來源：羅姆半導體社區

電容器是簡單的無源設備，當連接到電壓源時可以在其板上存儲電荷。

電容器是一種具有以“電荷”形式存儲能量的能力或“容量”的組件，就像在小型可充電電池上那樣，在其極板上產生電勢差（靜態電壓）。

從諧振電路中使用的很小的電容器珠到大功率因數校正電容器，有很多不同類型的電容器，但是它們都做同樣的事情，它們存儲電荷。

電容器的基本形式是由兩個或多個平行的導電（金屬）板組成，這些板彼此不連接或不接觸，但通過空氣或某種形式的良好絕緣材料（如上蠟紙，云母，陶瓷，塑料或某種形式的液態凝膠，用于電解電容器。電容器板之間的絕緣層通常稱為介電層。

由于該絕緣層，直流電流不能流過電容器，因為它會阻塞電容器，從而使電壓以電荷的形式出現在極板上。

電容器的導電金屬板可以是正方形，圓形或矩形，也可以是圓柱形或球形，其形狀，大小和平行板電容器的結構取決于其應用和額定電壓。

當在直流或直流電路中使用時，電容器會充電至其電源電壓，但會阻止電流流過電容器，因為電容器的電介質是不導電的，并且基本上是絕緣體。但是，當電容器連接到交流電或AC電路時，電流幾乎沒有或幾乎沒有電阻直接流過電容器。

電荷有兩種類型，質子形式的正電荷和電子形式的負電荷。當在電容器兩端施加直流電壓時，正電荷（+ ve）迅速積聚在一個板上，而相反的負電荷（-ve）電荷積聚在另一板上。對于+ ve電荷的每個粒子，如果它們到達一個極板，則具有相同符號的電荷將離開-ve極板。

然后，極板保持電荷中性，并且在這兩個極板之間建立了由于該電荷引起的電勢差。一旦電容器達到其穩態狀態，由于用于分離極板的電介質的絕緣特性，電流就無法流經電容器本身以及電路周圍。

電子流到板上的過程稱為電容器充電電流，該電流持續流動，直到兩塊板上的電壓（因此電容器）都等于施加的電壓Vc為止。此時，稱電容器已被電子“完全充電”。

當極板完全放電（初始狀態）時，該充電電流的強度或速率達到最大值，并隨著極板充電至電容器極板上的電位差等于電源電壓而逐漸減小至零。

電容器兩端存在的電勢差的大小取決于通過源電壓完成的功以及電容器具有的電容量，從而在板上沉積了多少電荷，這在下面進行了說明。

平行板電容器是電容器的最簡單形式。它可以使用兩塊彼此平行的金屬或金屬化箔板構造，其電容值以法拉為單位，由導電板的表面積和它們之間的間距固定。更改這些值中的任何兩個值都會更改其電容值，這構成了可變電容器的工作基礎。

而且，因為電容器以電荷的形式將電子的能量存儲在板上，所以板越大和/或它們的間隔越小，則電容器在其板上的任何給定電壓下所保持的電荷將越大。換句話說，更大的板，更小的距離，更大的電容。

通過向電容器施加電壓并測量板上的電荷，電荷Q與電壓V的比將得出電容器的電容值，因此可表示為：C = Q / V該公式也可以重新確定-排列以給出板上電荷量的常見公式：Q = C x V

盡管我們已經說過電荷存儲在電容器的極板上，但更準確地說，電荷內的能量存儲在兩個極板之間的“靜電場”中。當電流流入電容器時，它會充電，因此靜電場會變得更強，因為它會在極板之間存儲更多能量。

同樣，當電流從電容器中流出并放電時，兩個板之間的電位差減小，并且隨著能量從板中移出，靜電場減小。

電容器的存儲電荷的靜電場的形式屬性在其板被稱為電容的電容器的。不僅如此，電容也是電容器的特性，它可以抵抗電容器兩端的電壓變化。

電容器的電容

電容是電容器的電特性，是電容器將電荷存儲到其兩塊板上的能力的量度，其電容單位為法拉德（縮寫為F），以英國物理學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）的名字命名。

電容定義為當一伏庫侖電荷以一伏的電壓儲存在極板上時，電容器的電容為一法拉德。請注意，電容C始終為正值，沒有負單位。但是，法拉德是一個非常大的度量單位，無法單獨使用，因此通常使用法拉德的約數，例如微法拉，納法拉和皮法拉。

電容標準單位

微法拉（μF） 1μF= 1 / 1，000，000 = 0.000001 = 10 -6 F

納米法拉（nF） 1nF = 1 / 1，000，000，000 = 0.000000001 = 10 -9 F

皮卡（fF） 1pF = 1 / 1，000，000，000，000 = 0.000000000001 = 10 -12 F

然后，使用上面的信息，我們可以構建一個簡單的表格來幫助我們在皮法拉（pF），納米法拉（nF），微法拉（μF）和法拉（F）之間進行轉換。

平行板電容器的電容

平行板電容器的電容與兩個板中最小的板的面積A（以米2為單位）成比例，并且與這兩個導電板之間以米為單位的距離或間距d（即電介質厚度）成反比。

平行板電容器的電容的通用公式為：C = ε（A / d）其中ε表示所用介電材料的絕對介電常數。真空的介電常數εo也稱為“自由空間的介電常數”，其常數為每米8.84 x 10 -12法拉。

為了使數學更容易一點，該自由空間介電常數εo可以寫成：1 /（4πx 9×10 9），也可以將每米的皮法拉（pF）單位作為常數。給出：8.84的可用空間值。請注意，盡管如此，最終的電容值將以皮法拉為單位，而不是以法拉為單位。

通常，電容器的導電板由某種絕緣材料或凝膠隔開，而不是由理想的真空隔開。在計算電容器的電容時，我們可以認為空氣，尤其是干燥空氣的介電常數與真空的電容率相同，因為它們非常接近。

電容示例1

電容器由兩個彼此間隔6mm的30cm x 50cm的導電金屬板構成，并使用干燥的空氣作為其唯一的介電材料。計算電容器的電容。

然后，將兩塊被空氣隔開的極板組成的電容器的值計算為221pF或0.221nF

電容器的介電常數

除了導電板的整體尺寸以及它們彼此之間的距離或間隔之外，影響裝置的整體電容的另一個因素是所使用的電介質材料的類型。換句話說，電介質的“介電常數”（ε）。

電容器的導電板通常由金屬箔或金屬膜制成，以允許電子和電荷流動，但是所使用的介電材料始終是絕緣體。用作電容器中電介質的各種絕緣材料，其阻止或傳遞電荷的能力不同。

該介電材料可以由多種絕緣材料或這些材料的組合制成，其中最常用的類型是：空氣，紙張，聚酯，聚丙烯，聚酯薄膜，聚酯，陶瓷，玻璃，油或多種其他材料。

通過與空氣相比是被稱為介電材料，或絕緣體，增加了電容器的電容的因素介電常數，?和一個介電材料具有高介電常數是比具有較低介電常數的電介質材料更好的絕緣體。介電常數是無量綱的量，因為它是相對于自由空間的。

實際介電常數或板之間的介電材料的“復介電常數”是接著的自由空間的介電常數（的乘積ε ò）和相對介電常數（ε - ［R被給出為用作電介質和該材料的）：

復介電常數

換句話說，如果我們以自由空間的介電常數εo為基本水平，并使其等于1，則當自由空間的真空被某種其他類型的絕緣材料代替時，其介電常數將參考的自由空間給被稱為“相對介電常數”，乘法因子的基底電介質ε - ［R 。因此，復介電常數ε的值將始終等于相對介電常數乘以1。

普通材料的介電常數ε或介電常數的典型單位為：純真空= 1.0000，空氣= 1.0006，紙張= 2.5至3.5，玻璃= 3至10，云母= 5至7，木材= 3至8和金屬氧化物粉末= 6到20等。然后得出電容器的電容的最終方程為：

在保持電容器尺寸小的同時增加其總電容的一種方法是在一個電容器體內將更多的極板“交錯”在一起。而不是僅僅一個組平行板的，電容器可具有連接在一起，從而增加表面積，許多單個的板甲板的。

對于如上述所示的標準平行板電容器，該電容器具有兩個板，標記的阿和乙。因此，由于電容器極板的數量為兩個，因此可以說n = 2，其中“ n”代表極板的數量。

那么我們上面關于單個平行板電容器的方程式實際上應該是：

然而，電容器可以具有兩個平行的板，但是每個板的僅一側與中間的電介質接觸，因為每個板的另一側形成電容器的外部。如果我們將板的兩半分開并將它們連接在一起，則實際上只有“一個”整板與電介質接觸。

作為一個單一的平行板電容器，N - 1 = 2 - 1，其等于1為C =（ε ? *ε - ［R ×1×A）/ d是完全一樣的話說：C =（ε ? *ε - ［R * A）/ d是上面的標準方程式。

現在假設我們有一個由9個交錯板組成的電容器，則n = 9，如圖所示。

多板電容器

現在我們有五個板連接到一根引線（A），四個板連接到另一根引線（B）。然后，連接到引線B的四個板的兩個側面都與電介質接觸，而連接到A的每個外板中只有一個側面與電介質接觸。然后如上所述，每組板的有用表面積僅為八，因此其電容為：

現代電容器可以根據其絕緣電介質的特性和特性進行分類：

低損耗，高穩定性，例如云母，低K陶瓷，聚苯乙烯。

中等損耗，中等穩定性，例如紙張，塑料薄膜，高K陶瓷。

極化電容器，例如電解電容器，鉭電容器。

電容器的額定電壓

所有電容器均具有最大額定電壓，并且在選擇電容器時，必須考慮施加在電容器兩端的電壓量。數據表中通常給出了可在不損壞其介電材料的情況下施加到電容器的最大電壓量：WV（工作電壓）或WV DC（直流工作電壓）。

如果施加在電容器上的電壓太大，則電介質會擊穿（稱為電擊穿），并且在電容器極板之間會產生電弧，從而導致短路。電容器的工作電壓取決于所用介電材料的類型及其厚度。

電容器的直流工作電壓就是這樣，作為直流額定電壓為100伏的電容器，最大直流電壓而不是最大交流電壓不能安全地承受100伏的交流電壓。由于RMS值為100伏的交流電壓的峰值將超過141伏！（√ 2 ×100）。

然后，要求在100伏交流電下工作的電容器應具有至少200伏的工作電壓。實際上，應該選擇一個電容器，使其工作電壓DC或AC至少比要施加的最高有效電壓大50％。

影響電容器工作的另一個因素是介電泄漏。由于不希望的泄漏電流流過介電材料，電容器中會發生介電泄漏。

通常，假設電介質的電阻極高，并且良好的絕緣體會阻止直流電流從一個板到另一板流過電容器（如在理想電容器中）。

但是，如果電介質材料由于過高的電壓或過熱而損壞，則流經電介質的泄漏電流將變得極高，從而導致板上電荷的快速損失以及電容器的過熱，最終導致電容器的過早失效。然后，切勿在電壓高于電容器額定值的電路中使用電容器，否則可能會變熱并爆炸。

電容器簡介

我們在本文中已經看到，電容器的工作是將電荷存儲到其極板上。電容器可以存儲在其極板上的電荷量稱為其電容值，并且取決于三個主要因素。

表面積 – 構成電容器的兩個導電板的表面積A，面積越大，電容越大。

距離 – 兩塊板之間的距離d，距離越小，電容越大。

電介質材料 –將兩塊板分開的材料類型，稱為“電介質”，電介質的介電常數越高，電容越大。

我們還已經看到，電容器由彼此不接觸但被稱為電介質的材料隔開的金屬板組成。電容器的電介質可以是空氣，甚至可以是真空，但通常是不導電的絕緣材料，例如蠟紙，玻璃，云母，不同類型的塑料等。該電介質具有以下優點：

介電常數是介電材料的特性，并且從一種材料變化到另一種材料，從而使電容增加k倍。

電介質在兩個板之間提供了機械支撐，從而使板可以更緊密地貼在一起而不接觸。

電介質的介電常數增加電容。

與空氣相比，電介質增加了最大工作電壓。

電容器可用于許多不同的應用和電路中，例如在傳遞音頻信號，脈沖或交流電或其他時變波形時阻止直流電流。這種阻止直流電流的能力使電容器可以用于平滑電源的輸出電壓，以消除信號中不必要的尖峰，否則這些尖峰會導致半導體或數字元件的損壞或誤觸發。

電容器還可以用于調整音頻電路的頻率響應，或將必須保護免受直流電流傳輸的獨立放大器級耦合在一起。

在直流電下，電容器具有無限阻抗（開路），在非常高的頻率下，電容器具有零阻抗（短路）。所有電容器都具有最大工作電壓額定值，即WV DC，因此請選擇額定值至少比電源電壓高50％的電容器。

電容器的樣式和類型種類繁多，每種電容器都有其獨特的優點，缺點和特性。

審核編輯 黃昊宇