电子元器件解析之电容(一)

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电容是最基本的电子元器件之一，本文介绍了电容的定义，并总结了电容的各个性能参数，包括标称值、精度、额定电压、工作温度范围、温度系数、ESR、频率特性、纹波电流和寿命等，旨在帮助大家全面了解电容的特性。

关键词：标称值；精度；额定电压；温度系数；ESR；纹波电流；电容寿命

维基百科——电容器：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B5%E5%AE%B9%E5%99%A8

维基百科——电容：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AE%B9

电容器，Capacitor，是将电能储存在电场中的被动电子器件。而电容是表征在给定电压下，电容器存储电荷的能力的物理量，记为C， C = Q U C=\frac{Q}{U} C=UQ​ 其中，Q为电荷量，单位为库伦（Coulomb，简写为C）；U为电压，单位为伏特（Voltage，简写为V）。

电容的单位为法（Farad，简写为F），由上式可知1F = 1C / 1V ，表示1法拉的电容多加1伏特的电势差可以多储存1库仑的电荷。电容常见的单位还有毫法mF，微法uF、纳法nF、皮法pF和飞法fF，有：

1 F = 1 0 3 m F = 1 0 6 u F = 1 0 9 n F = 1 0 12 p F = 1 0 15 f F 1F=10^3mF=10^6uF=10^9nF=10^{12}pF=10^{15}fF 1F=103mF=106uF=109nF=1012pF=1015fF 下面以平行板电容器为例介绍电容器的物理结构。

平行板电容器由上下两个金属板和中间的介质层组成，其电容量C的表达式如下： C = ε A d \mathrm{C}=\frac{\varepsilon A}{\mathrm{d}} C=dεA​ 其中， ε r \varepsilon _r εr​为平行板中间介质的介电常数，单位为F/m，它表征介质对电场强度的响应能力。介电常数越大，介质对电场的响应能力就越强，即介质中的电场强度相同，介质中储存的电荷量就越大；A为上下两平行板的正对面积，单位为 m 2 m^2 m2；d为平行板间距，单位为m。

对于介质的介电常数，一般用它相对于真空的介电常数来表示，称为某材料的相对介电常数，记为 ε r \varepsilon _r εr​，有： ε = ε r ε 0 \varepsilon =\varepsilon _r\varepsilon _0 ε=εr​ε0​ 其中， ε 0 \varepsilon _0 ε0​为真空介电常数，它是一个常量，值为8.85 × 10^-12 F/m。它和静电力常量（又称库伦常量）k有如下换算关系： ε 0 = 1 4 π k \varepsilon _0=\frac{1}{4\pi k} ε0​=4πk1​ 所以，有的平行板电容器公式是以k和 ε r \varepsilon _r εr​来写的，为： C = ε r A 4 π k d C=\frac{\varepsilon _rA}{4\pi k\mathrm{d}} C=4πkdεr​A​ 它和前面的公式是一样的，其实就是介电常数和相对介电常数的换算，这两者其实是同一物理量的不同表达。

通过平行板电容器公式我们知道，电容量的大小和导体的正对面积、导体间距和导体间介质的相对介电常数有关：

据此公式，在电路中，邻近的导体之间即存在电容，而电容器是为了增加电路中的电容量而加入的电子器件。

为了简洁，我们通常将电容器就称为电容，而电容器的电容则称为容量或容值。电容在电路原理图中的符号如下图所示。

总的来说，电容是一种能存储电荷的被动元件，在电路中，它的主要作用是储能、滤波、耦合、延时等。

本节参考：IEC 60384。（IEC 60384，Fixed capacitors for use in electronic equipment，电子设备用固定电容器，是由国际电工委员会（IEC）发布的一组标准，包括IEC 60384-1、IEC 60384-14等多个标准。该标准规定了电子设备用固定电容器的一般要求、尺寸、性能、试验方法、标记、包装、运输和储存等内容。该标准在电子设备制造业中具有重要的地位，被广泛使用和遵循。最新版本为2021版，国内相应的国家标准为GB/T 6346。）

电容标称值，Rated capacitance或Capacitance value ，也称容量，它和电阻标称值的概念基本是一样的，主要包括以下几个系列：E6、E12、E24等。这些系列分别表示不同的精度和电容值范围，如下：

E24：1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.4、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1。

E12：1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2。

E 6：1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8。

根据这些标称值，可以得到我们常用的多种电容值，如10uF、100nF，2.2uF，330pF，68nF等。

电容精度，Tolerance，精度表示的是电容出厂时的容值与其标称值之间的误差。有时电容容差和精度是一个意思，有时容差指的是外部环境（如温度、频率、电压等）使电容器容值变化的范围，和精度不是一个概念，注意甄别。精度和电容系列的对应关系如下：

举个例子，10uF电容，精度10%，那么其实际容量在9uF~11uF之间，标称10uF实际有偏差，这就是精度的概念，和电阻精度是同一概念。

对于容量