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“

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。

平行板电容器

（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

单片形电容器结构

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，可有效提高电容量。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：

迭片形芯子结构示意图

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。

管形电容器芯子

（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量

为：

（3）卷绕形电容器：

卷绕形电容器芯子结构

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：

最早的电容器是莱顿瓶，由18世纪荷兰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。但是莱顿瓶电容量过低，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。

莱顿瓶

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。

云母电容器

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。

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。

纸介质电容器

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。

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。

铝电解电容器基本结构

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年出现液体烧结钽[tǎn]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

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，聚酯[zhǐ]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。

金属化聚丙烯薄膜电容器

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。

20世纪七八十年代以来，超级电容器问世并不断发展。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：

超级电容器

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。

平行板电容器储存电荷

充电过程即是电容器存储电荷的过程，当电容器与直流电源接通后，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。

电容器充放电示意图

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。

电容器主要参数如下表

根据电容器的内部结构、所用材料、应用场合等多方面情况，可将电容器分归各类。电容器的分类有许多种方法，下面介绍常见的分类方法。

固定电容器：电容量不变的电容器。

电容器图形符号

可变和微调电容器：可变电容器是指电容量可以在一定范围内进行调整；微调电容器是指电容量可以调整，但在每次调整好以后就固定的电容器。

有机介质电容器：以纸、塑料薄膜和漆膜等有机材料作为介质。如纸介电容器、涤纶电容器、聚丙烯电容器等。无机介质电容器：以无机材料如云母、陶瓷、玻璃釉等为介质的一类电容器。如云母电容器、瓷介电容器、玻璃釉电容器等。电解电容器：以阀金属为阳极，金属氧化膜为介质，电解质为阴极，并以另一金属作为引出负极而构成。如铝电解电容器、钽电解电容器、铌[ní]电解电容器等。气体介质电容器：以真空、空气、压缩气体等作为介质的电容器。如空气电容器、充气电容器和真空电容器。

电容器还可按介质物理状态分为固体介质电容器、液体介质电容器、气体介质电容器。

按用途分为电子设备用电容器和电力电容器、小功率电容器和大功率电容器、直流电容器和交流电容器、高频电容器和低频电容器、高压电容器和低压电容器、耦合电容器、旁路电容器、滤波电容器、中和电容器、调谐电容器等。

按封装外形分为圆柱形电容器、圆片形电容器、管形电容器、叠片形电容器、长方形电容器、珠状电容器、方块状电容器、异形电容器等。

按引出线分为轴向引线型电容器、径向引线型电容器、同向引线型电容器、无引线型 （贴片式） 电容器等。

下面介绍一些常见电容器的结构和特点。

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GBT2470-1995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。

固定电容器型号命名的四部分

电容器型号组成第一、二、三部分所代表的意义见下表：

固定电容器型号命名表

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。

瓶形高功率瓷介电容器

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。

电容器直标法示例

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。

电容器色标法示例

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，而电阻器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。

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。

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）涤纶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。

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。

LC振荡电路示意图

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

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。