电容

电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下自由电荷的储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。

电容是指容纳电荷的能力。任何静电场都是由许多个电容组成，有静电场就有电容，电容是用静电场描述的。一般认为：孤立导体与无穷远处构成电容，导体接地等效于接到无穷远处，并与大地连接成整体。

电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

定义

电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值，叫电容器的电容。在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容（capacitance），标记为C。采用国际单位制，电容的单位是法拉（farad），标记为F。

电容的符号是C。

C=εS/d=ε0εrS/4πkd（真空）=Q/U

单位及转换

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1法拉（F）= 10^3毫法（mF）=10^6微法（μF）=10^9纳法（nF）=10^12皮法（pF）=10^15fF

电容与电池容量的关系：

1伏安时=1瓦时=3600焦耳

W=0.5CUU

计算公式

一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法拉，即：C=Q/U 。但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即电容的决定式为：C=εrS/4πkd 。其中，εr是相对介电常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，ε=εrε0，ε0=1/4πk,S为极板面积，d为极板间的距离）。

定义式：

电容器的电势能计算公式：E=C*（U^2）/2=QU/2=（Q^2）/2C

多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn

多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

三电容器串联：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3）

电容的作用

1）旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好的防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

2）去耦

去耦，又称解耦。从电路来说， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候， 电流比较大， 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感）会产生反弹，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。

去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰，在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频干扰阻抗。

将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄放途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等；而去耦合电容的容量一般较大，可能是10μF 或者更大，依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这是他们的本质区别。

3）滤波

从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容滤低频，小电容滤高频。电容的作用就是通交流隔直流，通高频阻低频。电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中，大电容（1000μF）滤低频，小电容（20pF）滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电，放电的过程。

4）储能

储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000μF 之间的铝电解电容器是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW 的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

电容的种类

电容的种类可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。

无极性可变电容

制作工艺：可旋转动片为陶瓷片表面镀金属薄膜，定片为镀有金属膜的陶瓷底；动片为同轴金属片，定片为有机薄膜片作介质

优点：容易生产，技术含量低。

缺点：体积大，容量小

用途：改变震荡及谐振频率电路。调频、调幅、发射/接收电路

无极性无感CBB电容

制作工艺：2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

优点：无感，高频特性好，体积较小

缺点：不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。

用途：耦合/震荡，音响，模拟/数字电路，高频电源滤波/退耦

无极性CBB电容

制作工艺：2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

优点：有感，高频特性好，体积较小

缺点：不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。

用途：耦合/震荡，模拟/数字电路，电源滤波/退耦

无极性瓷片电容

制作工艺：薄瓷片两面渡金属膜银而成。

优点：体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电容）

缺点：易碎，容量低

用途：高频震荡、谐振、退耦、音响

无极性云母电容

制作工艺：云母片上镀两层金属薄膜

优点：容易生产，技术含量低。

缺点：体积大，容量小用途：震荡、谐振、退耦及要求不高的电路无极性独石电容体积比CBB更小，其他同CBB，有感

用途：模拟/数字电路信号旁路/滤波，音响

有极性电解电容

制作工艺：两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸在电解液中。

优点：容量大。

缺点：高频特性不好。

用途：低频级间耦合、旁路、退耦、电源滤波、音响

钽电容

制作工艺：用金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为负极。

优点：稳定性好，容量大，高频特性好。

缺点：造价高。

用途：高精度电源滤波、信号级间耦合、高频电路、音响电路

聚酯（涤纶）电容

符号：CL

电容量：40p–4u

额定电压：63–630V

主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差

应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路

聚苯乙烯电容

符号：CB

电容量：10p–1u

额定电压：100V–30KV

主要特点：稳定，低损耗，体积较大

应用：对稳定性和损耗要求较高的电路

聚丙烯电容

符号：CBB

电容量：1000p–10u

额定电压：63–2000V

主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差

应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路

云母电容

符号：CY

电容量：10p–0.1u

额定电压：100V–7kV

主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小

应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路

高频瓷介电容

符号：CC

电容量：1–6800p

额定电压：63–500V

主要特点：高频损耗小，稳定性好

应用：高频电路

低频瓷介电容

符号：CT

电容量：10p–4.7u

额定电压：50V–100V

主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差

应用：要求不高的低频电路

玻璃釉电容

符号：CI

电容量：10p–0.1u

额定电压：63–400V

主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（200度）

应用：脉冲、耦合、旁路等电路

铝电解电容

符号：CD

电容量：0.47–10000u

额定电压：6.3–450V

主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大

应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等

钽电解电容（CA）、铌电解电容（CN）

电容量：0.1–1000u

额定电压：6.3–125V

主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容

应用：在要求高的电路中代替铝电解电容

空气介质可变电容器

可变电容量：100–1500p

主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式 等

应用：电子仪器，广播电视设备等

薄膜介质可变电容器

可变电容量：15–550p

主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大

应用：通讯，广播接收机等

薄膜介质微调电容器

符号： 可变电容量：1–29p

主要特点：损耗较大，体积小

应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿

陶瓷介质微调电容器

符号： 可变电容量：0.3–22p

主要特点：损耗较小，体积较小

应用：精密调谐的高频振荡回路