電子學基礎/無源元件/電容器

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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，證明即使是最簡單的器件，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。雖然在絕對數量上，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，但本文主要集中在離散元件上。

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。它由兩個透過介電材料（絕緣體）隔開的導體構成。使用水流過管道的類比，電容器可以被認為是一個水箱，其中電荷可以被認為是水箱中水的體積。水箱可以像電容器對電荷那樣“充電”和“放電”。一個機械類比是彈簧。彈簧在被拉回時會儲存電荷。

當電容器的一端存在電壓時，這一端會開始放電，而另一端則會充滿電荷。這就是所謂的充電。充電會在兩極板之間產生電荷不平衡，併產生一個反向電壓，阻止電容器繼續充電。因此，當電容器第一次連線到電壓時，電流只會流過一段時間，直到電容器充滿電荷為止。當電容器充滿電荷時，電流停止流動，它會變成一個開路。這就像電容器獲得了無限的電阻。

你也可以把電容器想象成一個虛構的電池串聯著一個虛構的電阻。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的電池抵消，因為虛構的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，虛構的電池的電壓會上升，並抵消施加的電壓，因此充電電流會隨著虛構的電池電壓的上升而下降。最終，虛構的電池的電壓等於施加的電壓，因此沒有電流可以流入或流出電容器。

就像電容器充電一樣，它也可以放電。想象一下電容器是一個虛構的電池，它首先向“負載”提供最大電流，但隨著放電的繼續，虛構的電池的電壓不斷下降，因此放電電流也會下降。最終，虛構的電池的電壓為零，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材料擊穿並放電。這隻有在高電壓下才會發生，並且電容器通常在此過程中會被損壞。介電擊穿的一個壯觀的例子是當電容器的兩個極板接觸時。這會導致積累在兩個極板上的所有電荷同時放電。這種系統很適合為需要在極短時間內產生大量能量的電擊槍供電。

電化學構造理論

電極上雙電層示意圖（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。

除了在電場中傳統地靜態儲存電能之外，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、薄膜和電解電容器相比，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容量儲存原理決定。這些原理是

• 在電極表面和電解質之間相介面上實現的亥姆霍茲雙電層中的靜電儲存 （雙電層電容） 和
• 透過特異性吸附離子與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，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，而不形成或破壞化學鍵，並且在充電/放電過程中不涉及或僅涉及可忽略不計的化學修飾。

由於電極設計和電解質組成的不同，兩種原理產生的儲存比例可能會有很大差異。贗電容可以將電容值提高到雙電層電容本身的十倍之多。

電容器

符號

電容

電容器的電容是電容器在引線之間存在一定電勢（電壓）時所具有的電荷量的比值。電容的單位是法拉，它等於每伏特一庫侖。對於大多數實際應用而言，這是一個非常大的電容；典型的電容器具有微法或更小的量級。

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

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。求解此方程以獲得電勢，得到

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

電容器 & 直流電壓 (DC)

電荷累積

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。此過程稱為電容器充電。

儲存電荷

當兩個極板都充電到電壓 V 時，電容器極板與電源之間的電壓沒有差異，因此電路中沒有電流流動。這稱為儲存電荷。

$Q=CV$

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降至零。

因此，電容器是一種可以積累電荷、儲存電荷和釋放電荷的裝置。

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的比值。

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

阻抗

阻抗定義為電容器電阻和電抗的總和。

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

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

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

$T=CR_{C}$

改變R和C的值將改變相位角、角頻率、頻率和時間的值

電容器連線

串聯電容器

串聯電容器相當於增加兩個電容器極板之間的距離。此外，需要注意的是，將兩個 100V 的電容器串聯起來與一個總最大電壓為 200V 的電容器相同。然而，不建議在實踐中這樣做，尤其是在不同值的電容器中。在串聯的電容器網路中，**所有電容器的電壓可能不同**。

在串聯配置中，所有電容器組合的電容等於所有電容器電容的倒數之和的倒數。

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

並聯電容器

並聯電容器相當於增加電容器的總表面積，從而建立一個具有更大電容的更大電容器。在並聯的電容器網路中，**所有電容器的電壓相同**。

在並聯配置中，並聯電容器的電容等於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一定的時間，這取決於電阻和電容的值。在電子電路中，電容器的行為很有趣，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

電容器與電阻和電流探頭並聯。電容器的工作原理是在電路剛接通時充當非常低的阻抗**負載**。這在下圖中得到了說明

最初，電容器的阻抗非常低，幾乎為 0。由於電流總是選擇阻抗最小的路徑，因此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。

隨著電容器的充電，它的阻抗會隨著它獲得越來越多的電荷而增加。隨著電容器阻抗的上升，電流開始不僅流向電容器，還流過電阻

當電容器的電壓等於電池的電壓時，意味著它完全充電，它將不再允許任何電流流過它。隨著電容器的充電，它的阻抗會增加並有效地變為無窮大（開路），所有電流都流過電阻。

然而，一旦斷開電源，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，它的電壓也隨之下降。這意味著流過電阻的電流減少

一旦電容器完全放電，你就會回到起點

如果使用一個燈泡和一個電容器連線到電池上，你會看到以下情況

1. 開關閉合。燈泡不亮。
2. 燈泡逐漸變亮......
3. 燈泡達到最大亮度。
4. 釋放開關。燈泡繼續發光。
5. 燈泡開始變暗......
6. 燈泡熄滅。

這就是電容器的作用。但是，如果你改變 R1、C1 的值呢？電池的電壓呢？我們將在下面研究電阻、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，或者電容器達到某個電壓需要多長時間，您需要了解一些事情。首先，您必須知道起始電壓和結束電壓。其次，您必須知道電路的**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

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

所以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。此時間（以秒為單位）是透過將電阻（以歐姆為單位）乘以電容（以法拉為單位）得到的。

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，該公式是複合的，因此在第二個時間常數中，它會基於最初的 63% 再充電 63%。這使得你在第二個時間常數中獲得大約 86.5% 的電量。下面是一個表格。

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

在實際應用中，到第五個時間常數，電容器被認為已完全充電或放電。

在此處新增一些關於放電如何以相同方式進行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，它是時間的函式。

此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，並趨近於 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，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

電容器分為兩類：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）的電容值。

最重要的類別是固定電容器。許多電容器以其介質命名。對於系統分類，這些特性不能使用，因為最古老的電解電容器以其陰極結構命名。因此，最常用的名稱僅僅是歷史性的。

最常見的電容器型別是

• 陶瓷電容器具有陶瓷介質。
• 薄膜和紙質電容器以其介質命名。
• 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
• 超級電容器是以下電容器的統稱
  • 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法拉第電荷轉移電化學儲存電能的能力命名
  • 混合電容器結合了雙電層電容器和贗電容器，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介質命名。

每個系列的電容器具有相似的物理設計特徵，但有所不同，例如在端子的形式上。

電子裝置中最常用的固定電容器概述

除了上述根據歷史發展得名的電容器型別外，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，多個電容器系列被用於這些應用，例如干擾抑制可以使用陶瓷電容器或薄膜電容器。

還存在專門的裝置，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，以及像將兩段絕緣導線扭在一起這樣的技巧。

介質

不同電容器型別的原理電荷儲存及其固有的電壓程序

最常見的介質是

• 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

所有這些電容器都在兩個（平行）電極之間的電場中靜電儲存電荷。

在這些傳統電容器之下，開發了一種名為超級電容器的電化學電容器系列。超級電容器沒有傳統的介質。它們在以下位置靜電儲存電荷

• 亥姆霍茲雙電層（雙電層電容器）

以及具有法拉第電荷轉移的附加電化學

• 具有贗電容（贗電容器）
• 或將這兩種儲存原理結合在一起（混合電容器）。

下表給出了所用不同介質的最重要材料引數以及亥姆霍茲層厚度的近似值。

關鍵引數

電容器型別	介質	介電常數 在 1 kHz 時	最大/實際 介電強度 V/µm	最小厚度 介質的 µm
陶瓷電容器, 1 類	順電性	12–40	< 100(?)	1
陶瓷電容器 2 類	鐵電性	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
紙介電電容器	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。介電常數和介電層厚度是決定電容器效能的關鍵引數。加工的便利性也是至關重要的。薄的、機械上靈活的薄片可以方便地包裹或堆疊，從而形成具有高電容值的較大設計。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提供了最佳條件，例如SMD型別。

簡要觀察上表中的資料，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，但由於其薄的介電層，其電容密度是傳統電容器中最高的。
• 陶瓷電容器 2類在給定的情況下比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。
• 薄膜電容器由於使用了不同的塑膠薄膜材料，在給定的薄膜電容器電容/電壓值下，其尺寸變化範圍很小，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

不同電容器型別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。

小型化

電容器體積效率從1970年到2005年不斷提高（點選圖片放大）

與電子領域的其他方面一樣，體積效率衡量的是電子功能每單位體積的效能。對於電容器，體積效率用“CV乘積”來衡量，其計算方法是將電容（C）乘以最大電壓額定值（V），然後除以體積。從1970年到2005年，體積效率有了顯著提高。

• 電容器小型化
• 
  1923年用於電報線噪聲去耦（阻擋）的疊層紙介電電容器（塊式電容器）
• 
  20世紀30年代初的繞線金屬化紙介電電容器，採用硬紙殼封裝，電容值用釐米-克-秒制表示；5,000 cm對應28 nF。
• 
  1929年貝爾系統摺疊式溼式鋁電解電容器，可以看到摺疊的陽極，陽極安裝在一個正方形外殼（未顯示）中，並充滿液體電解液。
• 
  兩塊8 μF，525 V繞線式溼式鋁電解電容器，裝在紙殼中，用瀝青密封，來自20世紀30年代的收音機。

應用範圍重疊

這些獨立的電容器可以獨立於其所屬的電容器型別來執行其應用，因此不同電容器型別之間存在著重疊的應用範圍。

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）的結構

主要文章：陶瓷電容器

陶瓷電容器是一種無極性固定電容器，由兩層或多層交替的陶瓷和金屬層組成，其中陶瓷材料充當介電層，金屬材料充當電極。陶瓷材料是由細磨的順電或鐵電材料顆粒混合而成，並添加了混合的氧化物，這些氧化物對於實現電容器所需的特性是必需的。陶瓷材料的電氣效能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，在諧振電路應用中可以補償溫度的影響。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程式碼縮寫是：X7R/2XI、Z5U/E26、Y5V/2F4、X7S/2C1等等。

陶瓷原材料的良好可塑性使其適合於許多特殊應用，並能夠實現陶瓷電容器的樣式、形狀和尺寸的巨大多樣性。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。

陶瓷多層電容器的結構主要是交替層，這使得單個電容器並聯連線。這種配置提高了電容，並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可以很容易地控制和根據所需的應用電壓生產，因此陶瓷電容器的額定電壓可達30 kV。

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，包括用於連線電源線的RFI/EMI抑制電容器（也稱為安全電容器） X2Y®電容器用於旁路和去耦應用、用於低通濾波器噪聲抑制的穿心電容器，以及用於發射機和高頻應用的陶瓷功率電容器。

• 各種樣式的陶瓷電容器
• 
  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

陶瓷電容器的特性、應用和缺點

電容器型別	介質	特性/應用	缺點
陶瓷1類電容器	順電陶瓷混合物，由二氧化鈦新增新增劑製成。	可預測的線性和低的電容隨工作溫度變化。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。可用電壓高達15,000 V。	低介電常數陶瓷，電容值低，體積效率低，尺寸比2類電容器大。
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。電壓最高可達 50,000 伏。	穩定性低於 1 類，損耗較高。電容隨施加電壓、頻率和老化效應而變化。輕微 微聲效應

薄膜電容器

主條目: 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，以絕緣塑膠薄膜作為介電材料。介電薄膜被拉伸成薄層，並具有金屬電極，然後繞成圓柱形繞組。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，形成金屬化薄膜電容器，或者是一層單獨的金屬箔覆蓋在薄膜上，稱為薄膜/箔電容器。

金屬化薄膜電容器具有自愈特性。電極之間的介電擊穿或短路不會損壞元件。金屬化結構使得能夠製造出比薄膜/箔結構具有更大電容值（高達 100 微法和更大）的繞組電容器，尺寸更小。

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，形成電極。這種結構的優點是金屬箔電極連線方便，並且具有優異的電流脈衝強度。

每種薄膜電容器內部結構的關鍵優勢是繞組兩端電極的直接接觸。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，這使得它們適合於高浪湧電流應用 (續流電路) 以及交流電源應用或更高頻率應用。

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%，是使用最多的薄膜材料。其餘約 10% 將由其他所有材料使用，包括 PPS 和紙張，每種材料約佔 3%。

用於薄膜電容器的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 千赫茲時的相對介電常數		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 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 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
應用溫度範圍 (°C)		−55 至 +125 /+150	−55 至 +150	−55 至 +150	−55 至 +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 千赫茲	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	在 100 千赫茲	170–300	120–300	12–60	2–25
	在 1 兆赫茲	200–350	–	18–70	4–40
時間常數 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， 續流電容器，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點，因此許多現有的樣式都具有針對高電流的特殊端子
• 
  徑向式 (單端) 用於在印刷電路板上進行通孔焊接安裝
• 
  SMD 式用於印刷電路板表面安裝，兩側相對邊緣具有金屬化觸點
• 
  徑向式，帶有重型焊接端子，適用於續流應用和高浪湧脈衝負載
• 
  帶有螺釘端子的重型續流電容器

薄膜電容器的特點、應用和缺點

電容器型別	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，並且具有自愈特性。	薄金屬化電極限制了最大 電流 承載能力，相應地限制了最大可能脈衝電壓。
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。	沒有自愈特性：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®)	最受歡迎的薄膜電容器介電材料。工作溫度下電容變化可預測且線性，變化較小。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。可用於高功率應用，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。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 °C。相對介電常數相對較低，為 2.2。PP 薄膜電容器往往比其他薄膜電容器更大。與用於 脈衝功率 應用的浸油 MKV 電容器相比，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®、麥拉®)	尺寸小於功能上可比較的聚丙烯薄膜電容器。吸溼率低。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 伏直流。	可在低 (交流電源) 頻率下使用。由於溫度和頻率升高導致損耗增加，因此在電力電子中應用有限。
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，尺寸大於 PET。
聚苯硫醚 (PPS) 薄膜電容器	聚苯硫醚 (Torelina®)	在整個溫度範圍內，溫度依賴性較小，在較寬的頻率範圍內，頻率依賴性較窄。損耗因子很小且穩定。工作溫度高達 270 °C。適合 SMD。可耐受 RoHS 2002/95/歐盟指令 規定的無鉛焊接的較高迴流焊接溫度。	超過 100 °C，損耗因子會增加，導致元件溫度升高，但可以不降級地工作。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 (特氟龍®)	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 (斯泰羅弗萊克斯)	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。	僅為開發階段，未找到系列產品 (2012)
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。	僅為開發階段，未找到系列產品 (2012)
聚醯亞胺薄膜 (Kapton) 電容器	聚醯亞胺 (Kapton)	已知所有塑膠薄膜介電材料中介電強度最高。	僅為開發階段，未找到系列產品 (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 (介電材料)，繞組浸漬在絕緣油中。

相關型別是 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大多與普通薄膜電容器相似。然而，出於歷史原因，用於電力系統和電力設施中的高功率或極高功率等級的電容器通常被單獨分類。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僅限於“電力”元件的功率水平的能力，“電子”和“電力”功率等級之間的區別變得模糊。從歷史上看，這兩個家族之間的邊界大約在 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 電容器適用於成本應用，並作為高交流電或高電流脈衝負載的無場載體電極 (浸油箔電容器)。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。

它們被用作變換器，用於改變電壓、電流或頻率，儲存或突然傳遞電能，或提高功率因數。這些電容器的額定電壓範圍從大約 120 伏交流電 (電容式照明鎮流器) 到 100 千伏。

• 用於電力系統、電力設施和電廠的薄膜功率電容器
• 
  用於交流電 功率因數校正 (PFC) 的薄膜功率電容器，封裝在圓柱形金屬罐中。
• 
  矩形外殼中的薄膜功率電容器
• 
  幾個儲能薄膜功率電容器組之一，用於在位於 德國電子同步加速器 站點的 漢堡 的強子電子環加速器 (HERA) 上產生磁場。
• 
  150 千伏 75 兆乏的變電站電容器組。

薄膜功率電容器的特點和應用以及缺點

電容器型別	介質	特性/應用	缺點
金屬化紙功率電容器	紙 浸漬在絕緣油或環氧樹脂中。	自愈特性。最初浸漬在蠟、油或環氧樹脂中。某些 高壓 應用中使用油浸牛皮紙版本。大多被 PP 取代。	尺寸較大。高度 吸溼性，儘管有塑膠外殼和浸漬，但仍會從 大氣 中吸收 水分。水分會增加介電損耗，降低 絕緣 電阻。
紙薄膜/箔功率電容器	牛皮紙 浸漬在油中。	紙張覆蓋有金屬箔作為電極。成本低。間歇性工作，高放電應用。	體積大，重量重。能量密度明顯低於 PP 介電材料。不自愈。由於儲存能量高，可能發生災難性故障。
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。損耗極低。絕緣電阻高。高湧入電流強度。熱穩定性高。重型應用，如高無功功率、高頻和高峰值電流負載的換向，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 作為介電材料，浸漬在絕緣油、環氧樹脂或絕緣氣體中。	單位體積功率電容器電容最高。自愈。廣泛的應用，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、交流電阻尼、串聯諧振直流電路、直流放電、交流電換向、交流電功率因數校正。	對可靠的高壓執行和極高的湧入電流負載至關重要，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。	湧入電流強度最高	大於 PP 金屬化版本。不自愈。

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，其上覆蓋著氧化層，用作介電材料。第二個電極是非固體 (溼) 或固體電解質。電解電容器是極化的。有三個系列可供選擇，根據其介電材料進行分類。

• 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，以增加表面積。這與氧化層的相對較高介電常數一起，使這些電容器的單位體積電容遠高於薄膜或陶瓷電容器。

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，介電常數僅決定尺寸。電氣引數，特別是 電導率，是由電解質的材料和成分決定的。使用三種常見的電解質型別

• 非固體 (溼，液體)——電導率約為 10 毫西門子/釐米，成本最低
• 固體氧化錳——電導率約為 100 毫西門子/釐米，具有高品質和穩定性
• 固體導電聚合物 (聚吡咯)——電導率約為 10,000 毫西門子/釐米， 提供低至 < 10 毫歐的 ESR 值

主要用於去耦和緩衝應用的電解電容器的內部損耗是由電解質型別決定的。

不同電解電容器的一些重要值

陽極材料	電解質	電容 範圍 (微法)	最大額定 電壓 在 85 °C 下 (伏)	上限 類別 溫度 (°C)	特定 紋波電流 (毫安/毫米3) 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值很大，這使得它們在相對高電流和低頻率的電力電路中很有價值，例如在電源濾波器中，用於將不需要的交流成分與直流電源連線分離，或作為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能量。電解電容器的相對較高的電容值加上聚合物電容器中聚合物電解質的極低 ESR，特別是在 SMD 型號中，使其成為個人電腦電源中 MLC 晶片電容器的競爭對手。

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，表現為兩個串聯反向連線的電容器。

特殊應用的電解電容器包括電機起動電容器， 手電筒電容器 和音訊頻率電容器。

• 示意圖
• 
  帶非固體（液體）電解質的卷繞式鋁電解電容器結構示意圖
• 
  帶固體電解質的燒結式鉭電解電容器結構示意圖

• 鋁、鉭和鈮電解電容器
• 
  軸向、徑向（單端）和 V 形晶片式鋁電解電容器
• 
  用於電力應用的卡扣式鋁電解電容器
• 
  用於表面貼裝的帶聚合物電解質的 SMD 式鋁電解電容器
• 
  用於表面貼裝的鉭電解晶片電容器

電解電容器的特性和應用以及缺點

電容器型別	介質	特性/應用	缺點
電解電容器 帶非固體 (溼的、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。單位電容/電壓值的成本最低。用於不需要低損耗和高電容穩定性的應用，尤其是用於較低頻率，如電源和直流鏈路中的旁路、耦合、平滑和緩衝應用。	極化。洩漏電流顯著。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通風或爆裂。水性電解質在使用壽命結束時可能會通風，表現出諸如 "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。軍用和航空航天應用。	極化。電壓、紋波電流或轉換速率超過或反向電壓時會發生劇烈爆炸。價格昂貴。
[電解電容器 帶固體[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/電壓下的尺寸比鋁小。電氣引數穩定。良好的長期高溫效能。比非固體（溼式）電解電容器的 ESR 低。	極化。約 125 V。低電壓和有限的瞬時反向或浪湧電壓耐受性。故障時可能發生燃燒。ESR 比導電聚合物電解電容器高得多。預計錳將被聚合物取代。
電解電容器 帶固體聚合物電解質 (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 大大降低。更高的紋波電流額定值。延長操作壽命。電氣引數穩定。自修復。 用於小型電源中的平滑和緩衝，尤其是在 SMD 中。	極化。電解電容器中洩漏電流最高。價格高於非固體或二氧化錳。電壓限制在約 100 V。電壓、電流或轉換速率超過或反向電壓時會發生爆炸。

超級電容器

主要條目：超級電容器

超級電容器和相關型別的層次分類

Ragone 圖表，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 標準將超級電容器分類為不同的類別

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電介質。電化學電容器的電容值由兩種儲存原理決定，這兩種原理都對電容器的總電容有貢獻：

• 雙電層電容 – 儲存是透過在導體表面與電解質溶液的介面處的亥姆霍茲雙電層中分離電荷來實現的。雙電層中電荷分離的距離大約為幾個埃 (0.3–0.8 nm)。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來實現的，從而導致可逆的法拉第電荷轉移。贗電容的起源是法拉第。

由每種原理產生的儲存的比例差異很大，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到雙電層的數量級。

超級電容器根據電極的設計分為三個家族

• 雙電層電容器 – 具有碳電極或衍生物，具有比法拉第贗電容高得多的靜態雙電層電容
• 贗電容 – 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 – 具有特殊且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大 10 到 100 倍。功率密度定義為能量密度乘以將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，以及對無數充放電迴圈的更大耐受性。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。

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，即第二個電極。

超級電容器是極化的，必須以正確的極性工作。極性由非對稱電極的設計控制，或者對於對稱電極，由製造過程中施加的電位控制。

超級電容器支援廣泛的應用，用於電源和能量需求，包括

• 在電子裝置中 (SRAM) 中，在更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
• 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，尤其是那些具有更高能量密度的電容器。IEC 標準 62391-1 《用於電子裝置的固定雙電層電容器》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，能量儲存，放電電流（毫安）= 0.4 • C（法拉）• V（伏特）
• 類別 3，電源，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，超級電容器使用的多種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、Ultracapacitor）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
• 
  具有 1 法拉 5.5 伏特的雙電層電容器，用於資料緩衝
• 
  用於高能量密度的徑向（單端）型鋰離子電容器
• 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	介質	特性/應用	缺點
超級電容器 贗電容器	亥姆霍茲雙電層加上法拉第贗電容	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，它更類似於電池。大電容/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。快速吸收/傳遞比電池更大的電流。數十萬個充放電迴圈。混合動力汽車。再生制動	極化的。每個電池的低工作電壓。（串聯電池提供更高的工作電壓。）相對較高的成本。
混合電容器 鋰離子電容器 (LIC)	亥姆霍茲雙電層加上法拉第贗電容。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。	極化的。每個電池的低工作電壓。（串聯電池提供更高的工作電壓。）相對較高的成本。

其他電容器

在上面描述的覆蓋了幾乎所有離散電容器市場的電容器之下，在電子產品中還可以找到一些新的發展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。它們可以封裝在多個電容器陣列中，沒有其他半導體部件作為離散元件。
• 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 玻璃電容器作為 SMD 版本被用於需要超高可靠性和超高穩定性的應用中。

功率電容器

• 真空電容器——用於高功率射頻發射機
• 六氟化硫氣體充填電容器——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充當高度穩定的電容器。行業慣例是在一個 PCB 層的未用區域填充接地導體，而在另一個層填充電源導體，從而在層之間形成一個大的分散式電容器。
• 導線——兩根絕緣線纏繞在一起。電容通常在 3pF 到 15pF 之間。用於自制甚高頻電路的振盪反饋。

過時的電容器

• 雲母電容器——第一個具有穩定頻率特性和低損耗的電容器，在第二次世界大戰期間用於軍事無線電應用
• 空氣隙電容器——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
• 
  帶有鈾玻璃封裝的真空電容器

其他電容器的特性和應用以及缺點

電容器型別	介質	特性/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諧振高頻電路。	體積大。電容相對較低。
真空電容器	真空	極低損耗。用於高壓、高功率射頻應用，如發射機和感應加熱。如果電弧電流受限，則會自我修復。	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。 極低損耗。非常高的穩定性。高達 1600 千伏的額定電壓。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。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。大多已被 1 類陶瓷電容器取代	比 1 類陶瓷電容器成本更高
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。耐核輻射。工作溫度：-75°C 到 +200°C，甚至可以短時間暴露在 +250°C 下。	比 1 類陶瓷成本更高
整合電容器	氧化物-氮化物-氧化物 (ONO)	薄 (低至 100 微米)。比大多數 MLCC 的佔地面積小。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種型別需要區分

• 調諧電容器——用於有意且反覆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

可變電容器包括透過機械結構改變極板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，但可以隨施加的反向偏置電壓改變其電容，類似於可變電容器。它們已經取代了許多調諧和微調電容器。

• 可變電容器
• 
  氣隙調諧電容器
• 
  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、應用和缺點

電容器型別	介質	特性/應用	缺點
氣隙調諧電容器	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。分割轉子或定子切割，用於對稱調節。滾珠軸承軸，用於減少噪音調節。適用於高專業裝置。	尺寸較大。成本較高。
真空調諧電容器	真空	損耗極低。用於高壓、大功率射頻應用，例如發射機和感應加熱。如果過電流受限，可以自我修復。	成本非常高。脆弱。尺寸較大。
SF6 氣體填充調諧電容器	SF6	損耗極低。用於超高壓、大功率射頻應用。	成本非常高，脆弱，尺寸較大
氣隙微調電容器	空氣	大部分已被半導體可變電容二極體取代	成本較高
陶瓷微調電容器	1 類陶瓷	在很寬的溫度範圍內具有線性穩定頻率特性	成本較高

市場

如今，離散電容器是工業產品，以非常大的數量生產，用於電子和電氣裝置。據估計，2008 年全球固定電容器市場規模約為 180 億美元，共計 14000 億（1.4 × 10¹²）個。 該市場以陶瓷電容器為主，每年約有 1 萬億（1 × 10¹²）個。

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 銀雲母和 真空電容器——7 億美元（3%）。

與上述型別相比，所有其他型別電容器的價值和數量微不足道。

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

離散電容器偏離理想電容器。理想電容器只儲存和釋放電能，沒有損耗。電容器元件有損耗和寄生電感部分。材料和結構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的電壓相關電容，或電容器的介電絕緣不足導致漏電流。

所有特性都可以透過一個串聯等效電路來定義和指定，該電路由一個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，總結了電容器的所有歐姆損耗，通常簡稱為“ESR”
• L_ESL，等效串聯電感，是電容器的有效自感，通常簡稱為“ESL”。

使用串聯等效電路而不是並聯等效電路是由IEC/EN 60384-1 規定的。

標準值和容差

“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 20 °C 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（優先）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，採用電壓降落法測量電容值。

電容器以幾何級數遞增的優選值（E 系列標準）提供，如 IEC/EN 60063 中規定。根據每個十進位制數的值的數量，它們被稱為 E3、E6、E12、E24 等系列。用於指定電容器值的單位範圍已擴大，包括皮法（pF）、納法（nF）和微法（µF）到法拉（F）。毫法和千法不常見。

允許偏離額定值的百分比稱為容差。實際電容值應在其容差範圍內，否則超出規格。IEC/EN 60062 為每個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，例如精密振盪器和計時器。非關鍵濾波或耦合電路等通用應用採用 E12 或 E6。電解電容器通常用作濾波和旁路電容器，其容差範圍通常為 ±20%，需要符合 E6（或 E3）系列值。

溫度依賴性

電容通常會隨著溫度而變化。不同的電介質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，溫度係數以百萬分率 (ppm) 每攝氏度表示；對於其他所有電容器，則以總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， 電介質材料	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在頻率增加時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增加而減小。這種針對 2 類陶瓷和塑膠薄膜電介質的現象與介電弛豫有關，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（為了比較，NP0 1 類電容）
• 
  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。它們的移動性有限，因此在較高頻率下，粗糙陽極結構的並非所有區域都被帶電離子覆蓋。陽極結構越粗糙，電容值隨著頻率的增加而下降的程度就越大。具有高度粗糙陽極的低壓型別在 100 kHz 時顯示的電容約為在 100 Hz 時測量的值的 10% 到 20%。

電壓依賴性

電容也可能隨施加的電壓而變化。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。電容的變化可能會降至使用 0.5 或 1.0 V 標準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小來源。在音訊應用中，這可能是諧波失真產生的原因。

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電容隨施加電壓變化的簡化示意圖
• 
  不同額定電壓下 X7R 陶瓷的電容隨施加電壓變化的簡化示意圖

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

電介質變得導電的電壓稱為擊穿電壓，由介電強度和電極之間的間距的乘積給出。介電強度取決於溫度、頻率、電極形狀等。由於電容器的擊穿通常是短路並會破壞元件，因此工作電壓低於擊穿電壓。工作電壓的指定方式是，電壓可以在電容器的整個使用壽命內連續施加。

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。

幾乎所有電容器的電壓承受能力都會隨著溫度的升高而下降。對於某些應用，使用更高的溫度範圍非常重要。降低在較高溫度下施加的電壓可以保持安全裕度。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如右圖所示。

阻抗

更高頻率（上圖）下電容器的簡化串聯等效電路；帶有電抗 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

一般而言，電容器被視為電能儲存元件。但這只是電容器功能之一。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器，以過濾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交流訊號的電容耦合；電介質僅用於阻擋直流電。對於此類應用，交流電阻與電容值一樣重要。

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

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

幅值 $\scriptstyle |Z|$ 代表電壓差幅值與電流幅值的比值，$\scriptstyle j$ 是 虛數單位，而幅角 $\scriptstyle \theta$ 給出了電壓和電流之間的相位差。

在電容器資料手冊中，只指定阻抗幅值 |Z|，並簡寫為“Z”，因此阻抗公式可以寫成 笛卡爾座標系

$\ Z=R+jX$

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

如電容器的等效串聯電路所示，實部包含理想電容器 $C$、電感 $L(ESL)$ 和電阻 $R(ESR)$。因此，在角頻率 $\omega$ 下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）加法得到。

為了計算阻抗 $\scriptstyle Z$，需要對電阻進行幾何加法，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指標。從這個意義上講，阻抗可以用作歐姆定律。

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

用於計算電流或電壓的峰值或有效值。

在諧振的特殊情況下，其中兩個反應電阻

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

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

不同電容值在頻率上的典型阻抗曲線，顯示了典型形式，即在諧振頻率以下阻抗值降低，而在諧振頻率以上阻抗值增加。電容值越大，諧振頻率越低。

資料手冊中規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，阻抗降低到最小值。阻抗越低，交流電流越容易透過電容器。在頂點，即諧振點，XC的值與XL相同，電容器的阻抗值最低。這裡只有ESR決定阻抗。當頻率高於諧振頻率時，由於電容器的ESL，阻抗再次增加。電容器變成電感。

如圖所示，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，因此它們在低頻範圍內（高達約 1 MHz）具有相對較好的去耦特性。這就是在標準或開關模式電源中使用電解電容器作為整流器後面的平滑應用的原因。

陶瓷電容器和薄膜電容器已經因其較小的電容值而適合較高的頻率，高達數百兆赫。由於它們採用電極端面接觸的結構，因此它們的寄生電感也顯著更低，使其適合更高頻率的應用。為了增加頻率範圍，通常將電解電容器與陶瓷電容器或薄膜電容器並聯。

許多新開發的目標是減少寄生電感 (ESL)。這會提高電容器的諧振頻率，例如，可以跟上數位電路不斷提高的開關速度。小型化，特別是在 SMD 多層陶瓷片式電容器 (MLCC) 中，會提高諧振頻率。透過將電極放置在晶片的縱向而不是橫向，可以進一步降低寄生電感。鉭電解電容器中與多陽極技術相關的“正面朝下”結構進一步降低了 ESL。當需要高達 GHz 範圍的頻率下的電容器時，諸如所謂的 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 主要由連線電容器極板到外部世界的引線和內部連線引起。大型電容器往往比小型電容器具有更高的 ESL，因為到極板的距離更長，並且每毫米都算作電感。

對於任何離散電容器，都有一個高於直流的頻率，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。

這對於去耦高速邏輯電路與電源至關重要。去耦電容器為晶片提供瞬態電流。如果沒有去耦器，當電路的某些部分快速開啟和關閉時，IC 要求電流的速度快於電源連線的供電速度。為了解決這個潛在的問題，電路通常使用多個旁路電容器 - 額定為高頻率的小電容器（100 nF 或更小），額定為低頻率的大電解電容器，偶爾還使用一箇中間值電容器。

歐姆損耗、ESR、損耗因子和品質因數

離散電容器中的彙總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”，對於交流規格來說可以忽略不計。交流損耗是非線性的，可能取決於頻率、溫度、老化或溼度。這些損耗是由於兩個物理條件造成的

• 線路損耗包括內部電源線電阻、電極接觸的接觸電阻、電極的線路電阻，以及在“溼式”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。

在較大電容器中，這些損耗的最大份額通常是頻率相關的歐姆介質損耗。對於較小的元件，尤其是對於溼式電解電容器，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涵蓋 15 個數量級，從 pF (10⁻¹² F) 到超級電容器中的 1000 F，因此不可能只用一個頻率來捕獲整個範圍。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（優先）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

電容器的彙總電阻損耗可以指定為 ESR、損耗因子 (DF, tan δ) 或品質因數 (Q)，具體取決於應用要求。

具有較高紋波電流$I_{R}$ 負載的電容器，例如電解電容器，會以等效串聯電阻 ESR 來指定。ESR 可以顯示為上述向量圖中的歐姆部分。ESR 值在每個型別的產品說明書中都有指定。

薄膜電容器和某些 2 類陶瓷電容器的損耗通常以損耗角正切 tan δ 來指定。這些電容器的損耗小於電解電容器，通常用於高達數百 MHz 的更高頻率。然而，損耗角的數值（在相同頻率下測量）與電容值無關，可以為具有特定電容範圍的電容器系列指定。損耗角被確定為電抗 ($X_{C}-X_{L}$) 和 ESR 的正切，可以顯示為虛軸和阻抗軸之間的角度 δ。

如果電感 $ESL$ 很小，損耗角可以近似為

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

具有極低損耗的電容器，例如 1 類和 2 類陶瓷電容器，會用品質因數 (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。對於電氣共振系統，Q 代表電阻的影響，並表徵諧振器的頻寬 $B$ 相對於其中心或共振頻率 $f_{0}$。Q 被定義為損耗角正切的倒數。

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

對於共振電路，高 Q 值代表諧振質量。

不同電容器型別的歐姆損耗比較
對於共振電路（參考頻率 1 MHz）

電容器型別	電容 (pF)	ESR 在 100 千赫茲 (mΩ)	ESR 在 1 兆赫茲 (mΩ)	tan δ 在 1 兆赫茲 (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。任何流過電容器的交流電流都會在電容器本體內部產生熱量。這種耗散功率損耗 $P$ 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角正切 $tan\delta$ 寫成

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

電容器內部產生的熱量必須散失到環境中。電容器的溫度是在熱量產生和散失之間平衡的情況下確定的，不應超過電容器的最大額定溫度。因此，ESR或損耗角正切是電容器所能承受的最大功率（交流負載、紋波電流、脈衝負載等）的一個指標。

交流電流可以是

• 紋波電流——疊加在直流偏置上的交流電壓產生的有效值（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——有效值（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。溫度越高，所有電容器的耐壓能力越低。在溼電解電容器中，較高的溫度會迫使電解質蒸發，從而縮短電容器的使用壽命。在薄膜電容器中，較高的溫度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，會使端噴（schoopage）和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，從而提高損耗角正切。

為了安全執行，透過電容器的任何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"是指在規定的溫度下連續執行時，任何頻率和任何波形的電流曲線的疊加交流電流的有效值（RMS）。它主要出現在電源（包括開關電源）中，在整流交流電壓之後產生，並作為充放電電流流過去耦或平滑電容器。在規定的最大環境溫度下，"額定紋波電流"不應超過3、5或10 °C的溫升，具體取決於電容器的型別。

紋波電流由於電容器的ESR會在電容器本體內產生熱量。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的電源線或電解質引起的損耗組成，它取決於頻率和溫度。更高的頻率會增加ESR，而更高的溫度會略微降低ESR。

用於電源應用的電容器型別具有規定的最大紋波電流額定值。這些主要是鋁電解電容器，以及鉭電容器，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，它們的壽命會縮短。超過極限會導致爆炸性故障。

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。超過其紋波限制會導致短路和燒燬元件。

對於薄膜電容器和陶瓷電容器，通常以損耗角正切 tan δ 規定，紋波電流限制由本體溫升約10 °C決定。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表示了可應用的峰值電流$I_{p}$的最大容量。峰值電流定義為

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

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

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、金屬化的厚度和電容器的結構，尤其是端噴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噴和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，導致ESR增加。

對於金屬化薄膜電容器，所謂的脈衝測試模擬了應用中可能發生的脈衝負載，根據標準規範。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。脈衝應力能力是脈衝上升時間。額定脈衝上升時間被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，沒有用於計算薄膜電容器功率處理的通用規則。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，以 V/µs 表示
• 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
• 熱量散失（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。

許多製造商提供了計算單個脈衝負載的示例，例如 WIMA 和 Kemet。

交流電流

在交流負載下工作的電容器的限制條件

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

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。

63 伏直流薄膜電容器系列的 4 種不同電容值的典型有效交流電壓曲線與頻率的關係

薄膜電容器的額定交流電壓通常計算為使內部溫度升高 8 到 10 °K 成為安全操作的允許限值。由於介電損耗隨著頻率的增加而增加，因此指定交流電壓必須在較高頻率下進行降額。薄膜電容器的資料表為較高頻率下的交流電壓降額指定了特殊的曲線。

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。

交流負載可能出現在交流電機執行電容器中，用於電壓倍增，在抑制器中，照明鎮流器中，以及用於功率因數校正PFC，用於相移以提高輸電網路的穩定性和效率，這是大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性電解電容器，以額定紋波電流指定。

絕緣電阻和自放電常數

介電材料的電阻是有限的，導致一定程度的直流“洩漏電流”，導致帶電電容器隨著時間的推移而失去電荷。對於陶瓷和薄膜電容器，這種電阻稱為“絕緣電阻 R_ins”。這種電阻由與電容器並聯的電阻 R_ins 表示，位於電容器的等效串聯電路中。絕緣電阻不能與元件相對於環境的外部隔離混淆。

隨著電容器電壓的降低，自放電在絕緣電阻上的時間曲線遵循以下公式

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

儲存直流電壓$U_{0}$ 和自放電常數

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

因此，經過$\tau _{\mathrm {s} }\,$ 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之間介電材料絕緣的重要引數。例如，電容器可以用作時間繼電器的決定時間元件，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 s。塑膠薄膜電容器的絕緣電阻通常為 6 到 12 GΩ。這對應於自放電常數約為 2000–4000 s 的 uF 量級的電容器。

如果溼度滲入繞組，則絕緣電阻或自放電常數會降低。它在一定程度上與溫度密切相關，並隨著溫度的升高而降低。兩者都隨著溫度的升高而降低。

在電解電容器中，絕緣電阻定義為洩漏電流。

洩漏電流

電解電容器的總體洩漏電流行為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稱為“洩漏電流”。這種直流電流由與電容器並聯的電阻 R_leak 表示，位於電解電容器的等效串聯電路中。電容器端子之間的這種電阻也是有限的。電解電容器的 R_leak 低於陶瓷或薄膜電容器。

洩漏電流包括介電材料中所有由不需要的化學過程和機械損傷引起的微弱缺陷。它也是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時間間隔（儲存時間）、焊接產生的熱應力、施加的電壓、電容器的溫度以及測量時間。

施加直流電壓後，洩漏電流在最初幾分鐘內會下降。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。所需時間通常取決於電解質。固體電解質的下降速度快於非固體電解質，但保持在略高的水平。

非固體電解電容器以及二氧化錳固體鉭電容器中的洩漏電流由於自愈效應而隨著電壓連線時間的延長而降低。雖然電解電容器的洩漏電流高於陶瓷或薄膜電容器中超過絕緣電阻的電流，但現代非固體電解電容器的自放電需要幾周時間。

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洩漏電流。這些行為僅限於含水量較高的電解質。有機溶劑，如GBL，在較長的儲存時間內不會出現高洩漏。

洩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，這些型別的電容器可能會出現稱為微音效應的電氣效應。微音效應描述了電子元件如何將機械振動轉換為不希望有的電訊號（噪聲）。 介電材料可以透過改變厚度和改變電極間距來吸收衝擊或振動帶來的機械力，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。

在反向微音效應中，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發出可聽見的聲音，消耗能量並對介電材料造成壓力。

介電吸收（浸泡）

主要文章：介電吸收

介電吸收發生在電容器長時間保持充電狀態後，在短暫放電時僅能部分放電。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的偶極子放電而產生一個小電壓，這種現象也稱為介電弛豫，“浸泡”或“電池效應”。

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% 至 0.1%
聚酯薄膜電容器 (PET)	0.2% 至 0.5%
聚苯硫醚薄膜電容器 (PPS)	0.05% 至 0.1%
聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜電容器 (PEN)	1.0% 至 1.2%
固體電解質鉭電解電容器	2% 至 3%， 10%
非固體電解質鋁電解電容器	10% 至 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，但在某些應用中，例如長時間時間常數積分器，取樣保持電路，開關電容模數轉換器以及超低失真濾波器，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電容器。 介電吸收在電容器兩端產生的電壓在某些情況下可能會對電子電路的功能造成問題，或者對人員構成安全風險。為了防止觸電，大多數大型電容器在運輸時都會配備短路線，需要在使用前將其移除。

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定義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，如果有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只有另一個的一半。在相同的尺寸下，這個電容器可以容納兩倍的平板面積。理論上，這個電容器的電容是第一個電容器的4倍，但耐壓只有它的一半。

由於電容器中儲存的能量密度由以下公式給出

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

因此，具有介電材料厚度為另一個一半的電容器具有4倍的電容，但耐壓只有它的一半，從而產生相同的最大能量密度。

因此，對於固定總體尺寸的電容器，介電材料厚度不會影響能量密度。使用幾層較厚的介電材料可以承受高電壓，但電容較低，而使用幾層較薄的介電材料會產生低擊穿電壓，但電容較高。

這假設電極表面積和介電常數不會隨著耐壓而改變。可以透過簡單地比較兩個現有的電容器系列來驗證現實是否與理論一致。比較很容易，因為製造商在系列中使用標準化外殼尺寸或外盒來容納不同的電容/電壓值。

比較具有相同尺寸但額定電壓和電容值不同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，現代電容器系列不符合理論。對於電解電容器，陽極箔的海綿狀粗糙表面在較高電壓下會變得更光滑，從而減小陽極的表面積。但由於能量隨電壓平方增加，而陽極的表面積減小幅度小於耐壓，因此能量密度會明顯增加。對於薄膜電容器，介電常數會隨著介電材料厚度和其他機械引數而改變，因此偏離理論的原因也有所不同。

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）與表格中尺寸大致相同的電解電容器進行比較。這個超級電容器的電容大約是 4700/10 電解電容器的 5000 倍，但電壓只有它的 ¼，並且儲存的電能約為 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隨著時間的推移在儲存和應用過程中發生變化。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 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做出貢獻。介質中極化疇的退化會降低介電常數，因此隨著時間的推移會降低電容。 老化遵循對數規律。這定義了電容的降低，在規定的溫度下，焊接恢復時間後，每個時間十年內的電容降低為固定百分比，例如，在 20 攝氏度下，從 1 小時到 10 小時的時間段內。由於該規律是對數的，因此電容的百分比損失將在 1 小時到 100 小時之間翻倍，在 1 小時到 1000 小時之間增加 3 倍，依此類推。老化在開始時最快，並且電容絕對值會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，可達每個十年 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，如更高的溫度、高溼度和機械應力，在更長的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小於 1%，對於 N 750 到 N 1500 陶瓷的電容器，電容變化 ≤ 2%。薄膜電容器可能會因自修復過程而導致電容下降，或者因溼度影響而導致電容上升。例如，在 40 攝氏度下，兩年內 PE 薄膜電容器的典型變化為 ±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引數會隨著時間的推移而變化，這是由於電解質的蒸發造成的。當引數達到指定的限制時，電容器將被視為“磨損失效”。

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不同，“溼式”電解電容器會達到指定的“使用壽命終點”，達到指定的最大電容或 ESR 變化。使用壽命終點、“負載壽命”或“壽命”可以透過公式或圖表來估計，或者大致透過所謂的“10 度定律”來估計。電解電容器的典型規格規定了在 85 攝氏度下的壽命為 2000 小時，每降低 10 度壽命翻倍，在室溫下，壽命約為 15 年。

超級電容器也會隨著時間的推移而經歷電解質蒸發。估計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。

失效率

電容器的壽命（負載壽命）與浴缸曲線中顯示的恆定隨機失效率時間相對應。對於具有非固體電解質的電解電容器和超級電容器，此時間以因電解質蒸發而導致的磨損失效的開始而結束。

電容器是可靠的元件，具有較低的失效率，在正常條件下，壽命可達數十年。大多數電容器在生產結束時都會透過類似於“老化”的測試，因此早期失效會在生產過程中被發現，從而減少出貨後的失效數量。

電容器的可靠性通常以恆定隨機失效期間的每十億小時失效次數 (FIT) 來表示。FIT 是在固定的工作條件下（例如，在 40 攝氏度和 0.5 U_R 下，1000 個器件執行 100 萬小時，或 100 萬個器件每個執行 1000 小時），每十億（10⁹）個元件小時的執行時間內預計發生的失效次數。對於其他條件下的施加電壓、電流負載、溫度、機械影響和溼度，FIT 可以使用工業或軍事環境中標準化的術語重新計算。

其他資訊

焊接

電容器可能會因焊接、機械應力因素（振動、衝擊）和溼度等環境影響而導致電氣引數發生變化。最大的應力因素是焊接。焊接浴的熱量，特別是對於 SMD 電容器，會導致陶瓷電容器改變端子和電極之間的接觸電阻；對於薄膜電容器，薄膜可能會收縮；對於溼式電解電容器，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。某些屬性可能會因焊接而發生不可逆的變化，變化幅度為幾個百分點。

儲存或閒置導致的電解行為

具有非固體電解質的電解電容器在製造過程中透過在高溫下施加額定電壓來“老化”，持續時間足夠長，可以修復生產過程中可能出現的任何裂縫和弱點。一些含水量高的電解質與未受保護的鋁會發生相當劇烈甚至劇烈的反應。這導致了在 20 世紀 80 年代之前製造的電解電容器的“儲存”或“閒置”問題。當這些電容器長時間不使用時，化學過程會削弱氧化層。20 世紀 80 年代開發了具有“抑制劑”或“鈍化劑”的新型電解質來解決這個問題。 從 2012 年起，電子元件的標準儲存時間為在室溫下儲存兩年（成箱存放），由端子的氧化來確定，對於具有非固體電解質的電解電容器，也是如此。125 攝氏度下專用的系列產品，使用有機溶劑，如GBL，儲存時間長達 10 年，可以確保電容器在不進行預處理的情況下保持正確的電氣效能。

對於老式收音機裝置，建議對舊的電解電容器進行“預處理”。這包括透過電流限制電阻器在電容器端子上施加工作電壓約 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的測試和要求，以便作為標準化型別獲得批准，在通用規範IEC/EN 60384-1 的以下部分中規定。

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—金屬化聚對苯二甲酸乙二醇酯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—金屬化聚丙烯薄膜介質固定直流電容器
• IEC/EN 60384-17—金屬化聚丙烯薄膜介質固定交流電和脈衝電
• IEC/EN 60384-19—金屬化聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜介質固定表面貼裝直流電容器
• IEC/EN 60384-20—金屬化聚苯硫醚薄膜介質固定表面貼裝直流電容器
• IEC/EN 60384-23—金屬化聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜介質固定晶片直流電容器

電解電容器

• IEC/EN 60384-3—具有二氧化錳固體電解質的固定鉭電解電容器
• IEC/EN 60384-4—具有固體 (MnO2) 和非固體電解質的鋁電解電容器
• IEC/EN 60384-15—具有非固體和固體電解質的固定鉭電容器
• IEC/EN 60384-18—固體（MnO2）和非固體電解質的固定鋁電解表面貼裝電容器
• IEC/EN 60384-24—導電聚合物固體電解質的表面貼裝固定鉭電解電容器
• IEC/EN 60384-25—導電聚合物固體電解質的表面貼裝固定鋁電解電容器

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：分項規範 - 用於電源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	饋電 透過 電容器	調諧 可變 電容器	微調 可變 電容器

標記

印刷

像大多數其他電子元件一樣，如果空間足夠，電容器會印上標記，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，則會標記以下內容：

• 製造商的名稱或商標；
• 製造商的型號名稱；
• 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（交流電或直流電）
• 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一側標有“-”（減號），或標有條紋或“+”（加號），參見#極性標記。此外，引線式“溼式”電解電容器的負極引線通常較短。

較小的電容器使用簡寫符號。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表示。額定電容（微法）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/週數字程式碼編碼，“1208”表示“2012 年第 8 周”。
• 版本 2：使用年程式碼/月程式碼編碼。年程式碼為：“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”。

對於非常小的電容器，如 MLCC 晶片，無法進行標記。在這種情況下，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器在陰極（負極）側具有極性標記。具有固體電解質的鋁、鉭和鈮電解電容器在陽極（正極）側具有極性標記。超級電容器在負極側進行標記。