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电容器

电容器

电容器（Capacitor）是一种在电场中储存电能的电子元件，通常也简称为电容，在原理图中使用字母“”表示。凡是被绝缘介质隔开又相互靠近的两个导体就构成了一个电容器。电容器基本结构主要由电极、电介质和导（引）线组成。

电容器的主要参数有电容量及其容差、额定电压、损耗因数、温度系数、介质工作温度范围、漏电流、介质寿命等。可以按照介质、电极、封装形式与引线形式、用途等标准进行分类。

电容器在电路中主要发挥滤波耦合器、谐振、补偿、充放电、储能、隔直流等作用，是电子产品中应用最为广泛的基础元器件之一。

基本概念

电容器概念

电容器是容纳电荷的器件，简称电容，在原理图中用字母“”表示。在物理学中表述为：“在周围没有带电导体影响时，由两个导体组成的导体系统。”

电容器的电容量是表征电容器贮存电荷能力的参数，它在数值上等于极板上贮存的电荷量与极板上所加电压之比，得电容量定义式：

孤立导体实际上仍可以看作是电容器，只不过另一导体在无限远处，且电位为零。但电容属于导体之间的特性，所以一般认为孤立导体的电容不存在。

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，国际符号是。一个电容器，如果带（库伦）电量时两极间的电势差（电压）为，这个电容器的电容就是。法（）这个单位太大，实际上常用较小的单位：微法（）、纳法（）和皮法（）。它们之间的换算关系是：。

电容量计算

当一个电容器介质材料确定以后，电容器芯子（介质）的结构形状将对电容器起决定作用。电容器的芯子形状亦即结构形式，最基本的有三种：平（行）板形、管型和卷绕形。其他各种形状基本为这三种形状的变形。下面介绍这三种结构的电容量。

（1）平行板电容器：

两个相互绝缘的平行金属板就构成了一个最简单的、经典的平行板电容器。平行板电容器可分为单片形和迭片形。

单片形电容器电容量与相对介电常数和两极板正对的面积成正比，与极板间的距离成反比，得电容量决定式

式中，为静电力常量。某种介质的相对介电常数为此种介质的介电常数与真空介电常数之比，即（没有单位）。真空介电常数。同时由计算公式知，增大电容量的方法有：选用介电常数大的介质材料、增大极板面积或减小介质厚度。

迭片形电容器将单片按一定方式重叠，可有效提高电容。将极板分为两组，一组为奇数组，一组为偶数组，极板间隔以相同厚度的介质，奇数极板连在一起，偶数极板连在一起，分别引出引出线。若迭片形电容器的极板总片数为N，则有个单片电容器并联，每个单片电容器的容量为，则总电容量为单片电容量的倍，即：

在迭片形芯子结构示意图中，五片极板迭片相当于四个单片电容器并联，其总电容量为单片电容量的4倍。

（2）管形电容器：

管形电容器由两个同轴的导电圆筒作电极，中间隔以电介质构成。设介质介电常数为，圆筒形电极的有效长度为，介质厚度为，圆筒的内径和外径为、，根据电工知识可求得其电容为：

（3）卷绕形电容器：

卷绕形电容器指由两层极板和两层介质相互隔开卷成的电容器。卷绕后的电容器极板均起到两个电容器极板的作用，如将其展成带状的平板结构，则只有两极板间的介质形成容量，所以与同样极板面积的平板形结构的电容器芯片所获得的电容量相比，卷绕形结构的电容量为其两倍,即：

发展历程

莱顿瓶

最早的电容器是莱顿瓶，由18世纪莱顿大学的教授马森布洛克等发明，在玻璃内外壁敷上金属箔即形成两个电极。但是莱顿瓶电容过低，主要作为娱乐工具或玩具。莱顿瓶的发明, 同时标志着人们开始了对电的本质和特性的研究，人们寻找到了存储电能的方法。

云母电容器

提高电容量最简单的方法是充分利用电容器空间，于是发明了空气电容器。但是空气介电系数小且电极间隔大，不利于电容量的进一步提高。于是开始寻求介电系数更高的绝缘介质，并减少两电极距离。

最初利用的绝缘材料是天然云母，该材料很容易形成薄膜。1874年德国M.鲍尔发明云母电容器，性能优异。但是天然云母开采制作成本较高。

纸介电容器

19世纪末期，纸张的大量应用使纸成为电容器绝缘薄膜的备选方案。1876年英国D.斐茨杰拉德发明纸介电容器。由于纸的多孔化特点，电容器纸需要浸蜡或浸电容器油以保证其绝缘性能。浸渍完成后电容器纸的绝缘系数约为2.2，具有良好的绝缘强度。

陶瓷电容器

通过特种方法也可以使陶瓷形成薄膜。1900年意大利L.隆巴迪发明陶瓷介质电容器。20世纪30年代末，人们发现陶瓷中添加钛酸盐可以大范围提高介电常数，由此制造出瓷介质电容器。1940年前后人们发现陶瓷介质电容器主要原材料钛酸钡（）具有绝缘性。

陶瓷介质具有耐高温特性，因此人们将其应用于小型、高精度的军用设备之中。1960年陶瓷叠片电容器开始开发，逐渐成为电子设备中不可缺少的零部件。

电解电容器

使电极表面变粗糙可以增加电极有效面积，而另一个电极用液体替代可以使介质膜紧贴在凹凸不平的电极表面，于是电解电容器应运而生。

1921年出现液体铝电解电容器，1938年前后改进为由多孔纸浸渍电糊的干式铝电解电容器。1949年出现液体烧结电解电容器，1956年制成固体烧结钽电解电容器。

固体铝电解电容器采用高导电度及热稳定度佳的固体导电材料作为电解质, 与普通铝电解电容器相比, 它不但具有普通电解电容器的所有特性, 而且具有可靠性好、使用寿命长、高频低阻抗、耐特大纹波电流等特性,有利于电子产品的集成化和小型化, 并可以克服液态铝电解电容器容易漏液、寿命短的弊端。

高分子固体铝电解电容器可用于计算机、通信、军事、工业控制等领域及照相机、录像机、平板电视、游戏机等消费类电子产品的新一代高档整机产品中

薄膜电容器

20世纪六十年代后，在晶体管电子线路小体积化和石油化工高速发展的驱动下，聚介质薄膜（厚度可达几微米）电容器得以开发。以聚酯薄膜为代表的有机薄膜电容器逐渐取代纸介薄膜（厚度很难做到50微米以下）。在高压作用下，聚丙烯薄膜具有介电强度高、损耗因数低的特点，因而得到广泛应用，如作为电力电子电容器的电介质。

金属化电极

减小电容器的体积，不仅需要设法减薄介质膜，还要减薄电极，如采用附在薄膜上的金属化膜电极。金属化膜极薄（纳米级），被电击穿后会气化，使电容器获得绝缘能力，这一现象称为“自愈”。由此绝缘薄膜可以进一步减薄，无需考虑过大的耐压裕量。

超级电容器

20世纪七八十年代以来，黄金电容问世并不断发展。相较于传统电容器，超级电容器具有功率密度大、循环寿命长、低温性能好等特点。根据储能机制的不同，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准电容器两类。超级电容器在电动汽车、智能电网、工业设备及小型电子设备中有着广泛的应用：

工作原理

基本原理

电容器的基本性能是储存电荷。以平行板电容器为例，当电容器的两极板接上电源时，由于电场力的作用，与电源正极连接的电容器极板1上将出现正电荷，与电源负极连接的电容器极板2上将出现负电荷，两个极板上带电量相等。这样，在极板间的介质中建立了电场，同时电容器储存了一定量的电荷和电场能量。

充放电特性

充电过程即是电容器存储电荷的过程，当电容器与DC电源接通后，与电源正极相连的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下，向与电源负极相连的金属极板跑去，使得与电源正极相连的金属极板失去电荷带正电，与电源负极相连的金属极板得到电荷带负电（两金属极板所带电荷大小相等，符号相反），电容器开始充电。

放电过程即是电容器释放存储电荷的过程，当充电完毕的电容器位于一个无电源的闭合通路中时，带负电的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下，向带正电的金属极板上跑去，使得正负电荷中和掉，电容器开始放电。

由于电容器充电完毕后，电路中没有电流流过，因此电容可起到隔直流的作用，在直流电路中，可将其看作开路。

主要参数

电容器主要参数如下表

常见电容器

下面介绍一些常见电容器的结构和特点。

型号命名方法

截至2023年8月2日，国产电容器型号命名方法根据国家标准GB\T2470-1995进行命名，该标准适用于电子设备用固定电容器、固定电容器的型号命名。

产品型号由四个部分组成。

电容器型号组成第一、二、三部分所代表的意义见下表：

第四部分是序号，一般用数字表示，如“1”可表示第一次设计或第一代产品。一般情况下，材料和特征相同，而尺寸和性能略有差别但基本不影响互换性的产品可以使用同一序号；而互换性受影响时，须在序号后用一个字母作为区别代号。

例如CCG1表示瓶形高功率瓷介电容器。

产品标志方法

为便于识别电容器，在检验合格的电容器产品上标出主要电气性能参数、型号、商标和制造日期等。其常见标志方法如下。

直标法

用阿拉伯数字和文字符号单位（包括中文）在产品上直接标出电容器的标称电容量及允许偏差、工作电压及制造日期等，如表示1微法，有些电容用“”表示小数点，如表示0.56微法。

在GB/T2691-2016标准中直标法被删除。

文字符号法

国际上常用的一种标志方法。截至2023年8月2日，我国采用GB/T2691-2016国家标准进行标志，该推荐性标准采用了ISO、IEC等国际国外组织的标准。

（1）电容量代码：

用字母、、、和分别代表以法拉为单位的容量的乘数10-12、10-9、10-6、10-3和1，电容的整数部分位于字母左侧，小数部分位于字母右侧。如表示。

(2)允许偏差字母代码：

允许偏差的字母代码应放在容量后边。电容量偏差包括对称允许偏差、非对称允许偏差、用固定值表示的对称允许偏差和其他允许偏差等。具体偏差代号参考GB/T2691规定。

（3）制造日期代码：

电容器制造日期由两个字符代码组成（年/月）。年份标志采用十年循环方法或二十年循环方法。十年循环方法以1990年为初始年份，由该年份的个位数字符号表示，即0表示1990年，9表示1999年，十年形成一个循环周期。之后0表示2000年，进入下一循环。

二十年循环方法以1970年为初始年份，A-X（不包含G、I、O、Q）二十个字母按顺序依次表示从这一年开始的每一年。即A表示1970年，X表示1989年，至此一个循环周期结束。之后字母代码继续循环表示年份，即A表示1990年，至X表示2009年，依此类推。

电容器制造月份中一至九月由数字1-9依次表示，十到十二月由字母O、N、D表示。

还可以用四个字符代码标志制造年份和周数，包含四个数字代码、（二十年和十年）循环代码。在四个数字代码中，前两个数表示年份最后两位，后面的数字为当年周数，如0615表示2006年第15周。循环代码的第一个符号为年份，命名方法与循环方法相同，第二个字符“W”表示“周”，最后两个字符表示周数。

色标法

色标法是指用不同颜色的点或带在电容器产品上标出电容量及允许偏差的标志方法。通常电容器较少采用色标法，而电阻则较多地采用色标法标志。

电容器产品中只有瓷介电容器用不同的颜色来标明温度组别。如：“黄色”代表“D组”温度系数为-150±40PPM/℃；“白色”代表“B组”温度系数为-75±30PPM/℃。

数字计数法

数学计数法一般是三位数字，第一位和第二位数字为有效数字，第三位数字为倍数。

常见作用

电容器在电路中具有隔断直流、连通交流、阻止低频的特性，广泛应用在耦合、隔直、旁路、滤波、储能、调谐等场合。在此介绍其常用的几种作用。

应用领域

常见电容器适用范围

一些常见电容器也有其适用范围，如：

（1）纸介电容器体积小容量大，适用于低频电路。

（2）聚对苯二甲酸乙二醇酯介质薄膜电容器电容率较高，体积小，容量大，适宜做旁路电容。

（3）聚苯乙烯介质薄膜电容器、陶瓷电容器和云母电容器等介质损耗小，绝缘电阻高，适用于高频电路。陶瓷电容器也可用于处理信号电路、高频旁路等。

（4）低频陶瓷电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。

（5）高频陶瓷电容器频率特性好，电荷量值高，温度系数小，不能做成大的容量。广泛应用在高频电器中，并可用作标准电容器。

（4）玻璃釉电容器具有瓷介电容器的优点，且体积更小，耐高温，能耐受各种气候环境，一般可在200℃或更高温度下工作，额定工作电压可达500V，主要应用在脉冲、耦合、旁路等电路中。

（5）电解电容器主要用于电源电路。其中铝电解电容器容量大，有正负极性，适于电源滤波或低频电路中。

（6）钽、铌电解电容器体积、容量、绝缘电阻、温度特性等各方面性能较好，适用于要求较高的设备。

（7）可变电容器用于调整无线电波的频率，微调电容器用于对电路进行微调。

振荡电路

LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡（几百千赫以上）。根据反馈形式的不同，可分为变压器反馈式、电感三点式和电容三点式3种典型电路。

超级电容器的应用

超级电容器极其接近于传统电容器的充放电曲线，决定了其作为储能元件使用时具有许多区别于电池独到的特点。超级电容器适用于大功率、高储能场景。如储能式有轨电车、电力配电系统、为便携设备提供顺势大功率等。超级电容器具体的应用举例如下

发展方向

随着电子工业的发展，对电容器的性能参数、稳定性、可靠性以及耐受复杂环境的能力等要求越来越高，相应促进了电容器研制工作的发展。

小型化一直是电子元件设计研发的追求目标，电容器的体积和重量需不断满足小型化要求。

片式产品是一种微小型化元器件，可有效缩小电子设备体积，目前有片式陶瓷电容器、片式云母电容器、片式有机薄膜电容器、片式电解电容器等产品。片式产品也在引领钽电容向小型化、大容量、低阻抗、低等效串联电阻方向发展。

陶瓷电容器仍将在世界电容器市场上居重要地位，小型化、大容量、高电压、高频率、抗干扰和阵列化仍将是陶瓷电容器的方向。片式产品也逐步成为陶瓷产品的主流。

金属化塑料膜电容器的需求将会增长，面向信息和通信设备的塑料膜电容器将继续扩大。高频、满足安全标准、耐高温、小型化、片式化将是塑料膜电容器的发展方向。

超级电容器也将与纳米材料等新型材料结合，应用于生物、医疗和神经计算等多种领域。

参考资料

在线预览|GB/T 2470-1995.国家标准全文公开系统.2023-08-02

标准号:GB/T 2691-2016 采.国家标准全文公开系统.2023-08-02

 GB T 2691-2016 电阻器和电容器的标志代码.道客巴巴.2023-08-02

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