一. 什么是電容

電容器，Capacitor，是將電能儲存在電場中的被動電子器件。而電容是表征在給定電壓下，電容器存儲電荷的能力的物理量，記為C，

它和前面的公式是一樣的，其實就是介電常數和相對介電常數的換算，這兩者其實是同一物理量的不同表達。

通過平行板電容器公式我們知道，電容量的大小和導體的正對面積、導體間距和導體間介質的相對介電常數有關：

1. 導體正對面積越大，電容越大
2. 導體間距越小，電容越大
3. 導體間介質的相對介電常數越大，電容越大

據此公式，在電路中， 鄰近的導體之間即存在電容 ，而 電容器是為了增加電路中的電容量而加入的電子器件 。

為了簡潔，我們通常將 電容器就稱為電容 ，而 電容器的電容則稱為容量或容值 。電容在電路原理圖中的符號如下圖所示。

總的來說，電容是一種能存儲電荷的被動元件，在電路中，它的主要作用是 儲能 、 濾波 、 耦合 、延時等。

二. 電容的性能參數

本節參考： IEC 60384 。（IEC 60384，Fixed capacitors for use in electronic equipment，電子設備用固定電容器，是由國際電工委員會（IEC）發布的一組標準，包括IEC 60384-1、IEC 60384-14等多個標準。該標準規定了電子設備用固定電容器的一般要求、尺寸、性能、試驗方法、標記、包裝、運輸和儲存等內容。該標準在電子設備制造業中具有重要的地位，被廣泛使用和遵循。最新版本為2021版，國內相應的國家標準為GB/T 6346。）

2.1 電容標稱值與精度

電容標稱值 ，Rated capacitance或Capacitance value ，也稱容量，它和電阻標稱值的概念基本是一樣的，主要包括以下幾個系列：E6、E12、E24等。這些系列分別表示不同的精度和電容值范圍，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。

根據這些標稱值，可以得到我們常用的多種電容值，如10uF、100nF，2.2uF，330pF，68nF等。

電容精度 ，Tolerance，精度表示的是 電容出廠時的容值與其標稱值之間的誤差 。有時電容容差和精度是一個意思， 有時容差指的是外部環境（如溫度、頻率、電壓等）使電容器容值變化的范圍，和精度不是一個概念，注意甄別 。精度和電容系列的對應關系如下：

舉個例子，10uF電容，精度10%，那么其實際容量在9uF~11uF之間，標稱10uF實際有偏差，這就是精度的概念，和電阻精度是同一概念。

對于容量<10pF的電容 ，一般就不用百分之多少來表示精度，而直接寫明絕對精度，如8pF±0.25pF； 對于容量≥10pF的電容 ，精度就寫成百分比的形式，如100pF±1%。

通常來說，電容的精度通常是不那么關鍵的參數，因為電容在起儲能與濾波作用時，容量大一點，小一點是沒多大影響的，除非是在一些精密儀器的使用場景下，所以， 我們最常使用的還是E6與E12系列 。

另外還要注意，實際電容的精度也與容值的大小相關，一般規律是， 容值越小精度越高 ， 容值越大，精度越低 。這其實與電容介質材料和制作工藝相關，當追求大容量時，就難以兼顧高精度了。一般來說，10uF的電容最高精度是5%，100uF的電容最高精度是10%。

2.3 電容額定電壓與擊穿電壓

電容額定電壓 ，Rated voltage，也稱為 電容耐壓 ，是指在正常工作下電容能持續施加的最大電壓值，它主要與電容內部的電介質材料和電容結構有關。

1. 電容內部的電介質材料是決定電容耐壓的關鍵因素。不同的電介質材料具有不同的耐壓特性，如氧化鋁陶瓷電容器的耐壓通常較高，而電解電容器的耐壓則較低。
2. 電容器的結構也會對其耐壓特性產生影響。例如，電容器的電極間距離越小，電容耐壓就越低。

溫度對電容耐壓也有一定影響。 一般來說，在規定的工作溫度下，電容耐壓是穩定的 。但是，當電容器工作溫度過高時，電容器內部材料可能會因熱老化而降低其耐壓特性。

對于無極性電容，如陶瓷電容和薄膜電容等，電容耐壓有直流耐壓和交流耐壓兩種 。交流電場下，電容器中的電荷會隨著電場的變化而不停地在電容器內部移動，從而產生能量損耗和熱量，導致電容器的溫度升高。當電容器溫度升高到一定程度時，其電介質的性能會發生變化，從而影響電容器的耐壓能力。因此，在相同的電容器中，其交流耐壓通常要比直流耐壓要小。 一般電容交流耐壓 ：電容直流耐壓 = 1：1.5~2 。即一個電容交流耐壓標注是100VRMS，那么它的直流耐壓應在150VDC以上。

實際查閱很多MLCC的手冊發現， 手冊只提供直流耐壓參數，而未給出交流耐壓參數 ，這是因為交流耐壓受到很多因素的影響，如電極結構、電介質材料、制造工藝等，因此很難提供一致的交流耐壓參數。相反，直流電場下的耐壓性能相對穩定，因此提供直流耐壓參數更為常見。如果這些電容被用到交流電路中，注意咨詢廠家得到電容的準確交流耐壓值并保證一定裕量。

對于有極性的電容（一般為電解電容），電容耐壓只有直流耐壓，沒有交流耐壓。如果電解電容加負壓，會導致電容容量下降，甚至短路燒毀，對電解電容造成損壞。

電容的額定電壓的優先值一般為：6.3V，10V，16V，25V，50V及其它們的十進倍數。此優先值和電容類型有關。

電容擊穿電壓 ，Breakdown voltage，電容擊穿電壓是指當電容器內部介質被電場穿透時，電容器的兩個電極之間出現放電的電壓。 電容擊穿電壓一般是額定電壓的1.3~2倍 。一般來說，電容器被擊穿后會處于短路狀態，短路對電路的破壞性可能是毀滅性的。但也有一些特殊的電容，在被擊穿后會處于斷路狀態，其原因是因為在大電流后，金屬熔化或是汽化了，因此崩潰后會產生斷路，而斷路則通常不會有破壞性影響。

如果電容兩端電壓超過額定電壓，但未達到擊穿電壓，可能引起以下后果：1）容值變化；2）壽命縮短；3）損耗增加。所以，一般情況下，電容兩端電壓需按額定電壓的70%降額使用。

2.2 電容的工作溫度范圍、溫度系數與常見介質的溫度特性

電容工作溫度范圍 ， Operating temperature range，是指電容器可以正常工作的溫度范圍，它與電容類型有關。一般來說，電解電容器的工作溫度范圍比較窄，一般為-40℃到+85℃，而陶瓷電容、薄膜電容和鉭電容的工作溫度范圍相對較寬，一般可以達到-55℃到+125℃。

如果電容在超過工作溫度范圍的溫度下工作，可能引起以下后果：

1. 容量變化很大（一般為容量降低），影響電路正常工作。
2. 電容內部材料機械性能降低，可能會導致電容器的機械失效，如殼體破裂等。
3. 電容內部電阻變大，損耗增加，影響電容性能。
4. 電容內部材料老化，影響使用壽命。
5. 電容絕緣性能下降，可能發生漏電、短路，甚至引發火災。

電容溫度系數 ，Temperature Coefficient of Capacitance，簡稱 TCC ，指的是 電容容量隨溫度變化的程度 ，通常用ppm/℃（百萬分之一/攝氏度）來表示，它與電阻溫度系數的計算完全相同，公式如下：

需要說明的是， 溫度系數是有正有負的 ，這意味著電容容量會隨著溫度變化增加或減小。

電容工作溫度范圍與溫度系數統稱為電容的溫度特性 ，它反應電容的工作溫度范圍與范圍內容量的變化情況。通過平行板電容器公式我們知道，電容容量由正對面積、間距和介質的介電常數共同決定。其中， 介質的介電常數與溫度特性的關系最為密切 ，因此一些電容的數據手冊上溫度特性就寫的是介質材料，如溫度特性：COG（-55 to +125°C、0±30 ppm/°C），溫度特性 ： X5R（-55 to +85°C、±15%）。

常見的幾種介質的溫度特性如下表所示：

2.4 電容ESR、損耗角正切值與電容頻率特性

ESR ，Equivalent Series Resistance，電容器的 等效串聯電阻 ，在物理上由介質材料、電極、引線的電阻及它們之間的連接電阻組成。ESR包含介質損耗和電極損耗兩部分。

介質損耗是指電容器內部的電介質材料在電場作用下產生的耗散。電介質材料有一定的電導率和磁導率，當電場作用下，會產生一定的電流和磁場，從而導致能量損耗。介質損耗是電容器內部的一種無法避免的損耗。

電極損耗是指電容器內部的電極材料在交變電場作用下產生的能量損耗。在電容器內部，電介質材料和電極材料之間形成了電場，當電容器工作頻率較高時，電極材料會受到高頻交變電場的影響，導致電極材料內部產生感性耗散，從而產生能量損耗，這種能量損耗就是電極損耗。

從參考文章——[電容器阻抗/ESR頻率特性是指什么？| 村田制作所 技術文章 (murata.com)]（https://article.murata.com/zh-cn/article/impedance-esr-frequency-characteristics-in-capacitors）中我們知道，電容的ESR在低頻時主要是介質損耗，在高頻時主要是電極損耗。如下圖所示。

影響電容ESR的因數主要有以下幾個：

1. 電容類型與介質材料，一般來說，薄膜電容的ESR最小、陶瓷電容次之，電解電容的ESR最大。
2. 電容容量，對于同型號同耐壓的電容，容量越大，ESR越低，因為容量越大，意味著電極面積越大，電容器內部的電流流動也就越順暢，從而減少了ESR。
3. 電容耐壓，對于同型號同容量的電容，耐壓越大，ESR越低，因為耐壓越大，意味著電極間距越大，同一電壓下電容內部的場強減小了，從而損耗減小了，也就減小了ESR。
4. 電容尺寸和形狀，一般來說，電容器的尺寸越大，ESR越小，因為尺寸越大意味著電極面積越大，電極間距越大，ESR越小。
5. 電容制造工藝，即使是同類型的電容，不同廠家的ESR也不一樣，這就是制造工藝的差距。
6. 電容老化與使用壽命，隨著電容器的使用時間的增加，電容器內部的電介質和電極材料可能會發生老化和損傷，從而導致ESR的增加。
7. 電容使用環境，在潮濕或鹽霧環境下，電容內部材料容易發生腐蝕和氧化，導致ESR增加。
8. 外部溫度，ESR會隨著電容使用溫度的變化而變化，這主要是因為介質和極板材料的電導率會隨著溫度變化，有的電容溫度越高，ESR越小；有的則溫度越高，ESR越大。
9. 電容工作頻率，基本規律是在電容自諧振頻率之前，ESR隨頻率增加而降低；在自諧振頻率之后，ESR隨頻率增加而增加。

通常來說，電容的ESR是越低越好，這樣電容的能量損耗小，從而提高了電容器的效率和性能。但是，有時較低的ESR會引起電路諧振，造成電壓電流異常變化、噪聲干擾、溫度上升等嚴重后果，所以有時我們會看到電容串聯一個小阻值的電阻一起使用，這就是為了增加ESR，防止諧振。

另外，ESR還可以反映電容器內部的損耗和質量。當電容器的ESR過高時，說明電容器內部存在一些損耗或質量問題，可能會導致電容器的壽命縮短或工作不穩定，所以 可以通過測定比較同一型號電容器的ESR來判斷哪些電容是殘次品或者以及失效 。

損耗角正切值 ，tanδ，和電容ESR的物理意思是一樣的，都是表示電容器的能量耗散。其中δ為電容損耗角，它表示電容電流偏離電壓90°的夾角，如下圖所示。

有的電容手冊中并不給出ESR，而給出損耗角正切值，其實是一樣的，ESR = tanδ * 容抗。注意此公式只在電容自諧振頻率之前成立。

電容頻率特性 ，Capacitor frequency response，指的是電容阻抗隨電容端電壓頻率變化的特性。某品牌的電容頻率特性如下圖所示。

在之前的說明中我們知道，在自諧振頻率之前，電容呈容性；在自諧振頻率，呈阻性；在自諧振頻率之后，呈感性。

另外，我們可以看到，小電容的諧振頻率在大電容之后，這使得小電容往往在高頻的阻抗更低，所以，當使用電容濾除高頻電流時，往往使用大電容并聯小電容的方式，此技巧在實際中應用廣泛，特別是在EMI抑制中。

2.5 電容額定紋波電流及其頻率系數

電容額定紋波電流即是在電容器內允許流過的最大交流電流。由于電容器內的功率損耗（ESR 存在），紋波電流會使電容器內部產生一個溫升。為了使電容器在壽命周期內正常工作，每個電容器都規定了一個額定工作溫度下的額定紋波電流，從而限制其內部溫升。

從上文我們知道，電容工作頻率會影響ESR，所以電容的額定紋波電流與工作頻率相關，稱為 額定紋波電流的頻率系數 ， Frequency coefficient of rated ripple current。下圖顯示的是尼吉康的某型號電解電容的額定紋波電流的頻率系數。

額定紋波電流的頻率系數指的是允許通過的紋波電流與通過電容的電流的比值，50Hz 0.7,表示電容工作頻率50Hz時，允許通過的額定紋波電流為工作電流的0.7倍，這個值在120Hz時上升為1，在300Hz時上升為1.17，隨頻率增加，這也很好理解，因為在自諧振頻率之前，電容ESR隨頻率增加而減小，所以，頻率越高，允許通過的紋波電流越大。

2.6 電容漏電流與絕緣電阻

電容漏電流 ，Leakage Current，指的是電容兩極板間流過的直流電流。因為電容介質材料的絕緣電阻不可能無限大，所以漏電流必定存在，并與介質材料、電容結構和工藝都相關。

此外，對一個確定的電容，漏電流值與施加的電壓，充電時間和電容器的溫度有關。溫度升高、電壓升高都會使漏電流增大。

電容絕緣電阻 ，Insulation Resistance，指的是電容兩極板間的絕緣電阻。 它和漏電流其實表示的都是電容的絕緣性能 ，絕緣電阻越大，電容絕緣性能越好，漏電流越小。

一般來說， 漏電流用容量與電容兩端電壓乘積的百分比來對比 ，或給出最大漏電流，如下圖所示。

0.01CV表示容量與電壓乘積的1%。可見漏電流正常情況下是非常小的。

如果電容存在缺陷，如介質中雜質很多，則電容的絕緣性能就會變差，漏電流也會隨之增加。

2.7 電容存儲壽命與使用壽命

電容存儲壽命 ，Capacitor storage life，指的是在未使用的情況下，電容器可以存放多長時間而不會失效。

存儲壽命受到多種因素的影響，例如存放環境的溫度、濕度、氧氣濃度、電容器的結構和材料等。在存放電容器時，需要注意避免存放在高溫、高濕、高氧氣濃度的環境中，以延長其存儲壽命。

電容使用壽命 ，Capacitor service life，指的是在正常使用條件下，電容器可以工作多長時間而不會失效。

使用壽命受到多種因素的影響，例如電容器的結構、材料、工作電壓、電流負載、環境溫度等。在使用電容器時，需要根據實際情況選擇合適的電容器類型和規格，并嚴格按照其使用條件進行使用，以延長其使用壽命。

有的廠家會給出電容使用壽命的計算公式，如下圖是 Murata給出的陶瓷電容使用壽命計算公式 。可作參考。