電子學/電容器

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一般說明

一些用於電子裝置的不同電容器

電容器是一個很好的例子，它說明即使是最簡單的裝置，在經過 250 年的發展後也會變得複雜。（引用 J. Ho，T. R. Jow，St. Boggs，電容器技術歷史簡介）

電容器，連同電阻器、電感器和憶阻器，屬於電子裝置的“無源元件”組。雖然從絕對數字來看，最常見的電容器是整合電容器，例如 DRAM 或快閃記憶體結構中的電容器，但這篇文章主要集中在分立元件上。

電容器

傳統結構理論

電容器模型

電容器（歷史上被稱為“電容器”）是一種透過積累內部電荷的不平衡來儲存電場能量的器件。它由兩個由電介質（絕緣體）隔開的導體組成。使用水流過管道的相同類比，可以將電容器視為一個水箱，其中電荷可以被認為是水箱中的水量。水箱可以“充電”和“放電”，就像電容器對電荷一樣。機械類比是彈簧。當彈簧被拉回來時，它會保持電荷。

當電壓存在時，電容器的一端正在被抽乾，而另一端正在被電荷充滿。這被稱為充電。充電會在兩個極板之間產生電荷不平衡，併產生反向電壓，阻止電容器繼續充電。因此，當電容器首次連線到電壓時，電荷只會流動以在電容器充滿電時停止。當電容器充滿電時，電流停止流動，它成為開路。這就像電容器獲得了無限的電阻一樣。

您還可以將電容器視為與虛構電阻串聯的虛構電池。從電容器完全放電開始充電過程，所施加的電壓不會被虛構電池抵消，因為虛構電池的電壓仍然為零，因此充電電流達到最大值。隨著充電的繼續，虛構電池的電壓會增加，並抵消所施加的電壓，因此充電電流會隨著虛構電池電壓的增加而減小。最後，虛構電池的電壓等於所施加的電壓，因此沒有電流可以流入或流出電容器。

就像電容器可以充電一樣，它也可以放電。將電容器視為一個虛構電池，它最初向“負載”提供最大電流，但隨著放電的繼續，虛構電池的電壓不斷降低，因此放電電流也降低。最後，虛構電池的電壓為零，因此放電電流也為零。

這與介電擊穿不同，介電擊穿是指電容器極板之間的絕緣體擊穿並放電。這種情況只發生在高電壓下，電容器通常在這個過程中被破壞。當電容器的兩個極板接觸時，就會發生介電擊穿的壯觀例子。這會導致積聚在兩個極板上的所有電荷立即放電。這樣的系統在需要在極短時間內釋放大量能量的電擊槍中很受歡迎。

電化學構造理論

電極雙電層示意圖 (BMD 模型)。
1. IHP 內亥姆霍茲層
2. OHP 外亥姆霍茲層
3. 擴散層
4. 溶劑化離子
5. 特定吸附離子 (贗電容)
6. 溶劑分子。

除了在電場中儲存電能的傳統靜態儲存方式外，還存在兩種其他用於在電容器中儲存電能的儲存原理。它們被稱為電化學電容器。與陶瓷、薄膜和電解電容器不同，超級電容器，也稱為雙電層電容器 (EDLC) 或超級電容，沒有傳統的介電層。電化學電容器的電容值由兩種高電容儲存原理決定。這些原理是

• 在電極表面和電解質之間的相介面上形成的亥姆霍茲雙電層內的靜電儲存 (雙電層電容) 和
• 透過特定吸附離子和氧化還原反應的法拉第電子電荷轉移實現的電化學儲存 (贗電容)。與電池不同的是，在法拉第氧化還原反應中，離子只是附著在電極的原子結構上，而不會形成或斷裂化學鍵，並且在充放電過程中沒有或只有微不足道的化學變化。

每個原理產生的儲存量的比例可以相差很大，具體取決於電極設計和電解質成分。贗電容可以將電容值提高一個數量級，遠遠超過雙電層本身的電容值。

電容

電容器的電容是指當電容器兩端存在一定電位 (電壓) 時，電容器中存在的電荷量之比。電容的單位是 法拉，等於每伏特一庫侖。對於大多數實際應用來說，這是一個非常大的電容；典型電容器的電容值為微法拉或更小。

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

其中，C 是以法拉為單位的電容，V 是以伏特為單位的電位，Q 是以庫侖為單位的電荷。求解該方程的電位得到

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

電容器 & 直流電壓 (DC)

電荷積累

當電容器與電源 V 連線時，電荷將在電容器的每個極板上積累，電荷量相同，但極性不同。這個過程被稱為電容器充電。

儲存電荷

當兩個極板都充電到電壓 V 時，電容器極板和電源之間沒有電壓差，因此電路中沒有電流流動。這被稱為儲存電荷。

電荷放電

當電容器連線到地時，電流將從電容器流向地，直到電容器極板上的電壓等於零。

因此，電容器是一種可以積累電荷、儲存電荷和釋放電荷的器件。

電容器 & 交流電壓 (AC)

電壓

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

電流

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

電抗

電抗定義為電壓與電流之比。

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

阻抗

阻抗定義為電容器的電阻和電抗之和。

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

電壓和電流之間的相位差

對於無損電容器

電流將領先電壓 90 度

對於有損電容器

電流將領先電壓 θ 度，其中

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

改變 R 和 C 的值將改變相位角、角頻率、頻率和時間的值

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

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

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

電容連線

串聯電容

串聯電容與增加兩個電容板之間的距離相同。此外，需要注意的是，將兩個 100 V 電容串聯起來的效果與使用一個總最大電壓為 200 V 的電容相同。但是，不建議在實踐中這樣做，尤其是在使用不同值的電容時。在串聯的電容網路中，所有電容都可能承受不同的電壓。

在串聯配置中，所有電容組合後的電容是所有電容電容的倒數之和的倒數。

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

並聯電容

並聯電容與增加電容的總表面積以建立具有更大電容的更大電容相同。在並聯的電容網路中，所有電容都承受相同的電壓。

在並聯配置中，並聯電容的電容是所有電容的電容之和。

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

RC 電路

介紹

RC 電路是“電阻-電容”電路的簡稱。電容透過電阻放電需要一定的時間，該時間會隨著電阻和電容的值而變化。在電子電路中，電容的行為很有意思，實際上它可以看作是電壓源和可變電阻的組合。

基礎知識

以下是一個簡單的 RC 電路

電容與電阻和電流探頭並聯。電容的作用是在電路最初接通時充當非常低的負載電阻。這在下圖中有所說明

最初，電容的電阻非常低，幾乎為 0。由於電流走最小的電阻路徑，所以幾乎所有的電流都流過電容，而不是電阻，因為電阻的電阻要高得多。

隨著電容充電，它的電阻會隨著它積累的電荷而增加。隨著電容的電阻上升，電流開始不僅流向電容，而且也流過電阻

當電容的電壓等於電池的電壓時，這意味著它已充滿電，它將不再允許任何電流透過它。隨著電容充電，它的電阻增加並變得實際上無限大（開路），所有電流都流過電阻。

然而，一旦斷開電源，電容就會充當電壓源本身

隨著時間的推移，電容的電荷開始下降，它的電壓也隨之下降。這意味著流過電阻的電流更少

一旦電容完全放電，你就會回到起點

如果用一個燈泡和一個連線到電池的電容來做這個實驗，你會看到以下情況

1. 閉合開關。燈不亮。
2. 燈逐漸變亮...
3. 燈達到最大亮度。
4. 釋放開關。燈繼續亮著。
5. 燈開始變暗...
6. 燈滅了。

這就是電容的工作原理。但是，如果你改變 R1、C1 的值或電池的電壓呢？我們將研究電阻、電容和充電速率之間的數學關係

時間常數

為了弄清楚電容器完全充電或放電需要多長時間，或者電容器達到某個電壓需要多長時間，您需要了解一些資訊。首先，您必須知道起始電壓和結束電壓。其次，您必須知道您所用電路的時間常數。時間常數用希臘字母'tau'或τ表示。計算該時間常數的公式為

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

因此，這意味著時間常數是電容器充電到其滿電量的 63% 所需的時間。這個時間，以秒為單位，可以透過將電阻（以歐姆為單位）乘以電容（以法拉為單位）來計算。

根據上面的公式，有兩種方法可以延長放電所需的時間。一種是增加電阻，另一種是增加電容器的電容。這應該是有道理的。需要注意的是，該公式是累積的，因此在第二個時間常數中，它會根據最初的 63% 充電另外 63%。這將在第二個時間常數中為您提供大約 86.5% 的電量。下面是一個表格。

時間常數	充電
1	63%
2	87%
3	95%
4	98%
5	99+%

在實際應用中，到第五個時間常數，電容器被認為是完全充電或放電。

這裡新增一些關於放電如何以相同方式進行以及電壓基於時間的函式的內容。

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

其中 i(t) 是流經電容器的電流，它是時間的函式。

這個方程通常以另一種形式使用。透過對時間進行微分

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

用 v/r 代替 i(t) 並對上述方程進行積分，您將得到一個用於描述 RC 電路的充電和放電特性的方程。充電特性曲線從 0%（0 伏）呈指數增長並接近 100% 滿（最大電壓），類似地，放電曲線從理論上的 100%（最大電壓）開始並呈指數下降到 0%（0 伏）。

電容器 - 一般說明

常見的電容器及其名稱

電容器分為兩個機械組：具有固定電容值的固定電容器和具有可變（微調）或可調節（可調諧）電容值的變容電容器。

最重要的組是固定電容器。許多電容器的名稱來自介電材料。對於系統的分類，這些特性不能使用，因為最古老的電解電容器的名稱來自其陰極結構。因此，最常用的名稱僅僅是歷史上的。

最常見的電容器型別是

• 陶瓷電容器具有陶瓷介電層。
• 薄膜和紙質電容器以其介電層命名。
• 鋁、鉭和鈮電解電容器以用作陽極的材料和陰極的結構命名。
• 超級電容器是以下型別電容器的統稱
  • 雙電層電容器以亥姆霍茲雙電層的物理現象命名。
  • 贗電容器以其透過可逆的法拉第電荷轉移進行電化學儲能的能力命名。
  • 混合電容器結合了雙電層和贗電容器，以提高功率密度。
• 很少使用的銀雲母、玻璃、矽、氣隙和真空電容器以其介電層命名。

每個系列中的電容器具有相似的物理設計特徵，但會有所不同，例如，在端子的形式方面。

電子裝置中使用最廣泛的固定電容器的概述

除了上面提到的根據歷史發展得名的電容器型別外，還有許多根據應用命名的單個電容器。它們包括

• 功率電容器、電機電容器、直流鏈路電容器、抑制電容器、音訊分頻器電容器、照明鎮流器電容器、緩衝電容器、耦合、去耦或旁路電容器。

通常，這些應用會採用多個電容器系列，例如，干擾抑制可以使用陶瓷電容器或薄膜電容器。

還存在一些專用裝置，例如在多層印刷電路板的不同層中具有金屬導電區域的內建電容器，以及將兩段絕緣導線扭在一起之類的笨拙方法。

介電層

不同電容器型別的原理電荷儲存及其固有的電壓進展

最常見的介電層是

• 陶瓷
• 塑膠薄膜
• 氧化物層在金屬上（鋁、鉭、鈮）
• 天然材料，如雲母、玻璃、紙、空氣、真空

它們都透過靜電方式在兩個（平行）電極之間的電場中儲存電荷。

在這些傳統電容器的基礎上，開發了一系列稱為超級電容器的電化學電容器。超級電容器沒有傳統的介電層。它們透過靜電方式在

• 亥姆霍茲雙電層（雙電層電容器）

和額外的法拉第電荷轉移電化學

• 具有贗電容（贗電容器）
• 或將兩種儲存原理結合在一起（混合電容器）。

下表列出了所用不同介電層最重要的材料引數以及近似的亥姆霍茲層厚度。

關鍵引數

電容器型別	介電層	介電常數 在 1 kHz 時	最大/實現。 介電強度 V/µm	最小厚度 介電層 µm
陶瓷電容器, 1 類	順電	12–40	< 100(?)	1
陶瓷電容器， 2 類	鐵電	200–14,000	< 25(?)	0.5
薄膜電容器	聚丙烯 (PP)	2.2	650/450	1.9 – 3.0
薄膜電容器	聚對苯二甲酸乙二醇酯， 聚酯 (PET)	3.3	580/280	0.7–0.9
薄膜電容器	聚苯硫醚 (PPS)	3.0	470/220	1.2
薄膜電容器	聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)	3.0	500/300	0.9–1.4
薄膜電容器	聚四氟乙烯 (PTFE)	2.0	450(?)/250	5.5
紙質電容器	紙	3.5–5.5	60	5–10
鋁電解電容器	氧化鋁 Al2O3	9,6	710	< 0.01 (6.3 V) < 0.8 (450 V)
鉭電解電容器	五氧化二鉭 Ta2O5	26	625	< 0.01 (6.3 V) < 0.08 (40 V)
鈮電解電容器	五氧化二鈮, Nb2O5	42	455	< 0.01 (6.3 V) < 0.10 (40 V)
超級電容器 雙電層電容器	亥姆霍茲雙電層	-	-	< 0.001 (2.7 V)
真空電容器	真空	1	40	-
空氣間隙電容器	空氣	1	3.3	-
玻璃電容器	玻璃	5–10	450	-
雲母電容器	雲母	5–8	118	4–50

電容器的極板面積可以根據所需的電容值進行調整。介電常數和介電厚度是決定電容器引數的關鍵因素。加工的簡易性也是至關重要的。薄而有機械柔性的薄片可以很容易地卷繞或堆疊，從而形成具有高電容值的較大尺寸設計。然而，覆蓋有金屬化電極的超薄金屬化燒結陶瓷層為小型化電路（採用SMD樣式）提供了最佳條件。

簡單地看一下上表中的資料，就能解釋一些基本事實

• 超級電容器由於其特殊的電荷儲存原理，具有最高的電容密度。
• 電解電容器的電容密度低於超級電容器，但由於其薄的介電層，是傳統電容器中電容密度最高的。
• 陶瓷電容器 2類在給定情況下比1類電容器具有更高的電容值，因為它們的介電常數要高得多。
• 薄膜電容器使用不同的塑膠薄膜材料，在給定電容/電壓值下，薄膜電容器的尺寸範圍較小，因為不同薄膜材料的最小介電薄膜厚度不同。

電容和電壓範圍

不同型別電容器的電容範圍與電壓範圍

電容範圍從皮法拉到數百法拉不等。額定電壓可以達到100千伏。一般來說，電容和電壓與物理尺寸和成本成正比。

小型化

電容器體積效率從1970年到2005年（點選影像放大）

與電子裝置的其他領域一樣，體積效率衡量的是每單位體積的電子功能效能。對於電容器來說，體積效率是用“CV乘積”來衡量的，它是透過將電容（C）乘以最大額定電壓（V）得到的值，再除以體積。從1970年到2005年，體積效率顯著提高。

• 電容器小型化
• 
  1923年用於電報線路噪聲去耦（阻擋）的疊層紙電容器（塊狀電容器）
• 
  20世紀30年代早期的繞線金屬化紙電容器，硬紙殼外殼，電容值以“釐米”為單位，在cgs系統中表示；5,000 cm對應28 nF
• 
  摺疊式溼式鋁電解電容器，貝爾系統1929年，檢視顯示摺疊的陽極，陽極安裝在方形外殼（未顯示）中，外殼充滿液體電解質
• 
  兩個8 μF、525 V的繞線溼式鋁電解電容器，紙質外殼，用焦油密封，來自20世紀30年代的收音機。

應用範圍重疊

這些單個電容器可以獨立於其所屬的上述電容器型別，執行其應用，因此，不同型別電容器之間存在應用範圍重疊。

比較三種主要的電容器型別，可以看出，在電子裝置中，許多通用和工業應用存在廣泛的重疊功能。

電容器型別和樣式

陶瓷電容器

多層陶瓷電容器（MLCC）的結構

主條目：陶瓷電容器

陶瓷電容器是一種非極性固定電容器，由兩層或多層交替排列的陶瓷和金屬層構成，其中陶瓷材料作為介電層，金屬材料作為電極。陶瓷材料是由細磨的順電或鐵電材料顆粒混合而成的，並摻雜了混合的氧化物，這些氧化物對於實現電容器所需的特性是必不可少的。陶瓷材料的電氣行為分為兩個穩定性類別

• 1類陶瓷電容器具有高穩定性和低損耗，可以補償諧振電路應用中溫度的影響。常見的EIA/IEC程式碼縮寫是C0G/NP0、P2G/N150、R2G/N220、U2J/N750等。
• 2類陶瓷電容器具有高體積效率，適用於緩衝、旁路和耦合應用。常見的EIA/IEC程式碼縮寫是：X7R/2XI、Z5U/E26、Y5V/2F4、X7S/2C1等。

陶瓷原材料的良好可塑性使其適用於許多特殊應用，並使陶瓷電容器的樣式、形狀和尺寸範圍極其多樣。例如，最小的分立電容器是“01005”晶片電容器，尺寸僅為0.4 mm × 0.2 mm。

多層陶瓷電容器的結構通常由交替排列的層組成，從而形成並聯連線的單個電容器。這種配置可以提高電容，並降低所有損耗和寄生電感。陶瓷電容器非常適合高頻和高電流脈衝負載。

由於陶瓷介電層的厚度可以很容易地透過所需的應用電壓進行控制和生產，因此陶瓷電容器的額定電壓可達30 kV範圍。

一些形狀和樣式特殊的陶瓷電容器用作特殊應用的電容器，包括用於連線電源線的RFI/EMI抑制電容器，也稱為安全電容器，用於旁路和去耦應用的X2Y®電容器，用於透過低通濾波器抑制噪聲的穿透式電容器，以及用於發射機和高頻應用的陶瓷功率電容器。

• 陶瓷電容器的不同樣式
• 
  用於SMD安裝的多層陶瓷電容器（MLCC晶片）
• 
  陶瓷X2Y®去耦電容器
• 
  用於連線電源線的陶瓷EMI抑制電容器（安全電容器）
• 
  高壓陶瓷功率電容器

陶瓷電容器的特點、應用和缺點

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
陶瓷1類電容器	順電陶瓷，由二氧化鈦新增劑混合而成	在工作溫度下，具有可預測的線性且低電容變化。優異的高頻率特性，損耗低。適用於諧振電路中的溫度補償。提供高達 15,000 伏的電壓。	低介電常數陶瓷，電容體積效率低，尺寸比 2 類電容器更大。
陶瓷 2 類電容器。	鐵電陶瓷，由鈦酸鋇和合適的新增劑混合而成。	高介電常數，高體積效率，尺寸比 1 類電容器更小。適用於緩衝、旁路和耦合應用。提供高達 50,000 伏的電壓。	穩定性低於 1 類，損耗更高。電容會隨著施加電壓、頻率和老化效應的變化而變化。略微麥克風效應。

薄膜電容器

主要文章：薄膜電容器

三種不同薄膜電容器結構的示例，用於提高浪湧電流額定值。

薄膜電容器或塑膠薄膜電容器是非極性電容器，使用絕緣塑膠薄膜作為介電材料。介電薄膜被拉伸成薄層，並塗覆金屬電極，然後捲成圓柱形繞組。薄膜電容器的電極可以是金屬化的鋁或鋅，塗覆在塑膠薄膜的一側或兩側，形成金屬化薄膜電容器，也可以是覆蓋在薄膜上的獨立金屬箔，稱為薄膜/箔電容器。

金屬化薄膜電容器具有自修復特性。介電擊穿或電極之間的短路不會破壞元件。金屬化的結構使得可以製造具有更大電容值（高達 100 微法和更大）的繞組電容器，其尺寸比薄膜/箔結構更小。

薄膜/箔電容器或金屬箔電容器使用兩層塑膠薄膜作為介電材料。每層薄膜都覆蓋著一層薄金屬箔，主要是鋁，以形成電極。這種結構的優點是金屬箔電極易於連線，並且具有極好的電流脈衝強度。

每種薄膜電容器內部結構的關鍵優點是直接接觸到繞組兩端的電極。這種接觸使所有電流路徑保持非常短。這種設計類似於許多並聯連線的單個電容器，從而降低了內部歐姆損耗（ESR）和寄生電感（ESL）。薄膜電容器結構的固有幾何形狀導致低歐姆損耗和低寄生電感，這使得它們適用於高浪湧電流應用（抑制器）和交流電源應用，或適用於更高頻率的應用。

用作薄膜電容器介電材料的塑膠薄膜有聚丙烯 (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龍 (PTFE)。聚丙烯薄膜材料的市場份額約為 50%，聚酯薄膜的市場份額約為 40%，是使用最廣泛的薄膜材料。其餘約 10% 將由其他材料使用，包括 PPS 和紙張，每種材料約佔 3%。

薄膜電容器的塑膠薄膜材料特性。

		薄膜材料，縮寫程式碼。
薄膜特性。		PET	PEN	PPS	PP
1 千赫時的相對介電常數。		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
吸溼率（%）。		低。	0.4	0.05	<0.1
介電強度（伏/微米）。		580	500	470	650
商業實現的。 耐壓（伏/微米）。		280	300	220	400
直流電壓範圍（伏）。		50–1,000	16–250	16–100	40–2,000
電容範圍。		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
應用溫度範圍（攝氏度）。		−55 到 +125/+150	−55 到 +150	−55 到 +150	−55 到 +105
ΔC/C 與溫度範圍（%）。		±5	±5	±1.5	±2.5
損耗因數（•10−4）。
	在 1 kHz 時	50–200	42–80	2–15	0.5–5
	在 10 千赫時。	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	在 100 千赫時。	170–300	120–300	12–60	2–25
	在 1 兆赫時。	200–350	–	18–70	4–40
時間常數 RInsul•C (秒)。	在 25 攝氏度時。	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
	在 85 攝氏度時。	1,000	1,000	1,000	10,000
介電吸收（%）。		0.2–0.5	1–1.2	0.05–0.1	0.01–0.1
比電容（納法•伏/毫米3）。		400	250	140	50

一些特殊形狀和樣式的薄膜電容器用作特殊應用的電容器，包括RFI/EMI 抑制電容器，用於連線到電源線，也稱為安全電容器， 抑制電容器，用於非常高的浪湧電流， 電機執行電容器，用於電機執行應用的交流電容器

• 高脈衝電流負載是薄膜電容器最重要的特性，因此許多現有樣式都具有用於高電流的特殊端接。
• 
  徑向式（單端）用於印刷電路板上的通孔焊接安裝。
• 
  SMD 式用於印刷電路板表面安裝，在兩側相對邊緣上具有金屬化觸點。
• 
  徑向式，具有用於抑制應用和高浪湧脈衝負載的重型焊端。
• 
  具有螺釘端子的重型抑制電容器。

薄膜電容器的特性和應用以及缺點。

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
金屬化薄膜電容器。	PP、PET、PEN、PPS、(PTFE)。	金屬化薄膜電容器的尺寸比薄膜/箔版本小得多，並且具有自修復特性。	薄金屬化電極限制了最大電流承載能力，也限制了最大可能的脈衝電壓。
薄膜/箔薄膜電容器。	PP、PET、PTFE。	薄膜/箔薄膜電容器具有最高的浪湧額定值/脈衝電壓。峰值電流高於金屬化型別。	沒有自修復特性：內部短路可能會導致失效。尺寸大於金屬化替代品。
聚丙烯 (PP) 薄膜電容器。	聚丙烯。 (Treofan®)。	最流行的薄膜電容器介電材料。在工作溫度下具有可預測的線性且低電容變化。適用於 1 類頻率確定電路和精密模擬應用。電容非常窄。損耗因數極低。吸溼率低，因此適用於沒有塗層的“裸露”設計。高絕緣電阻。可在高功率應用中使用，例如抑制器或 IGBT。也用於交流電源應用，例如電機或功率因數校正。介電損耗非常低。高頻和高功率應用，例如感應加熱。廣泛用於安全/EMI 抑制，包括連線到電源線。	最高工作溫度為 105 攝氏度。相對介電常數為 2.2。PP 薄膜電容器往往比其他薄膜電容器更大。比用於脈衝功率應用的浸油 MKV 電容器更容易受到瞬態過電壓或反向電壓的損壞。
聚酯 (PET) 薄膜。 (麥拉) 電容器。	聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚酯 (Hostaphan®、Mylar®)。	尺寸小於具有相同功能的聚丙烯薄膜電容器。吸溼率低。幾乎完全取代了大多數直流應用中的金屬化紙和聚苯乙烯薄膜。主要用於工作溫度高達 125 攝氏度的一般應用或半關鍵電路。工作電壓高達 60,000 伏直流。	可在低頻（交流電源）下使用。由於溫度和頻率升高會導致更高損耗，因此在電力電子裝置中的使用有限。
聚萘二甲酸乙二醇酯。 (PEN) 薄膜電容器。	聚萘二甲酸乙二醇酯 (Kaladex®)	與 PET 相比，它在高溫下具有更好的穩定性。更適合高溫應用和 SMD 封裝。主要用於非關鍵性濾波、耦合和去耦，因為溫度依賴性並不顯著。	相對介電常數和介電強度較低意味著在給定電容和額定電壓下，尺寸要比 PET 大。
聚苯硫醚 (PPS) 薄膜電容器	聚亞苯基 (Torelina®)	在整個溫度範圍內具有較小的溫度依賴性，並且在較寬的頻率範圍內具有較窄的頻率依賴性。損耗因子很小且穩定。工作溫度高達 270 °C。適合 SMD。能夠承受 RoHS 2002/95/歐盟指令規定的無鉛焊接的增加的迴流焊溫度。	超過 100 °C 時，損耗因子會增加，從而導致元件溫度升高，但可以不發生降解而執行。成本通常高於 PP。
聚四氟乙烯 (PTFE) (特氟龍 薄膜) 電容器	聚四氟乙烯 (Teflon®)	損耗最低的固體介電材料。工作溫度高達 250 °C。絕緣電阻極高。穩定性好。用於任務關鍵型應用。	尺寸較大（由於介電常數低）。成本高於其他薄膜電容器。
聚碳酸酯 (PC) 薄膜電容器	聚碳酸酯	幾乎完全被 PP 取代	製造商有限
聚苯乙烯 (PS) 薄膜電容器	聚苯乙烯 (Styroflex)	幾乎完全被 PET 取代	製造商有限
聚碸薄膜電容器	聚碸	類似於聚碳酸酯。在相對較高的溫度下能夠承受全電壓。	僅開發，未找到系列（2012 年）
聚醯胺薄膜電容器	聚醯胺	工作溫度高達 200 °C。絕緣電阻高。穩定性好。損耗因子低。	僅開發，未找到系列（2012 年）
聚醯亞胺薄膜 (Kapton) 電容器	聚醯亞胺 (Kapton)	所有已知塑膠薄膜介電材料中介電強度最高。	僅開發，未找到系列（2012 年）

薄膜功率電容器

MKV 功率電容器，雙面金屬化紙（電極的無場機械載體），聚丙烯薄膜（介電材料），繞組浸漬在絕緣油中

一種相關型別是 功率薄膜電容器。用於大型功率薄膜電容器的材料和製造技術與普通薄膜電容器的材料和製造技術基本相同。然而，由於歷史原因，通常將具有高到非常高的功率等級的電容器（用於電力系統和電氣裝置中的應用）單獨分類。普通薄膜電容器的標準化面向電氣和機械引數。相比之下，功率電容器的標準化強調人員和裝置的安全，如當地監管機構規定。

隨著現代電子裝置獲得了處理以前“電力”元件獨佔的功率等級的能力，“電子”和“電力”功率等級之間的區別變得模糊。從歷史上看，這兩個系列之間的界限大約在 200 伏安的無功功率處。

功率薄膜電容器主要使用聚丙烯薄膜作為介電材料。其他型別包括金屬化紙電容器（MP 電容器）和具有聚丙烯介電材料的混合介電薄膜電容器。MP 電容器用於成本應用和作為無場載體電極（浸漬箔電容器），用於高交流或高電流脈衝負載。繞組可以用絕緣油或 環氧樹脂 填充，以減少氣泡，從而防止短路。

它們被用作轉換器，用於改變電壓、電流或頻率，儲存或突然釋放電能，或提高功率因數。這些電容器的額定電壓範圍約為 120 V AC（電容式照明鎮流器）到 100 kV。

• 用於電力系統、電氣裝置和工廠中的功率薄膜電容器
• 
  用於交流 功率因數校正 (PFC) 的功率薄膜電容器，包裝在圓柱形金屬罐中
• 
  矩形外殼中的功率薄膜電容器
• 
  位於漢堡 DESY 場地的強子電子環形加速器 (HERA) 中用於磁場產生的幾個能量儲存功率薄膜電容器組之一
• 
  150 kV 處的 75 MVAR 變電站電容器組

基於薄膜的功率電容器的特點、應用和缺點

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
金屬化紙功率電容器	浸漬在絕緣油或環氧樹脂中的 紙張	自愈特性。最初浸漬在蠟、油或環氧樹脂中。在某些 高壓 應用中使用油浸牛皮紙版本。主要被 PP 取代。	尺寸很大。高度 吸溼性，儘管有塑膠外殼和浸漬，但會從 大氣 中吸收 水分。水分會增加介電損耗並降低 絕緣 電阻。
紙薄膜/箔功率電容器	浸漬在油中的 牛皮紙	用金屬箔作為電極覆蓋的紙張。成本低。間歇工作，高放電應用。	物理尺寸大且重量重。能量密度明顯低於 PP 介電材料。不具有自愈特性。由於儲存能量高，可能會出現災難性故障。
PP 介電材料， 無場紙 功率電容器 (MKV 功率電容器)	雙面（無場）金屬化紙作為電極載體。PP 作為介電材料，浸漬在絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體中	自愈特性。損耗非常低。絕緣電阻高。高湧流強度。高熱穩定性。過載應用，例如與高無功功率、高頻率和高峰值電流負載一起換相以及其他交流應用。	物理尺寸大於 PP 功率電容器。
單面或雙面 金屬化 PP 功率電容器	PP 作為介電材料，浸漬在絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體中	每體積功率電容器的電容最高。自愈特性。廣泛的應用，例如通用、交流電容器、電機電容器、平滑或濾波、直流鏈路、抑制或鉗位、阻尼交流、串聯諧振直流電路、直流放電、交流換相、交流功率因數校正。	對於可靠的高壓執行和非常高的湧流負載至關重要，耐熱性有限 (105 °C)
PP 薄膜/箔功率電容器	浸漬在 PP 或絕緣氣體、絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體中	最高的湧流強度	大於 PP 金屬化版本。不具有自愈特性。

電解電容器

主要文章：電解電容器

電解電容器 具有金屬陽極，其表面覆蓋著氧化層，用作介電材料。第二個電極是非固體（溼的）或固體電解質。電解電容器是極化的。根據它們的介電材料，有三個系列可供使用。

• 具有 氧化鋁 作為介電材料的鋁電解電容器
• 具有 五氧化二鉭 作為介電材料的鉭電解電容器
• 具有 五氧化二鈮 作為介電材料的鈮電解電容器。

陽極高度粗糙化，以增加表面積。這與氧化層的相對較高介電常數一起使這些電容器與薄膜或陶瓷電容器相比，每體積具有非常高的電容。

五氧化二鉭的介電常數大約是氧化鋁的三倍，從而產生尺寸明顯更小的元件。但是，介電常數只決定尺寸。電氣引數，尤其是 電導率，是由電解質的材料和組成決定的。使用了三種類型的電解質

• 非固體（溼潤，液體）——電導率約為 10 mS/cm，成本最低
• 固體氧化錳——電導率約為 100 mS/cm，提供高品質和穩定性
• 固體導電聚合物（聚吡咯）——電導率約為 10,000 mS/cm， 提供低至 <10 mΩ 的 ESR 值

主要用於去耦和緩衝應用的電解電容器的內部損耗，由電解質的種類決定。

一些重要型別的電解電容器的數值

陽極材料	電解質	電容 範圍 (µF)	最大額定 電壓 在 85 °C 時 (V)	上限 類別 溫度 (°C)	特定 紋波電流 (mA/mm3) 1)
鋁 (粗糙箔)	非固體， 例如 乙二醇， DMF，DMA，GBL	0.1–2,700,000	600	150	0.05–2.0
	固體， 二氧化錳 (MnO2	0.1–1,500	40	175	0.5–2.5
	固體 導電聚合物 (例如 聚吡咯)	10–1,500	25	125	10–30
鉭 (粗糙箔)	非固體 硫酸	0.1–1,000	630	125	–
鉭 (燒結)	非固體 硫酸	0.1–15,000	150	200	–
	固體 二氧化錳 (MnO2	0.1–3,300	125	150	1.5–15
	固體 導電聚合物 (例如聚吡咯)	10–1,500	35	125	10–30
鈮 (燒結)	固體 二氧化錳 (MnO2	1–1,500	10	125	5–20
	固體 導電聚合物 (例如聚吡咯)	2.2–1,000	25	105	10–30
1) 紋波電流在 100 kHz 和 85 °C / 體積 (標稱尺寸)

電解電容器的單位體積電容很大，這使得它們在相對高電流和低頻的電子電路中非常有用，例如在電源濾波器中，用於將不需要的交流分量從直流電源連線中去耦，或者用作音訊放大器中的耦合電容器，用於透過或旁路低頻訊號並存儲大量的能量。電解電容器的相對較高的電容值，加上聚合物電容器的聚合物電解質的極低 ESR，特別是 SMD 型別，使它們成為個人電腦電源中 MLC 晶片電容器的競爭者。

雙極電解電容器（也稱為非極性電容器）包含兩個陽極氧化鋁箔，表現為兩個串聯反向連線的電容器。

用於特殊應用的電解電容器包括電機啟動電容器， 手電筒電容器 和音訊頻率電容器。

• 示意圖
• 
  帶有非固體（液體）電解質的繞組鋁電解電容器結構的示意圖
• 
  帶有固體電解質的燒結鉭電解電容器結構的示意圖

• 鋁、鉭和鈮電解電容器
• 
  鋁電解電容器的軸向、徑向（單端）和 V 型晶片樣式
• 
  用於電源應用的鋁電解電容器的卡扣式
• 
  帶有聚合物電解質的鋁電解電容器的表面貼裝 SMD 樣式
• 
  用於表面貼裝的鉭電解晶片電容器

電解電容器的特點、應用和缺點

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
電解電容器 帶有非固體 (溼潤，液體) 電解質	氧化鋁 Al2O3	非常大的電容體積比。電容值高達 2,700,000 µF/6.3 V。電壓高達 550 V。每電容/電壓值的成本最低。用於電容穩定性不高且低損耗不重要的場合，特別是對於較低的頻率，例如電源和直流鏈路中的旁路、耦合、平滑和緩衝應用。	極性。明顯的漏電流。相對較高的ESRTemplate:Dn 和 ESL 值，限制了高紋波電流和高頻應用。需要進行壽命計算，因為存在乾涸現象。過載、過熱或反向極化連線時會排氣或爆裂。水性電解質在使用壽命結束時可能會排氣，表現出“電容器瘟疫”之類的故障
	五氧化二鉭 Ta2O5	溼式鉭電解電容器（溼式塊狀） 電解電容器中漏電流最低。電壓高達 630 V（鉭薄膜）或 125 V（鉭燒結體）。密封性好。穩定可靠。軍事和航天應用。	極性。當電壓、紋波電流或電壓上升速度超過限值，或在反向電壓下，會發生猛烈爆炸。昂貴。
[電解電容器 帶有固體 [二氧化錳] 電解質	氧化鋁 Al2O3 五氧化二鉭 Ta2O5， 五氧化二鈮 Nb2O5	鉭和鈮在相同電容/電壓下尺寸更小，與鋁相比。穩定的電氣引數。良好的長期高溫效能。比非固體（溼潤）電解電容器的 ESR 低。	極性。約 125 V。低電壓，對瞬態反向電壓或浪湧電壓的容忍度有限。故障時可能發生燃燒。ESR 比導電聚合物電解質高得多。預計錳將被聚合物取代。
電解電容器 帶有固體 聚合物 電解質 (聚合物電容器)	氧化鋁 Al2O3, 五氧化二鉭 Ta2O5， 五氧化二鈮 Nb2O5	與錳或非固體（溼潤）電解電容器相比，ESR 大大降低。更高的紋波電流額定值。延長了使用壽命。穩定的電氣引數。自修復。 用於較小的電源中的平滑和緩衝，特別是在 SMD 中。	極性。電解電容器中漏電流最高。價格高於非固體或二氧化錳。電壓限制在約 100 V。當電壓、電流或電壓上升速度超過限值，或在反向電壓下會爆炸。

超級電容器

主要文章：超級電容器

超級電容器和相關型別的層次分類

顯示各種電容器和電池的功率密度與能量密度的拉貢圖

根據 IEC 62391-1、IEC 62567 和 DIN EN 61881-3 標準將超級電容器分為幾類

超級電容器 (SC)， 包含一系列 電化學 電容器。超級電容器，有時稱為超級電容，是 雙電層電容器 (EDLC)、贗電容 和混合電容器的通用術語。它們沒有傳統的固體 介電。電化學電容器的電容值由兩個儲存原理決定，這兩個原理都對電容器的總電容有貢獻：

• 雙電層電容——透過在導體表面和電解質溶液之間的 介面處 亥姆霍茲 雙電層 中分離電荷來實現儲存。雙電層中電荷的分離距離約為幾個 埃（0.3–0.8 奈米）。這種儲存的起源是 靜電。
• 贗電容 – 儲存是透過電極表面的氧化還原反應、電吸附或嵌入，或透過特定吸附的離子實現的，這些離子導致可逆的法拉第電荷轉移。贗電容起源於法拉第過程。^[2]

每個原理產生的儲存比例差異很大，具體取決於電極設計和電解質組成。與雙電層相比，贗電容可以使電容值提高一個數量級。^[27]

超級電容器根據電極的設計分為三個類別。

• 雙電層電容器 – 具有碳電極或其衍生物，其靜態雙電層電容遠高於法拉第贗電容。
• 贗電容器 – 具有金屬氧化物或導電聚合物電極，具有大量的法拉第贗電容。
• 混合電容器 – 具有特殊和非對稱電極的電容器，既具有顯著的雙電層電容，又具有贗電容，例如鋰離子電容器.

超級電容器彌合了傳統電容器和可充電電池之間的差距。它們具有所有電容器中最高的單位體積電容值和最大的能量密度。它們支援高達 12,000 法拉/1.2 伏特，^[31] 電容值是電解電容器的 10,000 倍。^[27] 雖然現有的超級電容器的能量密度約為傳統電池的 10%，但它們的功率密度通常高出 10 到 100 倍。功率密度定義為能量密度乘以能量傳遞到負載的速度。更高的功率密度導致比電池更短的充放電迴圈，並且對多次充放電迴圈具有更高的耐受性。這使得它們非常適合與電池並聯連線，並可能提高電池的功率密度效能。

在電化學電容器中，電解質是兩個電極之間的導電連線，這與電解電容器不同，在電解電容器中，電解質只形成陰極，即第二個電極。

超級電容器是極化的，必須以正確的極性執行。極性透過非對稱電極的設計進行控制，或者對於對稱電極，透過製造過程中施加的電位進行控制。

超級電容器支援各種各樣的電力和能源應用，包括

• 在電子裝置中，SRAM的記憶體備份期間，長時間提供低供電電流。
• 需要非常短的高電流的電力電子裝置，例如KERS 系統，用於一級方程式賽車.
• 回收公共汽車和火車等車輛的制動能量。

超級電容器很少可以互換，尤其是那些具有較高能量密度的超級電容器。IEC 標準 62391-1《用於電子裝置的固定雙電層電容器》識別出四種應用類別。

• 類別 1，記憶體備份，放電電流（毫安）= 1 • C（法拉）
• 類別 2，儲能，放電電流（毫安）= 0.4 • C（法拉）• V（伏特）
• 類別 3，功率，放電電流（毫安）= 4 • C（法拉）• V（伏特）
• 類別 4，瞬時功率，放電電流（毫安）= 40 • C（法拉）• V（伏特）

對於像電容器這樣的電子元件來說，超級電容器使用的多種不同的貿易名稱或系列名稱非常特殊，例如：APowerCap、BestCap、BoostCap、CAP-XX、DLCAP、EneCapTen、EVerCAP、DynaCap、Faradcap、GreenCap、Goldcap、HY-CAP、Kapton 電容器、超級電容器、SuperCap、PAS 電容器、PowerStor、PseudoCap、Ultracapacitor，這使得使用者難以對這些電容器進行分類。

• 雙電層、鋰離子超級電容器。
• 
  用於資料緩衝的 1 法拉 5.5 伏特雙電層電容器。
• 
  用於高能量密度的徑向（單端）鋰離子電容器。
• 用於高電流負載的超級電容器/超級電容器單元和模組。
  用於高電流負載的超級電容器/超級電容器單元和模組。

超級電容器的特性和應用以及缺點。

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
超級電容器 贗電容器。	亥姆霍茲雙電層加法拉第贗電容。	能量密度通常比傳統電解電容器高數十到數百倍。與其他電容器相比，更接近電池。電容/體積比大。ESR 相對較低。數千法拉。RAM 記憶體備份。電池更換期間的臨時電源。比電池更快地吸收/傳遞更大的電流。數十萬次充放電迴圈。混合動力汽車。再生制動。	極化。每個電池的額定工作電壓低。（疊加電池提供更高的工作電壓。）成本相對較高。
混合電容器。 鋰離子電容器。 (LIC)	亥姆霍茲雙電層加法拉第贗電容。陽極摻雜有鋰離子。	更高的工作電壓。比常見的 EDLC 具有更高的能量密度，但比鋰離子電池 (LIB) 小。沒有熱失控反應。	極化。每個電池的額定工作電壓低。（疊加電池提供更高的工作電壓。）成本相對較高。

其他電容器。

除了上面描述的涵蓋了幾乎所有分立電容器市場的電容器外，在電子產品中還可以找到一些新的開發或非常特殊的電容器型別以及舊的型別。

整合電容器。

• 整合電容器 - 在積體電路中，奈米級電容器可以透過在隔離基板上適當的金屬化圖案形成。它們可以作為分立元件封裝在多個電容器陣列中，而無需其他半導體元件。^[32]
• 玻璃電容器 - 第一個萊頓瓶電容器是用玻璃製成的。截至 2012 年^[更新]，玻璃電容器作為 SMD 版本用於需要超高可靠性和超高穩定性的應用。

功率電容器。

• 真空電容器 - 用於高功率射頻發射器。
• SF₆ 氣體填充電容器 - 用作測量橋路中的電容標準。

特殊電容器。

• 印刷電路板 - 多層印刷電路板不同層中的金屬導電區域可以作為高度穩定的電容器。常見的行業做法是將多層印刷電路板中一層未使用的區域填充接地導體，而另一層填充電源導體，在層之間形成一個大的分散式電容器。
• 電線 - 兩根絕緣線擰在一起。電容值通常在 3 pF 到 15 pF 之間。用於自制VHF 電路中的振盪反饋。

已淘汰的電容器

• 雲母電容器——第一批具有穩定頻率特性和低損耗的電容器，在二戰期間用於軍事無線電應用
• 空氣間隙電容器——被第一批火花間隙發射器使用

• 其他電容器。
• 
  一些額定電壓為 1nF × 500VDC 的銀雲母電容器
• 
  帶鈾玻璃封裝的真空電容器

各種電容器的特性、應用和缺點

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
空氣間隙電容器	空氣	低介電損耗。用於高功率高頻焊接的高頻電路諧振。	物理尺寸較大。電容相對較低。
真空電容器	真空	極低的損耗。用於高壓、高功率射頻應用，如發射器和感應加熱。如果電弧電流受限，則具有自愈能力。	成本非常高。易碎。體積較大。電容相對較低。
SF6 氣體填充電容器	SF6 氣體	高精度。[33] 損耗極低。穩定性非常高。額定電壓高達 1600 kV。用作測量橋電路中的電容標準。	成本非常高
金屬化雲母（銀雲母）電容器	雲母	穩定性非常高。無老化。低損耗。用於高頻和低甚高頻射頻電路，以及用作測量橋電路中的電容標準。主要被 1 類陶瓷電容器取代	成本高於 1 類陶瓷電容器
玻璃電容器	玻璃	比銀雲母具有更好的穩定性和頻率特性。超可靠。超穩定。抗核輻射。工作溫度：-75 °C 至 +200 °C，甚至短暫過曝於 +250 °C。[34]	成本高於 1 類陶瓷
整合電容器。	氧化物-氮化物-氧化物 (ONO)	薄 (低至 100 µm)。比大多數 MLCC 佔地面積小。低 ESL。穩定性非常高，最高可達 200 °C。可靠性高	定製生產

可變電容器

可變電容器可以透過機械運動改變其電容。通常，可變電容器有兩種型別需要區分

• 調諧電容器——用於有意地和重複地調諧無線電或其他調諧電路中的振盪器電路的可變電容器
• 微調電容器——小型可變電容器，通常用於一次性振盪器電路內部調整

可變電容器包括使用機械結構來改變極板之間距離或重疊極板表面積的電容器。它們主要使用空氣作為介電介質。

半導體可變電容二極體不是被動元件意義上的電容器，但可以改變其電容作為施加的反向偏置電壓的函式，並且像可變電容器一樣使用。它們已取代了許多調諧和微調電容器。

• 可變電容器
• 
  空氣間隙調諧電容器
• 
  真空調諧電容器
• 
  用於通孔安裝的微調電容器
• 
  用於表面貼裝的微調電容器

可變電容器的特性、應用和缺點

電容器型別	介電層	特點/應用	缺點
空氣間隙調諧電容器	空氣	轉子電極的圓形或各種對數切割，用於不同的電容曲線。用於對稱調整的分裂轉子或定子切割。滾珠軸承軸，用於減少噪音的調整。用於高專業裝置。	尺寸較大。成本高。
真空調諧電容器	真空	損耗極低。用於高壓、高功率射頻應用，如發射器和感應加熱。如果電弧電流受限，則具有自愈能力。	成本非常高。易碎。尺寸較大。
SF6 氣體填充調諧電容器	SF6	損耗極低。用於非常高電壓高功率射頻應用。	成本非常高，易碎，尺寸較大
空氣間隙微調電容器	空氣	主要被半導體可變電容二極體取代	成本高
陶瓷微調電容器	1 類陶瓷	在寬溫度範圍內具有線性且穩定的頻率特性	成本高

市場

如今，分立電容器是工業產品，大量生產，用於電子裝置和電氣裝置。據估計，2008 年全球固定電容器市場約為 180 億美元，產量為 14000 億件（1.4 × 10¹²）。^[35] 該市場以陶瓷電容器為主，估計每年約為 1 萬億件（1 × 10¹²）。^[1]

主要電容器系列的價值估計詳細資料如下

• 陶瓷電容器——83 億美元（46%）；
• 鋁電解電容器——39 億美元（22%）；
• 薄膜電容器和紙電容器——26 億美元（15%）；
• 鉭電解電容器——22 億美元（12%）；
• 超級電容器（雙層電容器）——3 億美元（2%）；以及
• 其他型別，如銀雲母和真空電容器——7 億美元（3%）。

與上述型別相比，所有其他型別的電容器在價值和數量上都微不足道。

電容器 - 電氣特性

串聯等效電路

電容器的串聯等效電路模型

分立電容器與理想電容器有所偏差。理想電容器只儲存和釋放電能，沒有損耗。電容器元件存在損耗和寄生電感部分。材料和結構中的這些缺陷可能具有積極意義，例如 1 類陶瓷電容器的線性頻率和溫度特性。相反，負面影響包括 2 類陶瓷電容器中非線性、電壓相關的電容或電容器的介電絕緣不足導致漏電流。

所有屬性都可以透過由理想電容和額外電氣元件組成的串聯等效電路來定義和指定，這些元件模擬電容器的所有損耗和電感引數。在這個串聯等效電路中，電氣特性由以下引數定義

• C，電容器的電容
• R_insul，介電層的絕緣電阻，不要與外殼的絕緣混淆
• R_leak，代表電容器漏電流的電阻
• R_ESR，等效串聯電阻，它總結了電容器的所有歐姆損耗，通常縮寫為“ESR”。
• L_ESL，等效串聯電感，它是電容器的有效自感，通常縮寫為“ESL”。

使用串聯等效電路而不是並聯等效電路由IEC/EN 60384-1 規定。

標準值和公差

電容器的“額定電容”C_R或“標稱電容”C_N是其設計值。實際電容取決於測量的頻率和環境溫度。標準測量條件是在 20°C 的溫度下，使用低壓交流測量方法，頻率為：

• 對於 C_R ≤ 1 nF 的非電解電容器，頻率為 100 kHz、1 MHz（優選）或 10 MHz。
• 對於 1 nF < C_R ≤ 10 μF 的非電解電容器，頻率為 1 kHz 或 10 kHz。
• 對於電解電容器，頻率為 100/120 Hz。
• 對於 C_R > 10 μF 的非電解電容器，頻率為 50/60 Hz 或 100/120 Hz。

對於超級電容器，使用壓降法來測量電容值。

電容器以幾何級數遞增的優選值（E 系列標準）提供，在 IEC/EN 60063 中規定。根據每個十年的值數，這些被稱為 E3、E6、E12、E24 等系列。用於指定電容器值的單位範圍已經擴充套件到包括皮法（pF）、納法（nF）和微法（µF）到法拉（F）。毫法拉和千法拉很少見。

允許偏差的百分比稱為容差。實際電容值應在其容差限值內，否則就超出了規格。IEC/EN 60062 為每種容差指定了一個字母程式碼。

電容器的容差及其字母程式碼

E 系列	容差
	CR > 10 pF	字母程式碼	CR < 10 pF	字母程式碼
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	-	-

所需的容差由特定應用決定。E24 到 E96 的窄容差用於高質量電路，例如精密振盪器和定時器。一般應用（例如非關鍵濾波或耦合電路）使用 E12 或 E6。電解電容器通常用於濾波和旁路電容器，大多數具有 ±20% 的容差範圍，需要符合 E6（或 E3）系列值。

溫度依賴性

電容通常隨溫度變化。不同的介電材料在溫度敏感性方面表現出很大的差異。對於 1 類陶瓷電容器，溫度係數用每攝氏度百萬分率 (ppm) 表示，而對於其他所有電容器，則用整個溫度範圍內的百分比表示。

一些常見電容器的溫度係數

電容器型別， 介電材料	溫度係數 ΔC/C	應用 溫度範圍
1 類陶瓷電容器 順電 NP0	± 30 ppm/K (±0.5 %)	−55 到 +125 °C
2 類陶瓷電容器 鐵電 X7R	±15 %	−55 到 +125 °C
2 類陶瓷電容器， 鐵電 Y5V	+22 % / −82 %	−30 到 +85 °C
薄膜電容器 聚丙烯 ( PP)	±2.5 %	−55 到 +85/105 °C
薄膜電容器 聚對苯二甲酸乙二醇酯， 聚酯 (PET)	+5 %	−55 到 +125/150 °C
薄膜電容器 聚苯硫醚 (PPS)	±1.5 %	−55 到 +150 °C
薄膜電容器 聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)	±5 %	−40 到 +125/150 °C
薄膜電容器 聚四氟乙烯 (PTFE)	?	−40 到 +130 °C
金屬化紙電容器（浸漬型）	±10 %	−25 到 +85 °C
鋁電解電容器 Al2O3	±20 %	−40 到 +85/105/125 °C
鉭電解電容器 Ta2O5	±20 %	−40 到 +125 °C

頻率依賴性

大多數分立電容器型別隨著頻率升高，電容值或多或少會發生變化。2 類陶瓷和塑膠薄膜的介電強度隨著頻率升高而減弱。因此，它們的電容值隨著頻率升高而降低。這種現象對於 2 類陶瓷和塑膠薄膜介電材料來說，與介質弛豫有關，其中電偶極子的時間常數是介電常數頻率依賴性的原因。下面的圖表顯示了陶瓷和薄膜電容器的電容典型頻率行為。

• 陶瓷和薄膜電容器的電容頻率依賴性
• 
  2 類陶瓷電容器的電容頻率依賴性（為比較，顯示了 1 類 NP0 電容器）
• 
  具有不同薄膜材料的薄膜電容器的電容頻率依賴性

對於具有非固體電解質的電解電容器，會發生離子的機械運動。它們的活動能力有限，因此在較高頻率下，粗糙陽極結構的並非所有區域都覆蓋著帶電離子。陽極結構越粗糙，電容值隨著頻率升高而降低的幅度就越大。具有高度粗糙陽極的低電壓型別，在 100 kHz 下的電容約為在 100 Hz 下測量的值的 10% 到 20%。

電壓依賴性

電容也可能隨著施加電壓而變化。這種效應在 2 類陶瓷電容器中更為普遍。鐵電 2 類材料的介電常數取決於施加的電壓。施加的電壓越高，介電常數越低。電容的變化可以降至使用 0.5 或 1.0 V 的標準化測量電壓測量的值的 80%。這種行為是低失真濾波器和其他模擬應用中非線性度的一個很小的來源。在音訊應用中，這可能是諧波失真的原因。

薄膜電容器和電解電容器沒有明顯的電壓依賴性。

• 一些不同 2 類陶瓷電容器的電容電壓依賴性
• 
  不同陶瓷等級的 25 伏電容器的電容隨施加電壓變化的簡化圖
• 
  不同額定電壓的 X7R 陶瓷的電容隨施加電壓變化的簡化圖

額定電壓和類別電壓

額定溫度範圍和類別溫度範圍與施加電壓之間的關係

介電材料變得導電的電壓稱為擊穿電壓，它由介電強度和電極之間的距離的乘積給出。介電強度取決於溫度、頻率、電極形狀等。因為電容器的擊穿通常是短路並會損壞元件，所以工作電壓低於擊穿電壓。工作電壓的規定使得電壓可以在電容器的整個使用壽命中持續施加。

在 IEC/EN 60384-1 中，允許工作電壓稱為“額定電壓”或“標稱電壓”。額定電壓 (UR) 是在額定溫度範圍內任何溫度下可以持續施加的最大直流電壓或峰值脈衝電壓。

幾乎所有電容器的耐壓性都會隨著溫度升高而降低。對於一些應用，使用更高的溫度範圍很重要。在較高溫度下降低施加的電壓可以保持安全裕量。因此，對於某些型別的電容器，IEC 標準為更高的溫度範圍指定了第二個“溫度降額電壓”，即“類別電壓”。類別電壓 (UC) 是在類別溫度範圍內任何溫度下可以持續施加到電容器的最大直流電壓或峰值脈衝電壓。

兩種電壓和溫度之間的關係在右側的圖片中給出。

阻抗

在較高頻率下（上圖）電容器的簡化等效串聯電路；具有電抗 X_ESL 和 X_C 以及電阻 ESR 的向量圖，以及為了說明阻抗 Z 和損耗角正切 tan δ

一般來說，電容器被視為電能的儲存元件。但這只是電容器的一種功能。電容器也可以充當交流電阻。在許多情況下，電容器用作去耦電容，以濾除或旁路不需要的偏置交流頻率到地。其他應用使用電容器進行電容耦合交流訊號；介電材料僅用於阻擋直流電。對於此類應用，交流電阻與電容值一樣重要。

與頻率相關的交流電阻稱為阻抗$\scriptstyle Z$，是交流電路中電壓與電流的複數比率。阻抗將電阻的概念擴充套件到交流電路，並在特定頻率下具有幅度和相位。這與電阻不同，電阻只有幅度。

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

幅度$\scriptstyle |Z|$表示電壓差幅度與電流幅度的比率，$\scriptstyle j$是虛數單位，而幅角$\scriptstyle \theta$給出電壓和電流之間的相位差。

在電容器資料手冊中，只指定了阻抗幅度 |Z|，並簡單地寫為“Z”，因此阻抗公式可以用笛卡爾形式寫出。

$\ Z=R+jX$

其中阻抗的實部是電阻$\scriptstyle R$（對於電容器$\scriptstyle ESR$），虛部是電抗$\scriptstyle X$。

如電容器的串聯等效電路所示，實部包含一個理想電容器$C$、一個電感$L(ESL)$和一個電阻$R(ESR)$。因此，在角頻率$\omega$處的總電抗由電容電抗（電容）$X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}$和電感電抗（電感）：$X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }$的幾何（複數）加法給出。

為了計算阻抗 $\scriptstyle Z$，必須以幾何方式將電阻相加，然後 $Z$ 由以下公式給出。

$Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}$。阻抗是衡量電容器透過交流電流能力的一個指標。從這個意義上說，阻抗可以像歐姆定律一樣使用。

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

以計算電流或電壓的峰值或有效值。

在共振的特殊情況下，其中兩個電抗

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

具有相同的值 ($X_{C}=X_{L}$)，那麼阻抗將僅由 ${ESR}$ 決定。

不同電容值在不同頻率下的典型阻抗曲線，顯示出阻抗值在共振頻率以下下降、在共振頻率以上上升的典型形式。電容值越大，共振頻率越低。

資料表中指定的阻抗通常顯示不同電容值的典型曲線。隨著頻率的增加，阻抗下降到最小值。阻抗越低，交流電流越容易透過電容器。在頂點處，即共振點，其中 XC 的值與 XL 相同，電容器具有最低的阻抗值。這裡只有 ESR 決定阻抗。在高於共振頻率的頻率下，由於電容器的 ESL，阻抗再次增加。電容器變成了電感。

如圖形所示，較高的電容值更適合較低的頻率，而較低的電容值更適合較高的頻率。

由於其較大的電容值，鋁電解電容器在高達約 1 MHz 的較低頻率範圍內具有相對較好的去耦特性。這就是為什麼在標準或開關電源中，在整流器之後使用電解電容器進行平滑應用的原因。

陶瓷和薄膜電容器由於其較小的電容值，適合高達數百兆赫的較高頻率。由於其採用電極端面接觸的結構，它們也具有明顯更低的寄生電感，使其適合較高頻率的應用。為了擴大頻率範圍，通常將電解電容器並聯連線陶瓷或薄膜電容器。

許多新開發都針對降低寄生電感 (ESL)。這增加了電容器的共振頻率，例如，可以跟隨數位電路不斷提高的開關速度。小型化，特別是在 SMD 多層陶瓷晶片電容器 (MLCC) 中，增加了共振頻率。將電極放置在晶片的縱向而不是橫向進一步降低了寄生電感。鉭電解電容器中與多陽極技術相關的“面朝下”結構進一步降低了 ESL。當需要高達 GHz 範圍的頻率的電容器時，諸如 MOS 電容器或矽電容器之類的電容器系列提供瞭解決方案。

電感 (ESL) 和自諧振頻率

工業電容器中的 ESL 主要由用於將電容器極板連線到外部世界的引線和內部連線造成。大型電容器的 ESL 往往高於小型電容器，因為到極板的距離更長，每毫米都算作電感。

對於任何離散電容器，都存在一個高於直流電的頻率，在該頻率下，它不再表現為純電容器。這個頻率，其中$X_{C}$ 與 $X_{L}$ 一樣高，被稱為自諧振頻率。自諧振頻率是阻抗透過最小值的最低頻率。對於任何交流應用，自諧振頻率是電容器可以用作電容元件的最高頻率。

這對 解耦 高速邏輯電路與電源至關重要。解耦電容器為晶片提供 瞬態 電流。如果沒有解耦器，當電路的部分快速開啟和關閉時，IC 會比電源連線所能提供的速度更快地要求電流。為了解決這個潛在問題，電路通常使用多個旁路電容器——小型（100 nF 或更小）的高頻額定電容器、一個用於低頻的大型電解電容器，以及偶爾的中間值電容器。

歐姆損耗、ESR、損耗因數和品質因數

離散電容器中的總結損失是歐姆 交流 損耗。 直流 損耗被指定為“ 洩漏電流 ”或“絕緣電阻”，對於交流規範來說可以忽略不計。交流損耗是非線性的，可能取決於頻率、溫度、老化或溼度。這些損耗來自兩個物理條件

• 線路損耗，包括內部電源線路電阻、電極接觸的接觸電阻、電極的線路電阻，以及在“溼”鋁電解電容器，特別是超級電容器中，液體電解質的有限電導率，以及
• 介電損耗 來自 介電極化。

在大型電容器中，這些損耗中最大的一部分通常是與頻率相關的歐姆介電損耗。對於小型元件，特別是對於溼電解電容器，液體電解質的電導率可能超過介電損耗。為了測量這些損耗，必須設定測量頻率。由於市售元件提供的電容值涵蓋了 15 個數量級，從 pF（10⁻¹² F）到超級電容器中的一些 1000 F，因此無法僅用一個頻率來捕捉整個範圍。IEC 60384-1 指出，歐姆損耗應在與測量電容相同的頻率下測量。這些是

• 對於 C_R ≤ 1 nF 的非電解電容器，頻率為 100 kHz、1 MHz（優選）或 10 MHz。
• 對於 1 nF < C_R ≤ 10 μF 的非電解電容器，頻率為 1 kHz 或 10 kHz。
• 對於電解電容器，頻率為 100/120 Hz。
• 對於 C_R > 10 μF 的非電解電容器，頻率為 50/60 Hz 或 100/120 Hz。

電容器的總結電阻損耗可以指定為 ESR、損耗因數（DF，tan δ）或 品質因數（Q），具體取決於應用要求。

具有更高紋波電流 $I_{R}$ 負載的電容器，如電解電容器，用 等效串聯電阻 ESR 指定。ESR 可以顯示為上面向量圖中的歐姆部分。ESR 值在每個型別的產品說明書中指定。

薄膜電容器和某些 2 類陶瓷電容器的損耗主要用損耗因數 tan δ 指定。這些電容器的損耗小於電解電容器，並且主要用於高達數百 MHz 的較高頻率。但是，在相同頻率下測量的損耗因數的數值與電容值無關，可以為具有電容範圍的電容器系列指定。損耗因數被確定為電抗 ($X_{C}-X_{L}$) 和 ESR 的正切，並且可以顯示為虛軸和阻抗軸之間的角度 δ。

如果電感 $ESL$ 很小，損耗因數可以近似為

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

具有非常低損耗的電容器，如 1 類和 2 類陶瓷電容器，用 品質因數（Q）指定電阻損耗。1 類陶瓷電容器特別適合頻率高達 GHz 範圍的 LC 共振電路以及精確的高通和低通濾波器。對於電氣諧振系統，Q 代表 電阻 的影響，並表徵諧振器的 頻寬 $B$ 相對於其中心或諧振頻率 $f_{0}$。Q 定義為損耗因數的倒數。

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

對於諧振電路，高 Q 值是諧振質量的標誌。

不同電容器型別的歐姆損耗比較
用於諧振電路（參考頻率 1 MHz）

電容器型別	電容 (pF)	ESR 在 100 千赫時。 (mΩ)	ESR 在 1 兆赫時。 (mΩ)	tan δ 在 1 兆赫時。 (10−4)	品質 因數
矽電容器	560	400	—	2,5	4000
雲母電容器	1000	650	65	4	2500
1 類 陶瓷電容器 (NP0)	1000	1600	160	10	1000

限制電流負載

電容器可以充當交流電阻，在兩點之間耦合交流電壓和交流電流。 每個流經電容器的交流電流都會在電容器本體內部產生熱量。 這些耗散功率損耗 $P$ 是由 $ESR$ 引起的，是有效（RMS）電流 $I$ 的平方值。

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

相同的功率損耗可以用損耗因子 $tan\delta$ 來表示

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

內部產生的熱量必須散發到周圍環境中。 電容器的溫度由熱量產生和散發之間的平衡來確定，不得超過電容器的最大額定溫度。 因此，ESR 或損耗因子是電容器最大功率（交流負載、紋波電流、脈衝負載等）的標誌。

交流電流可能是

• 紋波電流 - 一種有效（RMS）交流電流，來自疊加在直流偏置上的交流電壓，一種
• 脈衝電流 - 一種交流峰值電流，來自電壓峰值，或一種
• 交流電流 - 一種有效（RMS）正弦電流

紋波電流和交流電流主要使電容器本體發熱。 這些電流產生的內部溫度會影響電介質的擊穿電壓。 較高的溫度會降低所有電容器的耐壓性。 在溼電解電容器中，較高的溫度會導致電解質蒸發，縮短電容器的使用壽命。 在薄膜電容器中，較高的溫度可能會導致塑膠薄膜收縮，從而改變電容器的特性。

脈衝電流，特別是在金屬化薄膜電容器中，會使端部噴塗（接合）與金屬化電極之間的接觸區域發熱。 這可能會降低與電極的接觸，從而提高損耗因子。

為了安全執行，任何流經電容器的交流電流產生的最大溫度都是一個限制因素，這反過來又限制了交流負載、紋波電流、脈衝負載等。

紋波電流

“紋波電流”是 RMS 疊加在任何頻率和任何波形的電流曲線上的交流電流的值，用於在指定溫度下連續執行。 它主要出現在電源（包括 開關電源）中，在整流交流電壓後，作為充放電電流流過解耦或濾波電容器。 “額定紋波電流”在指定最大環境溫度下，不應超過 3、5 或 10 °C 的溫升，具體取決於電容器型別。

紋波電流由於電容器的 ESR 導致電容器本體內部產生熱量。 ESR 由電介質中變化的場強引起的電介質損耗以及略微電阻性電源線或電解質引起的損耗組成，它取決於頻率和溫度。 較高的頻率會提高 ESR，而較高的溫度會略微降低 ESR。

用於電源應用的電容器型別具有最大紋波電流的額定值。 這些主要包括鋁電解電容器，還有鉭電容器以及一些薄膜電容器和 2 類陶瓷電容器。

鋁電解電容器是電源中最常見的型別，在較高的紋波電流下，它們的預期使用壽命會縮短。 超過限制往往會導致爆炸性故障。

具有固態二氧化錳電解質的鉭電解電容器也受到紋波電流的限制。 超過它們的紋波限制往往會導致短路和元件燃燒。

對於通常用損耗因子 tan δ 指定的薄膜電容器和陶瓷電容器，紋波電流限制由本體中的溫升確定，約為 10 °C。 超過此限制可能會破壞內部結構並導致短路。

脈衝電流

某個電容器的額定脈衝負載受到額定電壓、脈衝重複頻率、溫度範圍和脈衝上升時間的限制。 “脈衝上升時間” $dv/dt$，表示脈衝的最陡電壓梯度（上升或下降時間），以伏特每微秒 (V/μs) 表示。

額定脈衝上升時間也間接地是適用峰值電流 $I_{p}$ 的最大容量。 峰值電流定義為

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

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

金屬化薄膜電容器的允許脈衝電流容量通常允許 8 到 10 °K 的內部溫升。

在金屬化薄膜電容器的情況下，脈衝負載取決於電介質材料的特性、金屬化的厚度以及電容器的結構，特別是端部噴塗與金屬化電極之間的接觸區域的結構。 高峰值電流可能會導致端部噴塗與金屬化電極之間區域性接觸的選擇性過熱，這可能會破壞一些接觸，從而導致 ESR 增加。

對於金屬化薄膜電容器，所謂的脈衝測試根據標準規範模擬應用過程中可能出現的脈衝負載。 IEC 60384 第 1 部分規定，測試電路間歇性地充電和放電。 測試電壓對應於額定直流電壓，測試包括 10000 個脈衝，重複頻率為 1 Hz。 脈衝應力容量是脈衝上升時間。 額定脈衝上升時間規定為測試脈衝上升時間的 1/10。

每個應用都需要計算脈衝負載。由於供應商相關的內部結構細節，沒有一個通用的計算薄膜電容功率處理能力的規則。為了防止電容過熱，必須考慮以下操作引數。

• 每個µF的峰值電流
• 脈衝上升或下降時間 dv/dt，單位為 V/µs
• 充電和放電週期的相對持續時間（脈衝形狀）
• 最大脈衝電壓（峰值電壓）
• 峰值反向電壓；
• 脈衝的重複頻率
• 環境溫度
• 散熱（冷卻）

對於低於額定電壓的脈衝電壓，允許更高的脈衝上升時間。

許多製造商提供了單個脈衝負載計算的示例，例如 WIMA 和 Kemet。

交流電流

在交流負載下執行的電容的限制條件

交流負載只能施加到非極性電容。用於交流應用的電容主要為薄膜電容、金屬化紙電容、陶瓷電容和雙極電解電容。

交流電容的額定交流負載是在指定溫度範圍內可連續施加到電容的最大正弦有效交流電流（rms）。在資料表中，交流負載可以表示為

• 低頻下的額定交流電壓，
• 中頻下的額定無功功率，
• 高頻下的降低交流電壓或額定交流電流。

63 伏直流薄膜電容系列中，4 種不同電容值的典型有效交流電壓曲線隨頻率的變化情況。

薄膜電容的額定交流電壓通常是根據內部溫度升高 8 到 10 °K 為安全執行的允許極限來計算的。由於介電損耗隨著頻率的增加而增加，因此指定的交流電壓在較高頻率下必須降額。薄膜電容的資料表規定了在較高頻率下降額交流電壓的特殊曲線。

如果薄膜電容或陶瓷電容只有直流規格，則施加的交流電壓的峰值必須低於指定的直流電壓。

交流負載可能出現在交流電機執行電容中，用於倍壓，在抑制器中，照明鎮流器和用於功率因數校正 PFC 用於移相以提高傳輸網路的穩定性和效率，這是大型電力電容最重要的應用之一。這些主要是大型 PP 薄膜或金屬化紙電容，其受額定無功功率 VAr 的限制。

可以施加交流電壓的雙極電解電容的額定值是額定紋波電流。

絕緣電阻和自放電常數

介電的電阻是有限的，導致一定程度的直流“漏電流”，導致充電的電容隨著時間的推移而失去電荷。對於陶瓷和薄膜電容，這種電阻稱為“絕緣電阻 R_ins”。這種電阻由與電容並聯的電阻 R_ins 表示，該電阻位於電容的等效串聯電路中。絕緣電阻不應與元件相對於環境的外部絕緣混淆。

隨著電容電壓的降低，絕緣電阻的自放電時間曲線遵循以下公式

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

儲存的直流電壓為 $U_{0}$ 和自放電常數

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

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

自放電常數是陶瓷和薄膜電容電極之間介電絕緣的重要引數。例如，電容可以用作時間繼電器的時序元件，或用於儲存電壓值，如取樣保持電路或運算放大器中。

1 類陶瓷電容的絕緣電阻至少為 10 GΩ，而 2 類電容的絕緣電阻至少為 4 GΩ，或自放電常數至少為 100 秒。塑膠薄膜電容的絕緣電阻通常為 6 到 12 GΩ。這對應於自放電常數約為 2000-4000 秒的 uF 範圍內的電容。

如果潮氣滲透到繞組中，絕緣電阻或自放電常數會降低。它在一定程度上強烈依賴於溫度，並隨著溫度的升高而降低。兩者都隨著溫度的升高而降低。

在電解電容中，絕緣電阻定義為漏電流。

漏電流

電解電容的一般漏電流行為取決於電解質的種類

對於電解電容，介電的絕緣電阻稱為“漏電流”。這種直流電流由與電容並聯的電阻 R_leak 表示，該電阻位於電解電容的等效串聯電路中。電容端子之間的這種電阻也是有限的。R_leak 對於電解電容來說低於陶瓷或薄膜電容。

漏電流包括由不希望的化學過程和機械損壞引起的介電的所有微弱缺陷。它也是施加電壓後可以透過介電的直流電流。它取決於沒有施加電壓的時間間隔（儲存時間）、焊接引起的熱應力、施加的電壓、電容的溫度和測量時間。

在施加直流電壓後的最初幾分鐘內，漏電流會下降。在此期間，介電氧化層可以透過建立新的層來自行修復缺陷。所需的時間通常取決於電解質。固體電解質下降速度快於非固體電解質，但保持在略高的水平。

非固體電解質電容器以及錳氧化物固體鉭電容器的漏電流，由於自修復效應，會隨著電壓連線時間的增加而下降。雖然電解質的漏電流高於陶瓷或薄膜電容器的絕緣電阻上的電流流動，但現代非固體電解質電容器的自放電需要數週時間。

電解質電容器的一個特殊問題是儲存時間。儲存時間越長，漏電流就可能越高。這些行為僅限於水含量高的電解質。有機溶劑，如 GBL，在長時間儲存時不會出現高漏電流。

漏電流通常在施加額定電壓後 2 或 5 分鐘測量。

麥克風效應

所有鐵電材料都表現出 壓電效應。由於 2 類陶瓷電容器使用鐵電陶瓷介電材料，因此這些型別的電容器可能存在稱為 麥克風效應 的電氣效應。麥克風效應（微音效應）描述了電子元件如何將機械 振動 轉化為不希望的電訊號 (噪聲)。 介電材料可以透過改變厚度和改變電極間距來吸收來自衝擊或振動的機械力，從而影響電容，進而感應交流電流。由此產生的干擾在音訊應用中尤為嚴重，可能導致反饋或意外錄音。

在反向麥克風效應中，改變電容器極板之間的電場會施加物理力，使它們變成一個音訊揚聲器。高電流脈衝負載或高紋波電流會從電容器本身產生可聽見的聲音，消耗能量並給介電材料帶來壓力。

介電吸收（浸潤）

主要文章： 介電吸收

當長時間保持充電的電容器在短暫放電時僅部分放電時，就會發生介電吸收。雖然理想電容器在放電後會達到零伏，但實際電容器會因時間延遲偶極子放電而產生小電壓，這種現象也稱為 介電弛豫，“浸潤”或“電池作用”。

一些常用電容器的介電吸收值

電容器型別	介電吸收
空氣和真空電容器	不可測量
1 類陶瓷電容器，NP0	0.6%
2 類陶瓷電容器，X7R	2.5%
聚丙烯薄膜電容器（PP）	0.05 到 0.1%
聚酯薄膜電容器（PET）	0.2 到 0.5%
聚苯硫醚薄膜電容器（PPS）	0.05 到 0.1%
聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜電容器（PEN）	1.0 到 1.2%
帶固體電解質的鉭電解電容器	2 到 3%， 10%
帶非固體電解質的鋁電解電容器	10 到 15%
雙電層電容器或超級電容器	資料不可用

在許多電容器應用中，介電吸收不是問題，但在某些應用中，例如長 時間常數 積分器、取樣保持 電路、開關電容 模數轉換器 和極低失真 濾波器，重要的是電容器在完全放電後不會恢復殘餘電荷，並且會指定低吸收電容器。 介電吸收產生的端電壓在某些情況下可能會導致電子電路功能出現問題，或者可能對人員造成安全風險。為了防止電擊，大多數超大型電容器在運輸時會配有短路線，需要在使用前將其拆除。

能量密度

電容值取決於介電材料 (ε)、電極表面積 (A) 和電極之間的距離 (d)，由平板電容器公式給出。

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

電極之間的距離和介電材料的耐壓決定了電容器的擊穿電壓。擊穿電壓與介電材料的厚度成正比。

理論上，如果兩個電容器具有相同的機械尺寸和介電材料，但其中一個的介電材料厚度是另一個的一半。在相同尺寸的情況下，它可以放置兩倍的平板面積。從理論上講，這個電容器的電容是第一個電容器的 4 倍，但耐壓只有它的一半。

由於電容器中儲存的能量密度由下式給出

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

因此，介電材料厚度為另一半的電容器具有 4 倍的電容，但耐壓為其一半，從而產生相同的最大能量密度。

因此，介電材料厚度不會影響固定整體尺寸的電容器的能量密度。使用幾層厚介電層可以支援高電壓，但電容較低，而薄介電層會產生低擊穿電壓，但電容較高。

這假設電極表面積和介電材料的介電常數不會隨著耐壓而變化。使用兩個現有的電容器系列進行簡單比較，可以顯示現實是否符合理論。比較很簡單，因為製造商在系列中使用標準化的外殼尺寸或外殼來容納不同的電容/電壓值。

比較具有相同尺寸但具有不同額定電壓和電容值的電容器中儲存的能量

電解電容器 NCC，KME 系列 Ǿ D × H = 16.5 mm × 25 mm		金屬化 PP 薄膜電容器 KEMET；PHE 450 系列 W × H × L = 10.5 mm × 20.5 mm × 31.5 mm
電容/電壓	儲存能量	電容/電壓	儲存能量
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

實際上，現代電容器系列並不符合理論。對於電解電容器，陽極箔的海綿狀粗糙表面隨著電壓升高而變得更光滑，減少了陽極表面積。但由於能量隨電壓平方增加，而陽極表面積的減少小於耐壓的增加，因此能量密度明顯增加。對於薄膜電容器，介電常數會隨介電材料厚度和其他機械引數而變化，因此理論上的偏差有其他原因。

將表中的電容器與超級電容器（能量密度最高的電容器系列）進行比較。為此，將尺寸為 D × H = 16 mm × 26 mm 的 25  F/2.3 V 電容器（來自 Maxwell HC 系列）與表中尺寸大致相同的電解電容器進行比較。該超級電容器的電容大約是 4700/10 電解電容器的 5000 倍，但電壓只有其 1/4，儲存的電能約為 66,000 mWs (0.018 Wh) ，能量密度大約是電解電容器的 100 倍（40 到 280 倍）。

長時間行為，老化

電容器的電氣引數可能會在儲存和使用過程中隨著時間的推移而發生變化。引數變化的原因各不相同，可能是介電材料的特性、環境影響、化學過程或非固體材料的乾燥效應。

老化

不同型別 2 類陶瓷電容器與 NP0-1 類陶瓷電容器的老化對比

在鐵電性 2 類陶瓷電容器中，電容會隨著時間的推移而下降。這種現象稱為“老化”。這種老化發生在鐵電介質中，介質中的極化疇會對總極化做出貢獻。介電材料中極化疇的退化會降低介電常數，從而隨著時間的推移降低電容。 老化遵循對數定律。這定義了電容的下降，在焊接恢復時間之後，在定義溫度下，對於每個時間十年，電容下降的百分比是一個常數，例如，在 20 °C 下，從 1 小時到 10 小時的時間段內。由於定律是對數的，因此電容的百分比損失在 1 小時和 100 小時之間將增加兩倍，在 1 小時和 1000 小時之間將增加三倍，等等。老化在開始時最快，並且電容絕對值隨著時間的推移而穩定。

2 類陶瓷電容器的老化速率主要取決於其材料。通常，陶瓷的溫度依賴性越高，老化百分比就越高。X7R 陶瓷電容器的典型老化率約為每個十年 2.5%。 Z5U 陶瓷電容器的老化率明顯更高，可以高達每個十年 7%。

可以透過將元件加熱到高於居里點來逆轉 2 類陶瓷電容器的老化過程。

1 類陶瓷電容器和薄膜電容器沒有與鐵電相關的老化。環境影響，例如較高的溫度、高溼度和機械應力，在較長的時間內會導致電容值發生微小的不可逆變化，有時也稱為老化。

P 100 和 N 470 1 類陶瓷電容器的電容變化小於 1%，而 N 750 到 N 1500 陶瓷電容器的電容變化 ≤ 2%。薄膜電容器可能會由於自修復過程而損失電容，或者由於溼度影響而增加電容。例如，在 40 °C 下，PE 薄膜電容器在 2 年內的典型變化為 ±3%，PP 薄膜電容器為 ±1%。

壽命

具有非固體電解質的電解電容器的電氣值會隨著時間的推移而發生變化，這是由於電解質的蒸發。當引數達到指定限制時，電容器將被視為“磨損故障”。

具有非固體電解質的電解電容器會隨著電解質的蒸發而老化。這種蒸發取決於溫度和電容器所承受的電流負載。電解質的逸出會影響電容和 ESR。電容會隨著時間的推移而下降，而 ESR 會隨著時間的推移而上升。與陶瓷、薄膜和具有固體電解質的電解電容器相反，“溼式”電解電容器會達到指定的“壽命終結”，達到指定的最大電容或 ESR 變化。壽命終結、“負載壽命”或“壽命”可以透過公式或圖表 或透過所謂的“10 度定律”來估算。電解電容器的典型規格規定了 85 °C 下 2000 小時的壽命，每降低 10 度壽命翻倍，在室溫下可達到大約 15 年的壽命。

超級電容器也會隨著時間的推移而經歷電解質蒸發。估算方法與溼式電解電容器類似。除了溫度之外，電壓和電流負載也會影響壽命。低於額定電壓和較低的電流負載以及較低的溫度會延長壽命。

故障率

電容器的壽命（負載壽命）對應於浴缸曲線中顯示的恆定隨機故障率的時間。對於具有非固體電解質的電解電容器和超級電容器來說，這段時間隨著由於電解質蒸發而開始的磨損故障而結束。

電容器是可靠的元件，具有較低的故障率，在正常條件下可實現數十年的預期壽命。大多數電容器在生產結束時會透過類似於“老化”的測試，因此早期故障會在生產過程中被發現，從而減少了發貨後故障的數量。

電容器的可靠性通常用恆定隨機故障期間的每十億小時故障數 (FIT) 來表示。FIT 是在固定的工作條件下（例如，在 40 °C 和 0.5 U_R 下，1000 個器件工作 100 萬小時，或 100 萬個器件分別工作 1000 小時）中，每十億 (10⁹) 個元件小時的執行時間內預計發生的故障次數。對於施加電壓、電流負載、溫度、機械影響和溼度等其他條件，可以使用工業 或軍用 環境標準化的術語重新計算 FIT。

其他資訊

焊接

電容器可能會由於環境影響（如焊接、機械應力因素（振動、衝擊）和溼度）而導致電氣引數發生變化。最大的應力因素是焊接。焊料浴的熱量，尤其是對於 SMD 電容器，會導致陶瓷電容器在端子和電極之間發生接觸電阻變化；在薄膜電容器中，薄膜可能會收縮；在溼式電解電容器中，電解質可能會沸騰。恢復期使特性在焊接後穩定；某些型別可能需要長達 24 小時。某些屬性可能會由於焊接而發生不可逆的百分比變化。

儲存或閒置引起的電解行為

具有非固體電解質的電解電容器在製造過程中會透過在高溫下施加額定電壓足夠的時間來“老化”，以修復生產過程中可能出現的任何裂紋和弱點。一些含水量高的電解質對未受保護的鋁會產生非常強的反應，甚至會產生劇烈反應。這會導致 1980 年代之前生產的電解電容器出現“儲存”或“閒置”問題。當這些電容器長時間不用時，化學過程會削弱氧化層。1980 年代開發了帶有“抑制劑”或“鈍化劑”的新型電解質來解決這個問題。 截至 2012 年，電子元件的標準儲存時間為在室溫下儲存兩年（封裝），由端子的氧化決定，也將適用於具有非固體電解質的電解電容器。使用有機溶劑（如GBL）的 125 °C 特殊系列的儲存時間長達 10 年，可以確保電容器在無需預處理的情況下保持正常的電氣效能。

對於古董無線電裝置，建議對舊的電解電容器進行“預處理”。這涉及透過限流電阻器將工作電壓施加到電容器的端子約 10 分鐘。透過安全電阻器施加電壓可以修復氧化層。

IEC/EN 標準

用於電子裝置中的電容器，為了被批准為標準化型別，其測試和要求在通用規範 IEC/EN 60384-1 的以下章節中規定。

陶瓷電容器

• IEC/EN 60384-8—陶瓷電介質固定電容器，1 類
• IEC/EN 60384-9—陶瓷電介質固定電容器，2 類
• IEC/EN 60384-21—陶瓷電介質固定表面貼裝多層電容器，1 類
• IEC/EN 60384-22—陶瓷電介質固定表面貼裝多層電容器，2 類

薄膜電容器

• IEC/EN 60384-2—固定金屬化聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜電介質直流電容器
• IEC/EN 60384-11—固定聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜電介質金屬箔直流電容器
• IEC/EN 60384-13—固定聚丙烯薄膜電介質金屬箔直流電容器
• IEC/EN 60384-16—固定金屬化聚丙烯薄膜電介質直流電容器
• IEC/EN 60384-17—固定金屬化聚丙烯薄膜電介質交流和脈衝
• IEC/EN 60384-19—固定金屬化聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜電介質表面貼裝直流電容器
• IEC/EN 60384-20—固定金屬化聚苯硫醚薄膜電介質表面貼裝直流電容器
• IEC/EN 60384-23—固定金屬化聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜電介質片式直流電容器

電解電容器

• IEC/EN 60384-3—表面貼裝固定鉭電解電容器，帶二氧化錳固體電解質
• IEC/EN 60384-4—鋁電解電容器，帶固體 (MnO2) 和非固體電解質
• IEC/EN 60384-15—固定鉭電容器，帶非固體和固體電解質
• IEC/EN 60384-18—固定鋁電解表面貼裝電容器，帶固體 (MnO2) 和非固體電解質
• IEC/EN 60384-24—表面貼裝固定鉭電解電容器，帶導電聚合物固體電解質
• IEC/EN 60384-25—表面貼裝固定鋁電解電容器，帶導電聚合物固體電解質

超級電容器

• IEC/EN 62391-1—用於電氣和電子裝置的固定雙電層電容器 - 第 1 部分：通用規範
• IEC/EN 62391-2—用於電子裝置的固定雙電層電容器 - 第 2 部分：分節規範 - 用於電力應用的雙電層電容器

電容器符號

電容器符號

電容器	極化 電容器 電解 電容器	雙極 電解 電容器	饋通 透過 電容器	調諧 可變 電容器	微調 可變 電容器

標記

印刷

電容器，像大多數其他電子元件一樣，如果空間足夠，會印刷標記以指示製造商、型別、電氣和熱特性以及製造日期。如果它們足夠大，電容器將被標記為

• 製造商名稱或商標；
• 製造商型別名稱；
• 端子的極性（對於極化電容器）
• 額定電容；
• 額定電容的容差
• 額定電壓和電源性質（交流或直流）
• 氣候類別或額定溫度；
• 製造年份和月份（或週數）；
• 安全標準的認證標誌（用於安全 EMI/RFI 抑制電容器）

極化電容器具有極性標記，通常在電解電容器的負極側標記為“ -”（減號）或條紋或“ +”（加號），請參見 #極性標記。此外，帶引線的“溼式”電容器的負極引線通常較短。

較小的電容器使用速記符號。最常用的格式為：XYZ J/K/M VOLTS V，其中 XYZ 表示電容（計算為 XY × 10^Z pF），字母 J、K 或 M 表示容差（分別為 ±5%、±10% 和 ±20%），VOLTS V 表示工作電壓。

示例

• 105K 330V 表示電容為 10 × 10⁵ pF = 1 µF（K = ±10%），工作電壓為 330 V。
• 473M 100V 表示電容為 47 × 10³ pF = 47 nF（M = ±20%），工作電壓為 100 V。

電容、容差和製造日期可以使用 IEC/EN 60062 中指定的簡短程式碼來指示。額定電容（微法拉）的簡短標記示例：µ47 = 0,47 µF，4µ7 = 4,7 µF，47µ = 47 µF

製造日期通常根據國際標準印刷。

• 版本 1：使用年份/週數字程式碼編碼，“1208” 表示“2012 年第 8 周”。
• 版本 2：使用年份程式碼/月份程式碼編碼。年份程式碼為：“R” = 2003，“S”= 2004，“T” = 2005，“U” = 2006，“V” = 2007，“W” = 2008，“X” = 2009，“A” = 2010，“B” = 2011，“C” = 2012，“D” = 2013，等等。月份程式碼為：“1” 到“9” = 1 月到 9 月，“O” = 10 月，“N” = 11 月，“D” = 12 月。“X5” 則表示“2009 年 5 月”。

對於像 MLCC 晶片這樣非常小的電容器，不可能進行標記。這裡只有製造商的可追溯性才能確保對型別的識別。

顏色編碼

主條目：電子顏色程式碼

截至 2013 年 電容器不使用顏色編碼。

極性標記

• 極性標記
• 
• 
• 

帶非固體電解質的鋁電容器在陰極（減號）側有極性標記。帶固體電解質的鋁、鉭和鈮電容器在陽極（加號）側有極性標記。超級電容器在減號側有標記。