，离散电容器是工业产品，以非常大的数量生产，用于电子和电气设备。据估计，2008 年全球固定电容器市场规模约为 180 亿美元，共计 14000 亿（1.4 × 10¹²）个。 该市场以陶瓷电容器为主，每年约有 1 万亿（1 × 10¹²）个。

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 银云母和 真空电容器——7 亿美元（3%）。

与上述类型相比，所有其他类型电容器的价值和数量微不足道。

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

离散电容器偏离理想电容器。理想电容器只存储和释放电能，没有损耗。电容器元件有损耗和寄生电感部分。材料和结构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的电压相关电容，或电容器的介电绝缘不足导致漏电流。

所有特性都可以通过一个串联等效电路来定义和指定，该电路由一个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，总结了电容器的所有欧姆损耗，通常简称为“ESR”
• L_ESL，等效串联电感，是电容器的有效自感，通常简称为“ESL”。

使用串联等效电路而不是并联等效电路是由IEC/EN 60384-1 规定的。

标准值和容差

“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 20 °C 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（优先）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，采用电压降落法测量电容值。

电容器以几何级数递增的优选值（E 系列标准）提供，如 IEC/EN 60063 中规定。根据每个十进制数的值的数量，它们被称为 E3、E6、E12、E24 等系列。用于指定电容器值的单位范围已扩大，包括皮法（pF）、纳法（nF）和微法（µF）到法拉（F）。毫法和千法不常见。

允许偏离额定值的百分比称为容差。实际电容值应在其容差范围内，否则超出规格。IEC/EN 60062 为每个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，例如精密振荡器和计时器。非关键滤波或耦合电路等通用应用采用 E12 或 E6。电解电容器通常用作滤波和旁路电容器，其容差范围通常为 ±20%，需要符合 E6（或 E3）系列值。

温度依赖性

电容通常会随着温度而变化。不同的电介质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，温度系数以百万分率 (ppm) 每摄氏度表示；对于其他所有电容器，则以总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， 电介质材料	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在频率增加时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增加而减小。这种针对 2 类陶瓷和塑料薄膜电介质的现象与介电弛豫有关，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（为了比较，NP0 1 类电容）
• 
  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。它们的移动性有限，因此在较高频率下，粗糙阳极结构的并非所有区域都被带电离子覆盖。阳极结构越粗糙，电容值随着频率的增加而下降的程度就越大。具有高度粗糙阳极的低压类型在 100 kHz 时显示的电容约为在 100 Hz 时测量的值的 10% 到 20%。

电压依赖性

电容也可能随施加的电压而变化。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。电容的变化可能会降至使用 0.5 或 1.0 V 标准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小来源。在音频应用中，这可能是谐波失真产生的原因。

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电容随施加电压变化的简化示意图
• 
  不同额定电压下 X7R 陶瓷的电容随施加电压变化的简化示意图

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

电介质变得导电的电压称为击穿电压，由介电强度和电极之间的间距的乘积给出。介电强度取决于温度、频率、电极形状等。由于电容器的击穿通常是短路并会破坏元件，因此工作电压低于击穿电压。工作电压的指定方式是，电压可以在电容器的整个使用寿命内连续施加。

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。

几乎所有电容器的电压承受能力都会随着温度的升高而下降。对于某些应用，使用更高的温度范围非常重要。降低在较高温度下施加的电压可以保持安全裕度。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如右图所示。

阻抗

更高频率（上图）下电容器的简化串联等效电路；带有电抗 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

一般而言，电容器被视为电能存储元件。但这只是电容器功能之一。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器，以过滤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交流信号的电容耦合；电介质仅用于阻挡直流电。对于此类应用，交流电阻与电容值一样重要。

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

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

幅值 $\scriptstyle |Z|$ 代表电压差幅值与电流幅值的比值，$\scriptstyle j$ 是 虚数单位，而幅角 $\scriptstyle \theta$ 给出了电压和电流之间的相位差。

在电容器数据手册中，只指定阻抗幅值 |Z|，并简写为“Z”，因此阻抗公式可以写成 笛卡尔坐标系

$\ Z=R+jX$

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

如电容器的等效串联电路所示，实部包含理想电容器 $C$、电感 $L(ESL)$ 和电阻 $R(ESR)$。因此，在角频率 $\omega$ 下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）加法得到。

为了计算阻抗 $\scriptstyle Z$，需要对电阻进行几何加法，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指标。从这个意义上讲，阻抗可以用作欧姆定律。

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

用于计算电流或电压的峰值或有效值。

在谐振的特殊情况下，其中两个反应电阻

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

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

不同电容值在频率上的典型阻抗曲线，显示了典型形式，即在谐振频率以下阻抗值降低，而在谐振频率以上阻抗值增加。电容值越大，谐振频率越低。

数据手册中规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，阻抗降低到最小值。阻抗越低，交流电流越容易通过电容器。在顶点，即谐振点，XC的值与XL相同，电容器的阻抗值最低。这里只有ESR决定阻抗。当频率高于谐振频率时，由于电容器的ESL，阻抗再次增加。电容器变成电感。

如图所示，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，因此它们在低频范围内（高达约 1 MHz）具有相对较好的去耦特性。这就是在标准或开关模式电源中使用电解电容器作为整流器后面的平滑应用的原因。

陶瓷电容器和薄膜电容器已经因其较小的电容值而适合较高的频率，高达数百兆赫。由于它们采用电极端面接触的结构，因此它们的寄生电感也显著更低，使其适合更高频率的应用。为了增加频率范围，通常将电解电容器与陶瓷电容器或薄膜电容器并联。

许多新开发的目标是减少寄生电感 (ESL)。这会提高电容器的谐振频率，例如，可以跟上数字电路不断提高的开关速度。小型化，特别是在 SMD 多层陶瓷片式电容器 (MLCC) 中，会提高谐振频率。通过将电极放置在芯片的纵向而不是横向，可以进一步降低寄生电感。钽电解电容器中与多阳极技术相关的“正面朝下”结构进一步降低了 ESL。当需要高达 GHz 范围的频率下的电容器时，诸如所谓的 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 主要由连接电容器极板到外部世界的引线和内部连接引起。大型电容器往往比小型电容器具有更高的 ESL，因为到极板的距离更长，并且每毫米都算作电感。

对于任何离散电容器，都有一个高于直流的频率，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。

这对于去耦高速逻辑电路与电源至关重要。去耦电容器为芯片提供瞬态电流。如果没有去耦器，当电路的某些部分快速打开和关闭时，IC 要求电流的速度快于电源连接的供电速度。为了解决这个潜在的问题，电路通常使用多个旁路电容器 - 额定为高频率的小电容器（100 nF 或更小），额定为低频率的大电解电容器，偶尔还使用一个中间值电容器。

欧姆损耗、ESR、损耗因子和品质因数

离散电容器中的汇总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”，对于交流规格来说可以忽略不计。交流损耗是非线性的，可能取决于频率、温度、老化或湿度。这些损耗是由于两个物理条件造成的

• 线路损耗包括内部电源线电阻、电极接触的接触电阻、电极的线路电阻，以及在“湿式”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。

在较大电容器中，这些损耗的最大份额通常是频率相关的欧姆介质损耗。对于较小的元件，尤其是对于湿式电解电容器，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涵盖 15 个数量级，从 pF (10⁻¹² F) 到超级电容器中的 1000 F，因此不可能只用一个频率来捕获整个范围。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（优先）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

电容器的汇总电阻损耗可以指定为 ESR、损耗因子 (DF, tan δ) 或品质因数 (Q)，具体取决于应用要求。

具有较高纹波电流$I_{R}$ 负载的电容器，例如电解电容器，会以等效串联电阻 ESR 来指定。ESR 可以显示为上述矢量图中的欧姆部分。ESR 值在每个类型的产品说明书中都有指定。

薄膜电容器和某些 2 类陶瓷电容器的损耗通常以损耗角正切 tan δ 来指定。这些电容器的损耗小于电解电容器，通常用于高达数百 MHz 的更高频率。然而，损耗角的数值（在相同频率下测量）与电容值无关，可以为具有特定电容范围的电容器系列指定。损耗角被确定为电抗 ($X_{C}-X_{L}$) 和 ESR 的正切，可以显示为虚轴和阻抗轴之间的角度 δ。

如果电感 $ESL$ 很小，损耗角可以近似为

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

具有极低损耗的电容器，例如 1 类和 2 类陶瓷电容器，会用品质因数 (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。对于电气共振系统，Q 代表电阻的影响，并表征谐振器的带宽 $B$ 相对于其中心或共振频率 $f_{0}$。Q 被定义为损耗角正切的倒数。

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

对于共振电路，高 Q 值代表谐振质量。

不同电容器类型的欧姆损耗比较
对于共振电路（参考频率 1 MHz）

电容器类型	电容 (pF)	ESR 在 100 千赫兹 (mΩ)	ESR 在 1 兆赫兹 (mΩ)	tan δ 在 1 兆赫兹 (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。任何流过电容器的交流电流都会在电容器本体内部产生热量。这种耗散功率损耗 $P$ 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角正切 $tan\delta$ 写成

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

电容器内部产生的热量必须散失到环境中。电容器的温度是在热量产生和散失之间平衡的情况下确定的，不应超过电容器的最大额定温度。因此，ESR或损耗角正切是电容器所能承受的最大功率（交流负载、纹波电流、脉冲负载等）的一个指标。

交流电流可以是

• 纹波电流——叠加在直流偏置上的交流电压产生的有效值（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——有效值（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。温度越高，所有电容器的耐压能力越低。在湿电解电容器中，较高的温度会迫使电解质蒸发，从而缩短电容器的使用寿命。在薄膜电容器中，较高的温度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，会使端喷（schoopage）和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，从而提高损耗角正切。

为了安全运行，通过电容器的任何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"是指在规定的温度下连续运行时，任何频率和任何波形的电流曲线的叠加交流电流的有效值（RMS）。它主要出现在电源（包括开关电源）中，在整流交流电压之后产生，并作为充放电电流流过去耦或平滑电容器。在规定的最大环境温度下，"额定纹波电流"不应超过3、5或10 °C的温升，具体取决于电容器的类型。

纹波电流由于电容器的ESR会在电容器本体内产生热量。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的电源线或电解质引起的损耗组成，它取决于频率和温度。更高的频率会增加ESR，而更高的温度会略微降低ESR。

用于电源应用的电容器类型具有规定的最大纹波电流额定值。这些主要是铝电解电容器，以及钽电容器，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，它们的寿命会缩短。超过极限会导致爆炸性故障。

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。超过其纹波限制会导致短路和烧毁元件。

对于薄膜电容器和陶瓷电容器，通常以损耗角正切 tan δ 规定，纹波电流限制由本体温升约10 °C决定。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表示了可应用的峰值电流$I_{p}$的最大容量。峰值电流定义为

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

其中：$I_{p}$ 为 A；$C$ 为 µF；$dv/dt$ 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升高8到10 °K。

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、金属化的厚度和电容器的结构，尤其是端喷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喷和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，导致ESR增加。

对于金属化薄膜电容器，所谓的脉冲测试模拟了应用中可能发生的脉冲负载，根据标准规范。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。脉冲应力能力是脉冲上升时间。额定脉冲上升时间被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，没有用于计算薄膜电容器功率处理的通用规则。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，以 V/µs 表示
• 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
• 热量散失（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。

许多制造商提供了计算单个脉冲负载的示例，例如 WIMA 和 Kemet。

交流电流

在交流负载下工作的电容器的限制条件

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

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。

63 伏直流薄膜电容器系列的 4 种不同电容值的典型有效交流电压曲线与频率的关系

薄膜电容器的额定交流电压通常计算为使内部温度升高 8 到 10 °K 成为安全操作的允许限值。由于介电损耗随着频率的增加而增加，因此指定交流电压必须在较高频率下进行降额。薄膜电容器的数据表为较高频率下的交流电压降额指定了特殊的曲线。

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。

交流负载可能出现在交流电机运行电容器中，用于电压倍增，在抑制器中，照明镇流器中，以及用于功率因数校正PFC，用于相移以提高输电网络的稳定性和效率，这是大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性电解电容器，以额定纹波电流指定。

绝缘电阻和自放电常数

介电材料的电阻是有限的，导致一定程度的直流“泄漏电流”，导致带电电容器随着时间的推移而失去电荷。对于陶瓷和薄膜电容器，这种电阻称为“绝缘电阻 R_ins”。这种电阻由与电容器并联的电阻 R_ins 表示，位于电容器的等效串联电路中。绝缘电阻不能与元件相对于环境的外部隔离混淆。

随着电容器电压的降低，自放电在绝缘电阻上的时间曲线遵循以下公式

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

存储直流电压$U_{0}$ 和自放电常数

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

因此，经过$\tau _{\mathrm {s} }\,$ 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之间介电材料绝缘的重要参数。例如，电容器可以用作时间继电器的决定时间元件，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 s。塑料薄膜电容器的绝缘电阻通常为 6 到 12 GΩ。这对应于自放电常数约为 2000–4000 s 的 uF 量级的电容器。

如果湿度渗入绕组，则绝缘电阻或自放电常数会降低。它在一定程度上与温度密切相关，并随着温度的升高而降低。两者都随着温度的升高而降低。

在电解电容器中，绝缘电阻定义为泄漏电流。

泄漏电流

电解电容器的总体泄漏电流行为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称为“泄漏电流”。这种直流电流由与电容器并联的电阻 R_leak 表示，位于电解电容器的等效串联电路中。电容器端子之间的这种电阻也是有限的。电解电容器的 R_leak 低于陶瓷或薄膜电容器。

泄漏电流包括介电材料中所有由不需要的化学过程和机械损伤引起的微弱缺陷。它也是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时间间隔（存储时间）、焊接产生的热应力、施加的电压、电容器的温度以及测量时间。

施加直流电压后，泄漏电流在最初几分钟内会下降。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。所需时间通常取决于电解质。固体电解质的下降速度快于非固体电解质，但保持在略高的水平。

非固体电解电容器以及二氧化锰固体钽电容器中的泄漏电流由于自愈效应而随着电压连接时间的延长而降低。虽然电解电容器的泄漏电流高于陶瓷或薄膜电容器中超过绝缘电阻的电流，但现代非固体电解电容器的自放电需要几周时间。

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泄漏电流。这些行为仅限于含水量较高的电解质。有机溶剂，如GBL，在较长的存储时间内不会出现高泄漏。

泄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，这些类型的电容器可能会出现称为微音效应的电气效应。微音效应描述了电子元件如何将机械振动转换为不希望有的电信号（噪声）。 介电材料可以通过改变厚度和改变电极间距来吸收冲击或振动带来的机械力，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。

在反向微音效应中，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发出可听见的声音，消耗能量并对介电材料造成压力。

介电吸收（浸泡）

主要文章：介电吸收

介电吸收发生在电容器长时间保持充电状态后，在短暂放电时仅能部分放电。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的偶极子放电而产生一个小电压，这种现象也称为介电弛豫，“浸泡”或“电池效应”。

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% 至 0.1%
聚酯薄膜电容器 (PET)	0.2% 至 0.5%
聚苯硫醚薄膜电容器 (PPS)	0.05% 至 0.1%
聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜电容器 (PEN)	1.0% 至 1.2%
固体电解质钽电解电容器	2% 至 3%， 10%
非固体电解质铝电解电容器	10% 至 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，但在某些应用中，例如长时间时间常数积分器，采样保持电路，开关电容模数转换器以及超低失真滤波器，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电容器。 介电吸收在电容器两端产生的电压在某些情况下可能会对电子电路的功能造成问题，或者对人员构成安全风险。为了防止触电，大多数大型电容器在运输时都会配备短路线，需要在使用前将其移除。

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定义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，如果有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只有另一个的一半。在相同的尺寸下，这个电容器可以容纳两倍的平板面积。理论上，这个电容器的电容是第一个电容器的4倍，但耐压只有它的一半。

由于电容器中储存的能量密度由以下公式给出

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

因此，具有介电材料厚度为另一个一半的电容器具有4倍的电容，但耐压只有它的一半，从而产生相同的最大能量密度。

因此，对于固定总体尺寸的电容器，介电材料厚度不会影响能量密度。使用几层较厚的介电材料可以承受高电压，但电容较低，而使用几层较薄的介电材料会产生低击穿电压，但电容较高。

这假设电极表面积和介电常数不会随着耐压而改变。可以通过简单地比较两个现有的电容器系列来验证现实是否与理论一致。比较很容易，因为制造商在系列中使用标准化外壳尺寸或外盒来容纳不同的电容/电压值。

比较具有相同尺寸但额定电压和电容值不同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，现代电容器系列不符合理论。对于电解电容器，阳极箔的海绵状粗糙表面在较高电压下会变得更光滑，从而减小阳极的表面积。但由于能量随电压平方增加，而阳极的表面积减小幅度小于耐压，因此能量密度会明显增加。对于薄膜电容器，介电常数会随着介电材料厚度和其他机械参数而改变，因此偏离理论的原因也有所不同。

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）与表格中尺寸大致相同的电解电容器进行比较。这个超级电容器的电容大约是 4700/10 电解电容器的 5000 倍，但电压只有它的 ¼，并且储存的电能约为 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随着时间的推移在储存和应用过程中发生变化。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 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做出贡献。介质中极化畴的退化会降低介电常数，因此随着时间的推移会降低电容。 老化遵循对数规律。这定义了电容的降低，在规定的温度下，焊接恢复时间后，每个时间十年内的电容降低为固定百分比，例如，在 20 摄氏度下，从 1 小时到 10 小时的时间段内。由于该规律是对数的，因此电容的百分比损失将在 1 小时到 100 小时之间翻倍，在 1 小时到 1000 小时之间增加 3 倍，依此类推。老化在开始时最快，并且电容绝对值会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，可达每个十年 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，如更高的温度、高湿度和机械应力，在更长的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小于 1%，对于 N 750 到 N 1500 陶瓷的电容器，电容变化 ≤ 2%。薄膜电容器可能会因自修复过程而导致电容下降，或者因湿度影响而导致电容上升。例如，在 40 摄氏度下，两年内 PE 薄膜电容器的典型变化为 ±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参数会随着时间的推移而变化，这是由于电解质的蒸发造成的。当参数达到指定的限制时，电容器将被视为“磨损失效”。

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不同，“湿式”电解电容器会达到指定的“使用寿命终点”，达到指定的最大电容或 ESR 变化。使用寿命终点、“负载寿命”或“寿命”可以通过公式或图表来估计，或者大致通过所谓的“10 度定律”来估计。电解电容器的典型规格规定了在 85 摄氏度下的寿命为 2000 小时，每降低 10 度寿命翻倍，在室温下，寿命约为 15 年。

超级电容器也会随着时间的推移而经历电解质蒸发。估计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。

失效率

电容器的寿命（负载寿命）与浴缸曲线中显示的恒定随机失效率时间相对应。对于具有非固体电解质的电解电容器和超级电容器，此时间以因电解质蒸发而导致的磨损失效的开始而结束。

电容器是可靠的元件，具有较低的失效率，在正常条件下，寿命可达数十年。大多数电容器在生产结束时都会通过类似于“老化”的测试，因此早期失效会在生产过程中被发现，从而减少出货后的失效数量。

电容器的可靠性通常以恒定随机失效期间的每十亿小时失效次数 (FIT) 来表示。FIT 是在固定的工作条件下（例如，在 40 摄氏度和 0.5 U_R 下，1000 个器件运行 100 万小时，或 100 万个器件每个运行 1000 小时），每十亿（10⁹）个元件小时的运行时间内预计发生的失效次数。对于其他条件下的施加电压、电流负载、温度、机械影响和湿度，FIT 可以使用工业或军事环境中标准化的术语重新计算。

其他信息

焊接

电容器可能会因焊接、机械应力因素（振动、冲击）和湿度等环境影响而导致电气参数发生变化。最大的应力因素是焊接。焊接浴的热量，特别是对于 SMD 电容器，会导致陶瓷电容器改变端子和电极之间的接触电阻；对于薄膜电容器，薄膜可能会收缩；对于湿式电解电容器，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。某些属性可能会因焊接而发生不可逆的变化，变化幅度为几个百分点。

存储或闲置导致的电解行为

具有非固体电解质的电解电容器在制造过程中通过在高温下施加额定电压来“老化”，持续时间足够长，可以修复生产过程中可能出现的任何裂缝和弱点。一些含水量高的电解质与未受保护的铝会发生相当剧烈甚至剧烈的反应。这导致了在 20 世纪 80 年代之前制造的电解电容器的“存储”或“闲置”问题。当这些电容器长时间不使用时，化学过程会削弱氧化层。20 世纪 80 年代开发了具有“抑制剂”或“钝化剂”的新型电解质来解决这个问题。 从 2012 年起，电子元件的标准存储时间为在室温下存储两年（成箱存放），由端子的氧化来确定，对于具有非固体电解质的电解电容器，也是如此。125 摄氏度下专用的系列产品，使用有机溶剂，如GBL，存储时间长达 10 年，可以确保电容器在不进行预处理的情况下保持正确的电气性能。

对于老式收音机设备，建议对旧的电解电容器进行“预处理”。这包括通过电流限制电阻器在电容器端子上施加工作电压约 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的测试和要求，以便作为标准化类型获得批准，在通用规范IEC/EN 60384-1 的以下部分中规定。

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—金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯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—金属化聚丙烯薄膜介质固定直流电容器
• IEC/EN 60384-17—金属化聚丙烯薄膜介质固定交流电和脉冲电
• IEC/EN 60384-19—金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜介质固定表面贴装直流电容器
• IEC/EN 60384-20—金属化聚苯硫醚薄膜介质固定表面贴装直流电容器
• IEC/EN 60384-23—金属化聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜介质固定芯片直流电容器

电解电容器

• IEC/EN 60384-3—具有二氧化锰固体电解质的固定钽电解电容器
• IEC/EN 60384-4—具有固体 (MnO2) 和非固体电解质的铝电解电容器
• IEC/EN 60384-15—具有非固体和固体电解质的固定钽电容器
• IEC/EN 60384-18—固体（MnO2）和非固体电解质的固定铝电解表面贴装电容器
• IEC/EN 60384-24—导电聚合物固体电解质的表面贴装固定钽电解电容器
• IEC/EN 60384-25—导电聚合物固体电解质的表面贴装固定铝电解电容器

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：分项规范 - 用于电源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	馈电 通过 电容器	调谐 可变 电容器	微调 可变 电容器

标记

印刷

像大多数其他电子元件一样，如果空间足够，电容器会印上标记，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，则会标记以下内容：

• 制造商的名称或商标；
• 制造商的型号名称；
• 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（交流电或直流电）
• 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一侧标有“-”（减号），或标有条纹或“+”（加号），参见#极性标记。此外，引线式“湿式”电解电容器的负极引线通常较短。

较小的电容器使用简写符号。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 中指定的简短代码表示。额定电容（微法）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/周数字代码编码，“1208”表示“2012 年第 8 周”。
• 版本 2：使用年代码/月代码编码。年代码为：“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”。

对于非常小的电容器，如 MLCC 芯片，无法进行标记。在这种情况下，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
• 
• 
• 

具有非固体电解质的铝电解电容器在阴极（负极）侧具有极性标记。具有固体电解质的铝、钽和铌电解电容器在阳极（正极）侧具有极性标记。超级电容器在负极侧进行标记。