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

電容器很好地說明了即使是最簡單的裝置，經過 250 年的演變也會變得複雜。（引自 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。儘管從絕對數字來看，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，但這篇文章重點介紹的是分立元件。

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不平衡來儲存電場能量的器件。它由兩個由介電材料（絕緣體）隔開的導體組成。使用水流經管道的相同類比，可以將電容器看作是一個水箱，其中電荷可以看作是水箱中的水量。水箱可以像電容器對電荷一樣“充電”和“放電”。機械上的類比是彈簧。彈簧在被拉回時會儲存電荷。

當電容器一端存在電壓時，一端會放電，另一端會充滿電荷。這被稱為充電。充電會在兩極板之間產生電荷不平衡，併產生反向電壓，阻止電容器進一步充電。因此，當電容器首次連線到電壓時，電流只會流動以停止，直到電容器充滿電。當電容器充滿電時，電流停止流動，它變成開路。就好像電容器獲得了無限的電阻。

您還可以將電容器想象成一個與虛擬電阻串聯的虛擬電池。從電容器完全放電開始充電過程，施加的電壓不會被虛擬電池抵消，因為虛擬電池的電壓仍然為零，因此充電電流達到最大值。隨著充電的進行，虛擬電池的電壓會增加，並抵消施加的電壓，因此充電電流會隨著虛擬電池電壓的增加而減小。最後，虛擬電池的電壓等於施加的電壓，因此不再有電流流入或流出電容器。

就像電容器可以充電一樣，它也可以放電。想象一下，電容器就像一個虛擬電池，它最初會向“負載”提供最大電流，但隨著放電的進行，虛擬電池的電壓會不斷下降，因此放電電流也會下降。最後，虛擬電池的電壓為零，因此放電電流也為零。

這與介質擊穿不同，在介質擊穿中，電容器極板之間的絕緣體發生擊穿，並使電容器放電。這種情況只發生在高電壓下，並且電容器通常會在該過程中被破壞。介質擊穿的一個壯觀的例子是當電容器的兩個極板接觸時發生的。這會導致積累在兩個極板上的所有電荷立即放電。這種系統很適合為需要在極短時間內提供大量能量的電擊槍供電。

電化學結構理論

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. 特異性吸附離子 (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，還存在兩種在電容器中儲存電能的原理。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，沒有傳統的介電材料。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
• 透過特定吸附離子的法拉第電子電荷轉移和氧化還原反應實現的電化學儲存 (贗電容)。與電池不同，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，電荷/放電過程中沒有或只有微不足道的化學修飾。

每個原理產生的儲存比例差異很大，取決於電極設計和電解質組成。贗電容可以將電容值提高一個數量級，超過雙電層本身的電容值。

電容

電容器的電容是當其引線之間存在一定電勢 (電壓) 時，電容器中存在的電荷量的比率。電容的單位是 法拉第，它等於每伏特的庫侖。對於大多數實際應用而言，這是一個非常大的電容；典型的電容器的電容值在微法拉或更小。

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

其中 C 是以法拉為單位的電容，V 是以伏特為單位的電勢，Q 是以庫侖為單位的電荷。求解此方程以求電勢得到

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

電容器和直流電壓 (DC)

電荷累積

當電容器連線到電源 V 時。電荷會在電容器的每個極板上累積，電荷量相同，但極性不同。這個過程稱為電容器充電。

儲存電荷

當兩個極板都被充電到電壓 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。這稱為儲存電荷。

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為零。

因此，電容器是一種可以累積電荷、儲存電荷和釋放電荷的器件。

電容器和交流電壓 (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 的值會改變相位角、角頻率、頻率和時間的值

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

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

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

電容器連線

串聯電容器

串聯電容器與增加兩個電容器極板之間的距離相同。同樣，需要注意的是，串聯兩個 100 V 電容器與使用一個總最大電壓為 200 V 的電容器相同。但是，不建議在實際中這樣做，尤其是在電容器值不同的情況下。在串聯電容器網路中，所有電容器可能具有不同的電壓。

在串聯配置中，所有電容器的組合電容是所有電容器電容倒數之和的倒數。

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

並聯電容器

並聯電容器與增加電容器的總表面積以建立一個具有更大電容的較大電容器相同。在並聯電容器網路中，所有電容器的電壓相同。

在並聯配置中，並聯電容器的電容是所有電容器電容的總和。

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

RC 電路

簡介

RC 電路是“電阻-電容”電路的簡稱。電容器透過電阻放電需要有限的時間，該時間隨電阻和電容的值而變化。從實際意義上講，電容器在電子電路中的作用就像電壓源和可變電阻的組合。

基礎

下面是一個簡單的 RC 電路

電容器與電阻和電流探頭並聯。電容器的工作方式是在電路最初接通時充當非常低的阻抗負載。這在下面說明

最初，電容器的阻抗非常低，幾乎為 0。由於電流走阻抗最小的路徑，幾乎所有電流都流過電容器，而不是電阻，因為電阻的阻抗要高得多。

當電容器充電時，隨著電容器獲得越來越多的電荷，其阻抗會增加。隨著電容器阻抗的上升，電流開始不僅流向電容器，還流向電阻

一旦電容器的電壓等於電池的電壓，這意味著它已完全充電，它將不允許任何電流流過它。當電容器充電時，其阻抗增加並有效地變為無窮大（開路），所有電流都流過電阻。

然而，一旦電源斷開，電容器本身就會充當電壓源

隨著時間的推移，電容器的電荷開始下降，其電壓也隨之下降。這意味著流過電阻的電流減少

一旦電容器完全放電，你就回到了原點

如果一個人用一個電容器連線到電池來做這件事，你會看到以下情況

1. 開關閉合。燈不亮。
2. 燈逐漸變亮...
3. 燈已達到全亮度。
4. 開關鬆開。燈繼續亮著。
5. 燈開始變暗...
6. 燈滅了。

這就是電容器的作用方式。但是，如果更改 R1 的值怎麼辦？C1？電池的電壓？我們將在下面考察電阻、電容和充電速率之間的數學關係。

時間常數

為了找出電容器完全充電或放電需要多長時間，或者電容器達到一定電壓需要多長時間，你必須知道一些事情。首先，你必須知道起始電壓和結束電壓。其次，你必須知道電路的時間常數。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

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

這意味著時間常數是電容器充到其最大電量的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）和電容（以法拉為單位）相乘得到。

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。這應該是合理的。需要注意的是，該公式是累加的，因此在第二個時間常數中，它會基於最初的63%再充63%。這使得在第二個時間常數中電量大約達到86.5%。下面是一個表格。

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

實際上，到第五個時間常數時，電容器被認為是完全充電或放電的。

這裡要寫一些關於放電如何以相同方式工作以及基於時間的電壓函式的內容

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

其中i(t)是流過電容器的電流，是時間的函式。

這個方程通常用另一種形式表示。透過對時間求導

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

將v/r代入i(t)並對上述方程進行積分，即可得到用於描述RC電路充電和放電特性的方程。充電特性曲線從0%（0伏）指數增長，並逐漸接近100%滿載（最大電壓）；類似地，放電曲線從理論上的100%（最大電壓）開始，並指數下降回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：固定電容器具有固定的電容值，可變電容器具有可變（微調）或可調（可調諧）電容值。

最重要的組是固定電容器。許多電容器的名稱來自電介質。對於系統的分類，這些特性不能被使用，因為最古老的電解電容器的命名方式是根據其陰極的結構。因此，最常用的名稱只是歷史上的名稱。

最常見的電容器型別是

• 陶瓷電容器具有陶瓷電介質。
• 薄膜和紙質電容器以其電介質命名。
• 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
  • 雙電層電容器以亥姆霍茲雙電層物理現象命名。
  • 贗電容器以其能夠透過可逆的法拉第電荷轉移電化學地儲存電能的能力命名。
  • 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、空氣間隙和真空電容器以其電介質命名。

每個系列的電容器具有相似的物理設計特徵，但在某些方面有所不同，例如端子的形式。

電子裝置中最常用的固定電容器概述

除了上述以歷史發展命名的電容器型別外，還有許多根據其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、音訊分頻電容器、照明鎮流器電容器、續流電容器、耦合、去耦或旁路電容器。

通常，這些應用中會使用多種電容器系列，例如干擾抑制可以使用陶瓷電容器或薄膜電容器。

也存在一些專用裝置，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，以及將兩根絕緣線扭在一起的笨拙方法。

電介質

不同型別電容器的原理電荷儲存及其固有的電壓發展

最常見的電介質是

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

所有這些電介質都在兩個（平行）電極之間的電場中靜態地儲存其電荷。

在這些傳統電容器之下，發展出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電介質。它們在

• 亥姆霍茲雙電層（雙電層電容器）

以及額外的電化學法拉第電荷轉移

• 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）中靜態地儲存其電荷。

下表給出了不同電介質和近似亥姆霍茲層厚度的最重要的材料引數。

關鍵引數

電容器型別	電介質	介電常數 在 1 kHz 時	最大/實現。 介電強度 V/µm	最小厚度 電介質 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	紙張	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。介電常數和電介質厚度是決定電容器的關鍵引數。加工的容易程度也很重要。薄而機械靈活的薄片可以很容易地包裹或堆疊，從而產生具有高電容值的大型設計。然而，用金屬化的電極覆蓋的剃刀般薄的金屬化燒結陶瓷層，為 SMD 型式的電路小型化提供了最佳條件。

簡單地觀察一下上表中的數字，就可以解釋一些簡單的事實。

• 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，但由於其薄介電層，在傳統電容器中具有最高的電容密度。
• 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高得多。
• 薄膜電容器 由於其不同的塑膠薄膜材料，在給定電容/電壓值的薄膜電容器的尺寸上存在微小的差異，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。電壓額定值可以達到 100 千伏。一般來說，電容和電壓與物理尺寸和成本相關聯。

小型化

從 1970 年到 2005 年，電容器的體積效率不斷提高（單擊圖片放大）

與電子領域的其它方面一樣，體積效率 度量的是每個單位體積的電子功能效能。對於電容器，體積效率用“CV 產品”來衡量，其計算方法是將電容 (C) 與最大電壓額定值 (V) 相乘，再除以體積。從 1970 年到 2005 年，體積效率有了顯著提高。

• 電容器小型化
• 
  1923 年的疊層紙質電容器（塊狀電容器），用於電報線路中的噪聲去耦（阻斷）
• 
  20 世紀 30 年代早期生產的硬紙盒裝繞線金屬化紙質電容器，電容值以“cm”在 CGS 制 中指定；5,000 cm 對應於 28 nF
• 
  摺疊式溼式鋁電解電容器，貝爾系統 1929 年，檢視摺疊式陽極，它安裝在裝滿液體電解質的方形外殼（未顯示）中
• 
  兩枚 8 μF，525 V 繞線式溼式鋁電解電容器，裝在紙質外殼中，用焦油密封，來自 20 世紀 30 年代的無線電。

應用範圍重疊

這些獨立的電容器可以獨立於其與上述電容器型別的隸屬關係來執行其應用，因此不同型別電容器的應用範圍存在重疊。

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著廣泛的重疊功能。

電容器 - 型別和樣式

陶瓷電容器

多層陶瓷電容器（MLCC）的構造

主要文章：陶瓷電容器

一個陶瓷電容器 是由兩層或多層交替排列的陶瓷和金屬層製成的非極性固定電容器，其中陶瓷材料充當介電層，金屬充當電極。陶瓷材料是由細磨的 順電 或 鐵電 材料顆粒混合而成，並加入混合的 氧化物，以達到所需的電容器特性。陶瓷材料的電氣行為分為兩個穩定性等級。

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

陶瓷原材料的高度可塑性非常適合許多特殊應用，並使陶瓷電容器的樣式、形狀和尺寸範圍實現了多樣化。例如，最小的分立電容器是“01005”晶片電容器，尺寸僅為 0.4 毫米 × 0.2 毫米。

大多數情況下，多層陶瓷電容器由交替排列的層構成，形成並聯連線的單電容器。這種配置提高了電容，降低了所有損耗和寄生 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很容易透過所需的應用電壓來控制和生產，因此陶瓷電容器的額定電壓可達 30 kV 範圍。

一些特殊形狀和樣式的陶瓷電容器用作特殊應用的電容器，包括 RFI/EMI 抑制電容器（也稱為安全電容器），用於連線到電源線， 用於旁路和去耦應用的 X2Y® 電容器， 用於低通濾波器抑制噪聲的穿通電容器， 以及用於發射機和高頻應用的 陶瓷功率電容器。

• 各種陶瓷電容器樣式
• 
  用於 SMD 安裝的多層陶瓷電容器（MLCC 晶片）
• 
  陶瓷 X2Y® 去耦電容器
• 
  用於連線到電源線的陶瓷 EMI 抑制電容器（安全電容器）
• 
  高壓陶瓷功率電容器

陶瓷電容器的特性和應用以及缺點

電容器型別	電介質	特性/應用	缺點
1 類陶瓷電容器	順電 陶瓷混合物，由加入新增劑的 二氧化鈦 組成。	可預測的 線性 且 電容 變化小，隨工作溫度而變化。優異的高 頻率 特性，損耗低。用於 諧振電路 應用中的溫度補償。電壓最高可達 15,000 V。	低 介電常數 陶瓷，電容 體積效率 低，尺寸比 2 類電容器大。
2 類陶瓷電容器	鐵電 陶瓷混合物，由 鈦酸鋇 和合適的新增劑組成。	介電常數高，體積效率高，尺寸比 1 類電容器小。用於緩衝、旁路和耦合應用。電壓最高可達 50,000 V。	穩定性低於 1 類，損耗高於 1 類。電容隨施加電壓的變化、頻率的變化以及老化效應而變化。輕微 微聲

薄膜電容器

主要文章：薄膜電容器

三種不同薄膜電容器配置的示例，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，其絕緣塑膠薄膜用作電介質。電介質薄膜被拉伸成薄層，並具有金屬電極，並繞成圓柱形繞組。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，從而形成金屬化薄膜電容器，或者是在薄膜上覆蓋一層獨立的金屬箔，稱為薄膜/箔電容器。

金屬化薄膜電容器具有自修復特性。電介質擊穿或電極之間的短路不會破壞元件。金屬化結構使得能夠生產具有較大電容值（高達 100 µF 及更大）的繞組電容器，尺寸比薄膜/箔結構小。

薄膜/箔電容器或金屬箔電容器使用兩層塑膠薄膜作為電介質。每層薄膜都覆蓋著一層薄薄的金屬箔（主要是鋁），形成電極。這種結構的優點是金屬箔電極易於連線，並具有出色的電流脈衝強度。

每個薄膜電容器內部結構的主要優點是與繞組兩端的電極直接接觸。這種接觸使所有電流路徑非常短。這種設計就像許多並聯連線的單個電容器，從而減少了內部 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 (續流電路) 和交流電源應用，或用於更高頻率的應用。

用作薄膜電容器電介質的塑膠薄膜是 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% 將由所有其他材料使用，包括 PPS 和紙，每種材料約佔 3%。

薄膜電容器用塑膠薄膜材料的特性

		薄膜材料，縮寫程式碼
薄膜特性		PET	PEN	PPS	PP
1 kHz 時的相對介電常數		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
吸溼率 (%)		低	0.4	0.05	<0.1
介電強度 (V/µm)		580	500	470	650
商業實現的 耐壓 (V/µm)		280	300	220	400
直流電壓範圍 (V)		50–1,000	16–250	16–100	40–2,000
電容範圍		100 pF–22 µF	100 pF–1 µF	100 pF–0.47 µF	100 pF–10 µF
應用溫度範圍 (°C)		−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
損耗角正切 (•10−4)
	在 1 kHz 時	50–200	42–80	2–15	0.5–5
	在 10 kHz 處	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	在 100 kHz 處	170–300	120–300	12–60	2–25
	在 1 MHz 處	200–350	–	18–70	4–40
時間常數 RInsul•C (s)	在 25 °C 處	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
	在 85 °C 處	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 (nF•V/mm3)		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，也稱為安全電容器， 用於非常高的浪湧電流的續流電容器， 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，因此許多可用的樣式都有特殊的端子來處理高電流。
• 
  徑向式（單端）用於在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，在兩個相對邊緣具有金屬化接觸點。
• 
  徑向式，帶重型焊接端子，用於續流電路應用和高浪湧脈衝負載。
• 
  帶螺絲端子的重型續流電容器。

薄膜電容器的特性和應用以及缺點

電容器型別	電介質	特性/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明顯小於薄膜/箔版本，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，以及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電介質。可預測的線性且低電容隨工作溫度變化。適用於 1 類頻率確定電路和精密模擬應用。非常窄的電容。極低的損耗角正切。低吸溼率，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，例如續流電路或 IGBT。也用於 交流 電源應用，例如電機或 功率因數校正。非常低的介電損耗。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。	最高工作溫度為 105 °C。相對較低的介電常數為 2.2。PP 薄膜電容器往往比其他薄膜電容器大。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®)	尺寸小於功能上可比的聚丙烯薄膜電容器。低吸溼率。在大多數直流應用中幾乎完全取代了金屬化紙和聚苯乙烯薄膜。主要用於一般用途應用或工作溫度高達 125 °C 的半關鍵電路。工作電壓高達 60,000 V 直流。	可在低（交流電源）頻率下使用。由於溫度和頻率升高導致的損耗增加，因此在電力電子中的應用有限。
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®)	在高溫下比 PET 具有更好的穩定性。更適合高溫應用和 SMD 封裝。主要用於非關鍵濾波、耦合和去耦，因為溫度依賴性並不顯著。	較低的相對介電常數和較低的介電強度意味著，對於給定的電容和額定電壓，尺寸比 PET 大。
聚苯硫醚 (PPS) 薄膜電容器	聚苯硫醚 (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小的頻率依賴性。損耗角正切很小且穩定。工作溫度高達 270 °C。適用於 SMD。可以承受 RoHS 2002/95/歐盟指令 規定的無鉛焊接所需的更高的迴流焊接溫度。	在 100 °C 以上，損耗角正切會增加，導致元件溫度升高，但可以執行而不會降解。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®)	損耗最低的固體電介質。工作溫度高達 250 °C。極高的絕緣電阻。良好的穩定性。用於關鍵任務應用。	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承受全電壓。	僅開發，未發現系列 (2012)
聚醯胺薄膜電容器	聚醯胺	工作溫度高達 200 °C。高絕緣電阻。良好的穩定性。低損耗因數。	僅開發，未發現系列 (2012)
聚醯亞胺薄膜 (Kapton) 電容器	聚醯亞胺 (Kapton)	所有已知塑膠薄膜電介質中最高的介電強度。	僅開發，未發現系列 (2012)

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（電介質）、浸漬絕緣油的繞組

一種相關的型別是 功率薄膜電容器。大型功率薄膜電容器使用的材料和製造技術與普通薄膜電容器大多相似。然而，由於歷史原因，功率等級很高或非常高的電容器在電力系統和電力設施中的應用通常單獨分類。普通薄膜電容器的標準化側重於電氣和機械引數。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是“電力”元件獨佔的功率水平的能力，“電子”和“電氣”功率等級之間的區別變得模糊。歷史上，這兩個家族之間的界限大約是 200 伏安的無功功率。

薄膜功率電容器主要使用聚丙烯薄膜作為電介質。其他型別包括金屬化紙電容器（MP 電容器）和具有聚丙烯電介質的混合電介質薄膜電容器。MP 電容器適用於成本應用，以及作為無場載體電極（溼潤箔電容器）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從大約 120 V AC（電容照明鎮流器）到 100 kV。

• 用於電力系統、電力設施和工廠的功率薄膜電容器
• 
  用於交流 功率因數校正 (PFC) 的功率薄膜電容器，封裝在圓柱形金屬罐中
• 
  矩形外殼中的功率薄膜電容器
• 
  幾個能量儲存功率薄膜電容器組中的一個，用於在位於 DESY 場地上的 漢堡 的強子-電子環加速器 (HERA) 上產生磁場
• 
  150kV 處的 75MVAR 變電站電容器組

薄膜功率電容器的特性和應用以及缺點

電容器型別	電介質	特性/應用	缺點
金屬化紙功率電容器	紙張 浸漬絕緣油或環氧樹脂	自愈特性。最初浸漬蠟、油或環氧樹脂。某些 高壓 應用中使用油 Kraft 紙版本。大多被 PP 取代。	體積大。高度 吸溼性，儘管有塑膠外殼和浸漬劑，也會從 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	牛皮紙 浸漬油	紙張覆蓋有金屬箔作為電極。成本低廉。間歇性工作，高放電應用。	體積大且重。能量密度明顯低於 PP 電介質。沒有自愈功能。由於儲存的能量高，可能會發生災難性故障。
PP 電介質， 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 作為電介質，浸漬絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體	自愈。損耗極低。高絕緣電阻。高浪湧電流強度。高熱穩定性。重型應用，例如用高無功功率、高頻率和高峰值電流負載進行換向，以及其他交流應用。	體積大於 PP 功率電容器。
單面或雙面 金屬化 PP 功率電容器	PP 作為電介質，浸漬絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體	單位體積功率電容器中最高的電容。自愈。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、交流換向、交流功率因數校正。	對於可靠的高壓執行和非常高的浪湧電流負載至關重要，耐熱性有限 (105 °C)
PP 薄膜/箔功率電容器	浸漬 PP 或絕緣氣體、絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體	最高的浪湧電流強度	大於 PP 金屬化版本。沒有自愈功能。

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，其上覆蓋有氧化層用作電介質。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。根據其電介質，可以分為三個系列。

• 以 氧化鋁 作為電介質的鋁電解電容器
• 以 五氧化二鉭 作為電介質的鉭電解電容器
• 以 五氧化二鈮 作為電介質的鈮電解電容器。

陽極高度粗化以增加表面積。這和氧化層的相對高介電常數使得這些電容器與薄膜或陶瓷電容器相比具有更高的單位體積電容。

五氧化二鉭的介電常數大約是氧化鋁的三倍，因此可以生產出尺寸明顯更小的元件。但是，介電常數只決定尺寸。電氣引數，特別是 電導率，由電解質的材料和成分決定。使用三種常見的電解質型別

• 非固體（溼的，液體的）——電導率大約為 10 mS/cm，成本最低
• 固體二氧化錳——電導率大約為 100 mS/cm，具有高品質和穩定性
• 固體導電聚合物 (聚吡咯)——電導率大約為 10,000 mS/cm， ESR 值低至 <10 mΩ

電解電容器的內部損耗主要用於去耦和緩衝應用，由電解質的型別決定。

不同電解電容器的一些重要值

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)	具體 紋波電流 (mA/mm3) 1)
鋁 (粗化箔)	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 (粗化箔)	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）時

電解電容器的單位體積大電容使其在相對高電流和低頻率的電氣 電路 中非常有用，例如在 電源 濾波器中，用於從直流電源連線中去耦不希望出現的交流成分，或用作音訊放大器中的耦合電容器，用於傳遞或旁路低頻訊號並存儲大量能量。電解電容器的相對高電容值與 聚合物電容器（特別是 SMD 型號）的聚合物電解質的超低 ESR 相結合，使其成為個人電腦電源中 MLCC 片式電容器的競爭對手。

雙極電解電容器（也稱為非極化電容器）包含兩個陽極氧化鋁箔，其行為類似於兩個串聯反向連線的電容器。

專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
• 
  具有非固體（液體）電解質的繞組式鋁電解電容器結構示意圖
• 
  具有固體電解質的燒結鉭電解電容器結構示意圖

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

電解電容器的特性、應用和缺點

電容器型別	電介質	特性/應用	缺點
電解電容器 具有非固體 （溼式、液體） 電解質	氧化鋁 Al2O3	極高的電容體積比。電容值高達 2,700,000 µF/6.3 V。電壓高達 550 V。每個電容/電壓值的成本最低。適用於低損耗和高電容穩定性不是主要要求的場合，尤其是在電源和直流鏈路中的旁路、耦合、平滑和緩衝應用等較低頻率情況下。	極性化。洩漏電流很大。相對較高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、過熱或極性接反時會排氣或爆炸。水性電解質在使用壽命結束時可能會排氣，表現出類似"電容器瘟疫"的故障。
	五氧化二鉭 Ta2O5	溼式鉭電解電容器（溼式柱狀體） 電解電容器中洩漏電流最低。電壓高達 630 V（鉭膜）或 125 V（鉭燒結體）。密封性好。穩定可靠。應用於軍事和航天領域。	極性化。當電壓、紋波電流或轉換速率超過極限或反向電壓時，會發生劇烈爆炸。價格昂貴。
[電解電容器 具有固體 [二氧化錳] 電解質	氧化鋁 Al2O3 五氧化二鉭 Ta2O5, 五氧化二鈮 Nb2O5	鉭和鈮在給定電容/電壓下尺寸比鋁更小。電氣引數穩定。良好的長期高溫效能。ESR 比非固體（溼式）電解電容器更低。	極性化。約 125 V。低電壓和有限的瞬態、反向或浪湧電壓耐受性。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 具有固體 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（溼式）電解電容器相比，ESR 大幅降低。更高的紋波電流額定值。延長了工作壽命。電氣引數穩定。自愈。 適用於小型電源，尤其是在 SMD 中的平滑和緩衝應用。	極性化。電解電容器中洩漏電流最高。價格比非固體或二氧化錳高。電壓限制在約 100 V。當電壓、電流或轉換速率超過極限或反向電壓時，會發生爆炸。

超級電容器

主要文章：超級電容器

超級電容器及相關型別的層次分類

Ragone 圖，顯示了各種電容器和電池的功率密度與能量密度的關係

根據 IEC 62391-1、IEC 62567 和 DIN EN 61881-3 標準對超級電容器進行分類

超級電容器 (SC), 包含一個 電化學 電容器 家族。超級電容器，有時稱為超級電容，是 雙電層電容器 (EDLC)、贗電容器 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種儲存原理決定，這兩種原理共同貢獻了電容器的總電容：

• 雙電層電容 – 儲存是透過在導體表面和電解質溶液之間的 介面 處形成的 亥姆霍茲 雙電層 中的電荷分離來實現的。雙電層中電荷分離的距離約為幾個 埃（0.3–0.8 奈米）。這種儲存在本質上是 靜電 的。
• 贗電容 – 儲存是透過在電極表面進行 氧化還原反應、電吸附或 嵌入，或者透過特定吸附的 離子 來實現的，從而導致可逆的 法拉第 電荷轉移。贗電容在本質上是法拉第的。

由每種原理產生的儲存量的比率可以有很大差異，具體取決於電極設計和電解質成分。贗電容可以使電容值比雙電層本身高出一個數量級。

超級電容器根據電極設計分為三個類別

• 雙電層電容器 – 具有 碳 電極或衍生物，其靜電雙電層電容比法拉第贗電容大得多
• 贗電容器 – 具有金屬氧化物或導電聚合物電極，其法拉第贗電容很大
• 混合電容器 – 具有特殊和不對稱電極的電容器，既表現出顯著的雙電層電容，又表現出贗電容，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， 電容值高達 電解電容器 的 10,000 倍。 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 的速度的乘積。更高的功率密度導致比電池所能達到的充放電迴圈時間短得多，並且對多次充放電迴圈的耐受性更高。這使得它們非常適合與電池並聯連線，並且可以提高電池的功率密度。

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，電解質僅形成陰極，即第二電極。

超級電容器是極性化的，必須以正確的極性工作。極性透過不對稱電極的設計來控制，或者對於對稱電極，透過在製造過程中施加的電勢來控制。

超級電容器支援廣泛的應用，以滿足功率和能量需求，包括

• 在 (SRAM) 等電子裝置中，在較長時間內提供低電源電流以進行記憶體備份
• 需要非常短的高電流的電力電子裝置，例如 KERS 系統 在 一級方程式 賽車中的應用
• 回收公交車和火車等車輛的制動能量

超級電容器很少可以互換，尤其是那些能量密度較高的超級電容器。IEC 標準 62391-1 用於電子裝置的固定式雙電層電容器 確定了四個應用類別

• 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）

對於電容器等電子元件來說，超級電容器使用的眾多不同的商業名稱或系列名稱，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、超級電容，這使得使用者難以對這些電容器進行分類。

• 雙電層、鋰離子電容器和超級電容器
• 
  用於資料緩衝的 1 F/5.5 V 雙電層電容器
• 
  用於高能量密度的鋰離子電容器的徑向（單端）樣式
• 用於高電流負載的超級電容器/超級電容電池和模組
  用於高電流負載的超級電容器/超級電容電池和模組

超級電容器的特性、應用和缺點

電容器型別	電介質	特性/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高數十到數百倍。更類似於電池，而不是其他電容器。大的電容/體積比。相對較低的ESR。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/提供更大的電流。數十萬次充放電迴圈。混合動力汽車。能量回收	極化。每個電池的低工作電壓。（串聯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。陽極摻雜鋰離子。	更高的工作電壓。比普通EDLC更高的能量密度，但比鋰離子電池（LIB）更低。沒有熱失控反應。	極化。每個電池的低工作電壓。（串聯電池提供更高的工作電壓。）成本相對較高。

其他電容器

在上述涵蓋了幾乎所有離散電容器市場的電容器之下，電子學中還有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絕緣基板上適當的金屬化圖案來形成。它們可以封裝在沒有其他半導體部件的多個電容器陣列中，作為離散元件。^[32]
• 玻璃電容器——第一個萊頓瓶電容器是由玻璃製成的，截至2012年^[update]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機
• SF₆氣體充填電容器——用作測量橋電路中的電容標準

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。在行業實踐中，通常用接地導體填充一層PCB的未使用區域，另一層用電源導體填充，在層間形成一個大的分散式電容器。
• 導線——兩根絕緣導線相互纏繞。電容值通常在3 pF到15 pF之間。用於自制甚高頻電路的振盪反饋。

已淘汰的電容器

• 雲母電容器——第一個具有穩定頻率特性和低損耗的電容器，在二戰期間用於軍用無線電應用
• 空氣間隙電容器——由第一個火花隙發射機使用

• 其他電容器
• 
  一些1nF × 500VDC額定銀雲母電容器
• 
  帶鈾玻璃封裝的真空電容器

其他電容器的特點和應用以及缺點

電容器型別	電介質	特性/應用	缺點
空氣間隙電容器	空氣	低介電損耗。用於諧振高頻電路，用於高功率高頻焊接。	體積龐大。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，如發射機和感應加熱。如果電弧電流受到限制，則可以自修復。	成本非常高。易碎。體積大。電容相對較低。
SF6氣體充填電容器	SF6氣體	高精度。[33]極低的損耗。非常高的穩定性。高達1600 kV額定電壓。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	非常高的穩定性。沒有老化。低損耗。用於高頻和低甚高頻射頻電路，以及作為測量橋電路中的電容標準。大多被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。超高可靠性。超高穩定性。抗核輻射。工作溫度：-75 °C至+200 °C，甚至短期過曝至+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更小的佔地面積。低ESL。高達200 °C的非常高的穩定性。高可靠性	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。可變電容器通常有兩個版本需要區分

• 調諧電容器——用於有意地、反覆地調諧無線電或其他調諧電路中的振盪電路的可變電容器
• 微調電容器——通常用於一次性振盪電路內部調整的小型可變電容器

可變電容器包括使用機械結構來改變極板之間的距離或重疊的極板表面積的電容器。它們大多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。它們已經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
• 
  用於表面安裝的微調電容器

可變電容器的特點和應用以及缺點

電容器型別	電介質	特性/應用	缺點
空氣間隙調諧電容器	空氣	圓形或各種對數切割的轉子電極，用於不同的電容曲線。用於對稱調整的分割轉子或定子切割。滾珠軸承軸，用於降低噪聲的調整。用於高專業裝置。	尺寸較大。成本高。
真空調諧電容器	真空	極低的損耗。用於高壓、高功率射頻應用，如發射機和感應加熱。如果電弧電流受到限制，則可以自修復。	成本非常高。易碎。尺寸較大。
SF6氣體充填調諧電容器	SF6	極低的損耗。用於超高壓高功率射頻應用。	成本非常高，易碎，尺寸較大
空氣間隙微調電容器	空氣	大多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	在很寬的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，大量生產用於電子和電氣裝置。2008 年，全球固定電容器市場規模約為 180 億美元，共生產 1.4 萬億（1.4 × 10¹²）件。^[35] 這個市場由陶瓷電容器主導，估計每年約生產 1 萬億（1 × 10¹²）件。^[1]

主要電容器系列的價值估計資料如下：

• 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 和紙質電容器 - 26 億美元（15%）；
• 鉭電解電容器 - 22 億美元（12%）；
• 超級電容器 (雙電層電容器) - 3 億美元（2%）；以及
• 其他型別，如 銀雲母電容器 和 真空可變電容器 - 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均微不足道。

電容器 - 電氣特性

等效串聯電路

電容器的等效串聯電路模型

分立電容器與理想電容器存在偏差。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產生積極的影響，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，或電容器絕緣不足導致漏電流。

所有屬性都可以透過一個等效串聯電路來定義和指定，該電路由理想電容和額外的電氣元件組成，這些元件模擬電容器的所有損耗和電感引數。在這個等效串聯電路中，電氣特性由以下引數定義：

• C，電容器的電容
• R_insul，介質的絕緣電阻，不要與外殼的絕緣混淆
• R_leak，表示電容器漏電流的電阻
• R_ESR，等效串聯電阻，它彙總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電感，通常縮寫為“ESL”。

使用等效串聯電路而不是等效並聯電路由IEC/EN 60384-1 規定。

標準值和公差

“額定電容”C_R 或“標稱電容”C_N 是電容器的設計值。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，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，為 1 kHz 或 10 kHz
• 對於電解電容器，為 100/120 Hz
• 對於 C_R > 10 μF 的非電解電容器，為 50/60 Hz 或 100/120 Hz

對於超級電容器，使用電壓降方法來測量電容值。

電容器以幾何遞增的優先值 (E 系列 標準) 提供，這些標準在 IEC/EN 60063 中定義。根據每個十年內的值的數量，這些系列被稱為 E3、E6、E12、E24 等。用於指定電容器值的單位範圍已擴充套件到包括從皮法 (pF)、納法 (nF) 和微法 (μF) 到法拉 (F) 的所有單位。毫法和千法不常見。

允許的偏差值與額定值的百分比稱為公差。實際電容值應在其公差範圍內，否則就超出規格。IEC/EN 60062 為每個公差指定了一個字母程式碼。

電容器的公差及其字母程式碼

E 系列	公差
	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	-	-

所需的公差由具體應用決定。E24 到 E96 的窄公差用於高質量電路，例如精密振盪器和計時器。一般應用，例如非關鍵濾波或耦合電路，採用 E12 或 E6。電解電容器通常用於濾波 和旁路 電容器，通常具有 ±20% 的公差範圍，需要符合 E6（或 E3）系列的值。

溫度依賴性

電容通常會隨溫度而變化。不同的介電材料在溫度敏感性方面表現出很大的差異。溫度係數以每攝氏度百萬分之幾 (ppm) 表示，用於 1 類陶瓷電容器，或以整個溫度範圍內的百分比表示，用於所有其他型別。

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
金屬化紙質電容器（浸漬）	±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的升高，其電容都會或多或少地發生變化。2 類陶瓷和塑膠薄膜的介電強度隨著頻率的升高而下降。因此，它們的電容值隨著頻率的升高而減小。這種現象對於陶瓷 2 類和塑膠薄膜介電材料而言，與介電弛豫有關，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典型電容頻率特性。

• 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（與 NP0 1 類電容器比較）
• 
  不同薄膜材料薄膜電容器的電容頻率依賴性

對於非固體電解質的電解電容器，會發生離子的機械運動。它們的移動能力有限，因此在較高頻率下，並非所有粗化的陽極結構區域都覆蓋有帶電離子。陽極結構越粗糙，電容值隨頻率增加而減小的程度就越大。具有高度粗化的陽極的低壓型別在 100 kHz 時的電容約為 100 Hz 時的測量值的 10% 到 20%。

電壓依賴性

電容也可能隨施加電壓而變化。這種影響在 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。施加更高的電壓會降低介電常數。電容的變化可以降至用標準測量電壓 0.5 或 1.0 V 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的小來源。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
• 
  25 V 電容器在不同陶瓷等級中的電容變化與施加電壓的關係的簡化圖
• 
  不同額定電壓下 X7R 陶瓷的電容變化與施加電壓的關係的簡化圖

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的關係

介電材料變成導電的電壓稱為擊穿電壓，它等於介電強度與電極間距的乘積。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。工作電壓是如此規定，以確保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，允許的工作電壓稱為“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連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隨著溫度升高而降低。對於某些應用，使用更高的溫度範圍非常重要。在較高溫度下降低施加電壓可以保持安全裕量。因此，對於某些型別的電容器，IEC 標準規定了用於更高溫度範圍的第二個“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連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圖中給出。

阻抗

電容器在較高頻率（上方）下的簡化等效串聯電路；向量圖，其中包含電抗 X_ESL 和 X_C 以及電阻 ESR，以及為了說明阻抗 Z 和損耗角正切 tan δ

通常，電容器被視為電能儲存元件。但這僅僅是電容器的一種功能。電容器還可以充當交流電阻器。在許多情況下，電容器用作去耦電容器，用於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；介電材料僅用於阻斷直流。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$\scriptstyle Z$，它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，並且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。

在電容器資料表中，只指定了阻抗幅度 |Z|，並簡單地寫為“Z”，因此阻抗公式可以寫成笛卡爾形式

$\ Z=R+jX$

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

如電容器串聯等效電路所示，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$\omega$下的總電抗由容抗（電容）$X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}$和感抗（電感）：$X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }$的幾何（複數）相加得出。

為了計算阻抗$\scriptstyle Z$，需要用幾何方法將電阻相加，然後$Z$由以下公式得出

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

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

來計算電流或電壓的峰值或有效值。

在共振的特殊情況下，兩個反應電阻

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

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

不同電容值在不同頻率下的典型阻抗曲線，顯示了典型的形式，在共振頻率以下阻抗值下降，在共振頻率以上阻抗值上升。電容值越大，共振頻率越低。

資料手冊中指定的阻抗通常會顯示不同電容值下的典型曲線。隨著頻率的增加，阻抗會下降到最小值。阻抗越低，交流電流就越容易透過電容器。在頂點，即諧振點，XC的值與XL的值相同時，電容器具有最低的阻抗值。此時，只有ESR決定阻抗。當頻率高於諧振頻率時，由於電容器的ESL，阻抗會再次增加。電容器開始表現得像一個電感。

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。

由於鋁電解電容器具有較大的電容值，因此在低頻範圍內（高達約1 MHz）具有相對良好的去耦效能。這就是在標準或開關電源的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，適合用於高達幾百 MHz 的較高頻率。由於它們採用端面接觸電極的結構，它們也具有明顯更低的寄生電感，使其適合於高頻應用。為了擴大頻率範圍，通常將一個電解電容器與一個陶瓷或薄膜電容器並聯連線。

許多新的開發都針對降低寄生電感 (ESL)。這提高了電容器的諧振頻率，例如，可以跟上數位電路不斷提高的開關速度。小型化，尤其是在SMD多層陶瓷片式電容器 (MLCC) 中，提高了諧振頻率。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。“正面朝下”結構與鉭電解電容器中的多陽極技術相結合，進一步降低了ESL。當需要高達 GHz 頻率的電容器時，MOS 電容器或矽電容器等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板連線到外部世界的引線和內部連線引起。大型電容器的 ESL 往往高於小型電容器，因為到板的距離更長，每毫米都算作電感。

對於任何離散電容器，都存在一個高於 DC 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，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 AC 應用，自諧振頻率是電容器可以作為電容元件使用的最高頻率。

這對從電源去耦高速邏輯電路至關重要。去耦電容器為晶片提供瞬態電流。如果沒有去耦器，當電路的一部分快速開啟和關閉時，IC 要求電流的速度會快於電源連線的供電速度。為了解決這個潛在問題，電路經常使用多個旁路電容器——小型（100 nF 或更小）的額定頻率為高頻的電容器，一個額定頻率為低頻的大型電解電容器，有時還會使用一箇中等值的電容器。

歐姆損耗、ESR、損耗因子和品質因數

離散電容器中的總結損耗是歐姆交流損耗。直流損耗被指定為"漏電流"或"絕緣電阻"，對於 AC 規範來說可以忽略不計。AC 損耗是非線性的，可能取決於頻率、溫度、老化或溼度。這些損耗源於兩種物理條件

• 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”鋁電解電容器中，尤其是超級電容器中，液體電解質的有限電導率，以及
• 介質損耗來自介質極化.

在大型電容器中，這些損耗中的最大部分通常是與頻率相關的歐姆介質損耗。對於小型元件，尤其是溼電解電容器，液體電解質的電導率可能會超過介質損耗。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覆蓋了 15 個數量級，從 pF (10⁻¹² F) 到超級電容器中的 1000 F，因此不可能僅用一個頻率來捕捉整個範圍。IEC 60384-1 規定，應在用於測量電容的相同頻率下測量歐姆損耗。這些是

• 對於 C_R ≤ 1 nF 的非電解電容器，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，為 1 kHz 或 10 kHz
• 對於電解電容器，為 100/120 Hz
• 對於 C_R > 10 μF 的非電解電容器，為 50/60 Hz 或 100/120 Hz

電容器的總結電阻損耗可以指定為 ESR，作為損耗因子(DF, tan δ)，或作為品質因數 (Q)，具體取決於應用程式的要求。

具有較高紋波電流 $I_{R}$ 負載的電容器，例如電解電容器，透過等效串聯電阻 ESR 指定。ESR 可以顯示為上述向量圖中的歐姆部分。ESR 值在資料手冊中按型別單獨指定。

薄膜電容器和某些 2 類陶瓷電容器的損耗主要透過損耗因子 tan δ 指定。這些電容器的損耗小於電解電容器，並且主要用於高達幾百 MHz 的較高頻率。但是，在相同頻率下測量的損耗因子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。損耗因子由電抗 ($X_{C}-X_{L}$) 和 ESR 的正切確定，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，則損耗因子可以近似為

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

具有極低損耗的電容器，例如 1 類和 2 類陶瓷電容器，使用品質因數 (Q) 來指定電阻損耗。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 定義為損耗因子的倒數。

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

高 Q 值對於諧振電路來說是諧振質量的標誌。

不同型別電容器的歐姆損耗比較
對於諧振電路（參考頻率 1 MHz）

電容器型別	電容 (pF)	ESR 在 100 kHz 處 (mΩ)	ESR 在 1 MHz 處 (mΩ)	tan δ 在 1 MHz 處 (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，將交流電壓和交流電流耦合到兩個點之間。每個流過電容器的交流電流都會在電容器內部產生熱量。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 $tan\delta$ 表示為

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

內部產生的熱量必須散佈到環境中。電容器的溫度是在熱量產生和散佈之間的平衡基礎上建立的，不應超過電容器規定的最大溫度。因此，ESR 或損耗因子是電容器規定的最大功率（交流負載、紋波電流、脈衝負載等）的標誌。

交流電流可能包括

• 紋波電流——疊加在直流偏置上的交流電壓產生的有效 (RMS) 交流電流，
• 脈衝電流——電壓峰值產生的交流峰值電流，或
• 交流電流——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。這些電流內部產生的溫度會影響介質的擊穿電壓。所有電容器的耐壓都會隨著溫度升高而降低。在溼電解電容器中，較高的溫度會導致電解質蒸發，縮短電容器的壽命。在薄膜電容器中，較高的溫度可能會收縮塑膠薄膜，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（塗覆）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，任何交流電流流過電容器產生的最大溫度是一個限制因素，這反過來限制了交流負載、紋波電流、脈衝負載等。

紋波電流

“紋波電流”是疊加在直流偏置上的交流電流的RMS 值，無論其頻率和波形如何，只要在規定的溫度下連續工作。它主要出現在電源（包括開關電源）中，在整流交流電壓後，它作為充放電電流流過解耦或平滑電容器。“額定紋波電流”不應超過規定的最大環境溫度下，電容器型別不同的溫度升高 3、5 或 10°C。

紋波電流由於電容器的 ESR 而在電容器本體內產生熱量。ESR 由介質中變化的場強引起的介質損耗和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。更高的頻率會提高 ESR，而更高的溫度會略微降低 ESR。

用於功率應用的電容器型別具有規定的最大紋波電流額定值。這些主要包括鋁電解電容器，還有鉭電解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，其使用壽命會縮短。超過限度會導致爆炸性故障。

具有固體二氧化錳電解質的鉭電解電容器也受到紋波電流的限制。超過其紋波限制會導致短路和元件燒燬。

對於薄膜電容器和陶瓷電容器，通常以損耗因子 tan δ 指定，紋波電流限制由本體溫度升高約 10°C 決定。超過此限度可能會破壞內部結構並導致短路。

脈衝電流

特定電容器的額定脈衝負載受額定電壓、脈衝重複頻率、溫度範圍和脈衝上升時間限制。“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代表了適用峰值電流 $I_{p}$ 的最大容量。 峰值電流定義為

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

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

金屬化薄膜電容器允許的脈衝電流容量通常允許內部溫度上升 8 到 10 °K。

對於金屬化薄膜電容器，脈衝負載取決於介質材料的特性、金屬化的厚度和電容器的結構，尤其是端部噴塗和金屬化電極之間的接觸區域的結構。 高峰值電流會導致端部噴塗和金屬化電極之間區域性接觸的區域性過熱，這可能會破壞一些接觸，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中可能發生的脈衝負載。 IEC 60384 第 1 部分規定，測試電路間歇地充電和放電。 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。 脈衝應力容量為脈衝上升時間。 額定脈衝上升時間指定為測試脈衝上升時間的 1/10。

必須針對每個應用計算脈衝負載。 由於供應商相關的內部結構細節，無法提供用於計算薄膜電容器功率處理的一般規則。 為了防止電容器過熱，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）
• 反向峰值電壓；
• 脈衝重複頻率
• 環境溫度
• 熱量耗散（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

用於交流負載的電容器的限制條件

交流負載只能施加到非極性電容器。 交流應用的電容器主要是薄膜電容器、金屬化紙電容器、陶瓷電容器和雙極電解電容器。

交流電容器的額定交流負載是在指定溫度範圍內可以連續施加到電容器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。

4 種不同容量的 63 V 直流薄膜電容器系列的典型 rms 交流電壓曲線，作為頻率的函式

薄膜電容器的額定交流電壓通常是根據內部溫度上升 8 到 10 °K 是安全執行的允許限值來計算的。 由於介質損耗隨頻率的增加而增加，因此在較高頻率下必須降低指定的交流電壓。 薄膜電容器的資料表指定了用於在較高頻率下降低交流電壓的特殊曲線。

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

交流負載可能發生在交流電機執行電容器中，用於倍壓、續流電路、照明鎮流器和功率因數校正 PFC 中，用於相移以提高傳輸網路的穩定性和效率，這是大型功率電容器最重要的應用之一。 這些主要是大型 PP 薄膜或金屬化紙電容器，受額定無功功率 VAr 限制。

可以施加交流電壓的雙極電解電容器的額定值是額定紋波電流。

絕緣電阻和自放電常數

介質的電阻是有限的，導致一定程度的直流“漏電流”，導致充電電容器會隨著時間的推移而損失電荷。 對於陶瓷和薄膜電容器，這種電阻稱為“絕緣電阻 R_ins”。 這種電阻由並聯在電容器上的電阻 R_ins 表示，位於電容器的等效串聯電路中。 絕緣電阻不得與元件相對於環境的外部隔離混淆。

絕緣電阻的自放電隨時間變化的曲線，電容器電壓隨時間下降，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 $\tau _{\mathrm {s} }\,$ 電壓 $U_{0}$ 下降到初始值的 37%。

自放電常數是陶瓷和薄膜電容器電極間介電材料絕緣的一個重要引數。例如，電容器可以用作時間繼電器的時間確定元件，或用於儲存電壓值，如在 取樣保持電路或 運算放大器中。

1 類陶瓷電容器的絕緣電阻至少為 10 GΩ，而 2 類電容器的絕緣電阻至少為 4 GΩ 或自放電常數至少為 100 秒。塑膠薄膜電容器的絕緣電阻通常為 6 至 12 GΩ。這對應於自放電常數約為 2000-4000 秒的 uF 量級電容器。^[42]

如果溼度滲透到繞組中，絕緣電阻和自放電常數會降低。它在一定程度上高度依賴溫度，並且隨著溫度升高而降低。兩者都隨著溫度升高而降低。

在電解電容器中，絕緣電阻被定義為漏電流。

漏電流

電解電容器的總體漏電流特性取決於電解質的種類。

對於電解電容器，介電材料的絕緣電阻被稱為“漏電流”。這種 直流電流由電解電容器串聯等效電路中的電容器並聯的電阻 R_leak 表示。電容器端子之間的電阻也是有限的。電解電容器的 R_leak 比陶瓷或薄膜電容器的 R_leak 低。

漏電流包括由於不必要的化學過程和機械損壞造成的介電材料的所有微弱缺陷。它也是在施加電壓後可以穿過介電材料的直流電流。它取決於未施加電壓的間隔（儲存時間）、焊接引起的熱應力、施加的電壓、電容器的溫度以及測量時間。

施加直流電壓後，漏電流在前幾分鐘內會下降。在此期間，介電氧化層可以透過建立新層來自我修復弱點。所需的時間通常取決於電解質。固體電解質的下降速度比非固體電解質快，但保持在略高的水平。

非固體電解電容器以及錳氧化物固體鉭電容器的漏電流隨著電壓連線時間的增加而減小，這是由於自修復效應。儘管電解電容器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，但現代非固體電解電容器的自放電時間需要數週。

電解電容器的一個特殊問題是儲存時間。較長的儲存時間會導致更高的漏電流。這些行為僅限於含水量高的電解質。諸如 GBL 等有機溶劑在較長的儲存時間內不會出現高漏電流。

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會產生稱為 麥克風效應 的電氣效應。麥克風效應（麥克風效應）描述了電子元件如何將機械 振動轉換為不需要的電訊號（噪聲）。^[43] 介電材料可能會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，進而感應出交流電流。由此產生的干擾在音訊應用中尤其成問題，可能導致反饋或意外錄音。

在反麥克風效應中，改變電容器板之間的電場會施加物理力，將它們變成音訊揚聲器。高電流脈衝負載或高紋波電流會從電容器本身產生可聽的聲音，消耗能量並對介電材料造成壓力。^[44]

介電吸收（浸泡）

主條目： 介電吸收

介電吸收是指電容器長時間保持充電狀態，在短暫放電時，放電不完全的現象。雖然理想電容器在放電後電壓會降至零伏，但實際電容器會由於時間延遲的偶極子放電而產生微小的電壓，這種現象也稱為 介電弛豫、“浸泡”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%
固體電解質鉭電解電容器	2% 到 3%，[45] 10%[46]
非固體電解質鋁電解電容器	10% 到 15%
雙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，但在一些應用中，如長 時間常數 積分器、 取樣保持電路、開關電容 模數轉換器和超低失真 濾波器，重要的是電容器在完全放電後不會恢復殘餘電荷，因此需要指定低吸收的電容器。^[47] 由介電吸收產生的端電壓在某些情況下可能會影響電子電路的功能，或者對人員構成安全風險。為了防止電擊，大多數超大型電容器在運輸時會使用短路線，這些短路線需要在使用前拆除。^[48]

能量密度

電容值取決於介電材料 (ε)、電極的表面積 (A) 和電極之間的距離 (d)，由板電容器的公式給出。

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

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。擊穿電壓與介電層的厚度成正比。

理論上，給定兩個具有相同機械尺寸和介電材料的電容器，但其中一個的介電層厚度為另一個的一半。在相同的尺寸下，這個電容器可以放置兩倍的平行板面積。理論上，這個電容器的電容是第一個電容器的 4 倍，但耐壓是它的一半。

由於儲存在電容器中的能量密度由以下公式給出：

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

因此，一個電介質厚度為另一個一半的電容器具有 4 倍的電容，但耐壓為 1/2，產生相同的最大能量密度。

因此，電介質厚度不會影響固定尺寸電容器內的能量密度。使用幾層厚的電介質可以承受高電壓，但電容低，而薄層的電介質會產生低擊穿電壓，但電容高。

這假設電極表面或電介質的介電常數不會隨著耐壓而改變。與兩個現有的電容器系列進行簡單的比較可以表明現實是否符合理論。比較很簡單，因為製造商在同一系列中使用標準化的外殼尺寸或盒子供應不同的電容/電壓值。

具有相同尺寸但額定電壓和電容值不同的電容器中儲存能量的比較

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，陽極箔的類似海綿的粗糙表面在電壓較高時會變得更光滑，從而減少陽極的表面積。但由於能量隨電壓的平方增加，而陽極的表面積比耐壓下降幅度更小，因此能量密度明顯增加。對於薄膜電容器，介電常數隨電介質厚度和其他機械引數的變化而變化，因此偏離理論的原因不同。

將表格中的電容器與超級電容器（能量密度最高的電容器家族）進行比較。為此，將 Maxwell HC 系列中尺寸為 D × H = 16 mm × 26 mm 的電容器 25  F/2.3 V 與表格中尺寸大致相同的電解電容器進行比較。這種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 1/4，並且儲存的電能約為 66,000 mWs (0.018 Wh), 大約是電解電容器的 100 倍（40 到 280 倍）。

長期行為，老化

電容器的電氣引數在儲存和使用過程中可能會隨著時間的推移而發生變化。引數變化的原因各不相同，可能是電介質的特性、環境影響、化學過程或非固體材料的乾燥作用。

老化

不同 2 類陶瓷電容器與 NP0-1 類陶瓷電容器的老化比較

在鐵電 2 類陶瓷電容器中，電容會隨著時間的推移而下降。這種現象被稱為“老化”。這種老化發生在鐵電介質中，其中介質中的極化疇對總極化有貢獻。介質中極化疇的退化會隨著時間的推移降低介電常數，從而降低電容。 老化遵循對數規律。這定義了電容在焊接恢復時間後的某個時間段內以恆定百分比下降，例如，在 20 °C 下，在 1 到 10 小時之間。由於該規律是對數規律，因此電容的百分比損失在 1 h 和 100 h 之間會增加一倍，在 1 h 和 1,000 h 之間會增加三倍，等等。老化在開始時最快，隨著時間的推移，絕對電容值會穩定下來。

2 類陶瓷電容器的老化速率主要取決於其材料。一般來說，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 2.5&nbs;% 每十年。 Z5U 陶瓷電容器的老化率明顯更高，可以高達每十年 7%。

2 類陶瓷電容器的老化過程可以透過將元件加熱到高於居里點來逆轉。

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，如較高溫度、高溼度和機械應力，在較長時間內可能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低於 1%，對於 N 750 到 N 1500 陶瓷電容器，電容變化 ≤ 2%。薄膜電容器可能會由於自愈過程而導致電容下降，也可能會由於溼度影響而導致電容上升。例如，PE 薄膜電容器在 40 °C 下 2 年的典型變化為 ±3 %，PP 薄膜電容器的典型變化為 ±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變化，這是由於電解質蒸發造成的。當引數達到指定的限制時，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”電解電容器在達到指定的電容或 ESR 最大變化時，會達到指定的“壽命終點”。壽命終點、“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”來估計。電解電容器的典型規格規定了 85 °C 下的 2,000 小時的壽命，每降低 10 度壽命翻倍，在室溫下可達到約 15 年的壽命。

超級電容器也會隨著時間的推移而發生電解質蒸發。估算方法與溼式電解電容器類似。除了溫度外，電壓和電流負載也會影響壽命。低於額定電壓和更低的電流負載以及更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，這種時間在由於電解質蒸發而開始磨損故障時結束。

電容器是可靠的元件，具有較低的故障率，在正常條件下可達到數十年的預期壽命。大多數電容器在生產結束時會透過類似於“老化”的測試，以便在生產過程中發現早期故障，從而減少發貨後故障的數量。

電容器的可靠性通常以時間內故障次數 (FIT) 的數量來指定，該數量是在恆定隨機故障期間內出現的。FIT 是在固定的工作條件下（例如，在 40 °C 和 0.5 U_R 下，1000 個器件執行 100 萬小時，或 100 萬個器件執行 1000 小時）預計出現的故障次數。對於其他條件的施加電壓、電流負載、溫度、機械影響和溼度，可以根據工業 或軍事 規範的條款重新計算 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。焊錫浴的熱量，尤其是對於 SMD 電容器而言，會導致陶瓷電容器改變端子和電極之間的接觸電阻；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；有些型別可能需要長達 24 小時。某些特性可能會因焊接而發生幾個百分點的不可逆變化。

儲存或閒置後的電解行為

具有非固體電解質的電解電容在製造過程中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裂縫和弱點。一些含水量高的電解質會與未經保護的鋁發生相當劇烈的反應，甚至發生爆炸。這導致了 1980 年代之前製造的電解電容的“儲存”或“閒置”問題。在 1980 年代，開發了含有“抑制劑”或“鈍化劑”的新電解質來解決這個問題。 截至 2012 年，對於電子元件來說，在室溫下存放兩年的標準儲存時間（外殼封閉）會因端子氧化而被規定為具有非固體電解質的電解電容。對於使用有機溶劑（如 GBL）的 125 °C 特殊系列，儲存時間長達 10 年，無需預先調節，即可確保電容器的正常電氣效能。

對於古董無線電裝置，可能需要“預先調節”老式電解電容。這包括透過限流電阻器將工作電壓施加到電容器端子約 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

用於電子裝置的電容器要作為標準型別獲得批准，其測試和要求將在通用規範 IEC/EN 60384-1 的以下章節中列出。

陶瓷電容器

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

薄膜電容器

• IEC/EN 60384-2—聚對苯二甲酸乙二醇酯金屬化薄膜介質固定直流電容器
• IEC/EN 60384-11—聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜介質金屬箔固定直流電容器
• IEC/EN 60384-13—聚丙烯薄膜介質金屬箔固定直流電容器
• IEC/EN 60384-16—聚丙烯金屬化薄膜介質固定直流電容器
• IEC/EN 60384-17—聚丙烯金屬化薄膜介質固定交流和脈衝電容器
• IEC/EN 60384-19—聚對苯二甲酸乙二醇酯金屬化薄膜介質固定表面貼裝直流電容器
• IEC/EN 60384-20—聚苯硫醚金屬化薄膜介質固定表面貼裝直流電容器
• IEC/EN 60384-23—聚萘二甲酸乙二醇酯金屬化薄膜介質固定晶片直流電容器

電解電容器

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

超級電容器

• IEC/EN 62391-1—用於電力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	極性 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

電容器與大多數其他電子元件一樣，如果有足夠的空間，會印刷標記以表明製造商、型別、電氣和熱特性以及製造日期。如果電容器足夠大，則會在其上標明

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

極性電容器具有極性標記，通常在電解電容器的負極側標有“ - ”（負號）或一條條紋或“ + ”（正號），參見#極性標記。此外，有引線的“溼式”電解電容的負極引線通常較短。

較小的電容器使用速記符號。最常用的格式是：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表示。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。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，無法進行標記。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
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具有非固體電解質的鋁電解電容在陰極（負極）側有極性標記。具有固體電解質的鋁、鉭和鈮電解電容在陽極（正極）側有極性標記。超級電容器在負極側有標記。