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什么是电容？
什么是电容？（Capacitance）又称电容量，是指在给定电位差下自由电荷的储存量，记为C，法拉是国际单位（F）。一般来说，电荷在电场中受力移动。当导体之间有介质时，阻碍电荷移动，使电荷积聚在导体上，导致电荷积累和储存。储存的电荷称为电容。
电容器是指容纳电荷的能力。任何静电场都由许多电容器组成。有静电场就有电容器。电容器用静电场描述。一般认为，孤立导体与无限距离构成电容器。导体接地相当于接收无限距离，并与地球整体连接；
电容器（或电容量）是表示电容器容纳电荷能力的物理量。在物理学上，电容器是一种静态电荷存储介质，可能永久存在，这是其特点，应用广泛，是电子和电力领域不可或缺的电子元件。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、隔离直流等电路。
电容器带电量Q与电容器两极之间的电压U的比值称为电容器的电容器。在电路学中，给定电位差和电容器储存电荷的能力称为电容器（capacitance），标记为C。采用国际单位制，法拉是电容的单位（farad），标记为F。电容符号是C。
C=εS/d=εrS/4πkd（真空）=Q/U
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解释电容原理
一、回顾库伦定理中的相关知识。
正负电荷有两种电荷。
2.同性电荷相斥，异性电荷相吸。
3.有三种方法可以使物体充电，即接触、摩擦和感应。 4.电荷守恒定律：在与外界无电荷交换的系统中，正负电荷的代数保持不变。
1、电容容量的决定式高中公式：C=εS/4πkd 这里ε指材料与真空介电常数的比值。 S是电容器两极板的正对面积。 d是电容器两极板之间的距离。
2.大学公式:C=εS/d 这里ε介电常数是指材料的介电常数，介电常数是指材料保持电荷荷的能力，真空介电常数是ε还有等式ε0=1/4πk。两个公式是一样的。
a、两极板之间的距离越小，面积越大，电容越大。
b、不同的介质对极板上的正负电荷有不同的影响。
在由金属导体组成的电路中，正电荷是固定的，电子是自由移动的。加上电源后，电子在电场的作用下沿着线移动。电子流入使电极板呈负，电子流出使电极板呈正。
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电容器分类
电容器可根据介质材料、用途、极性和包装进行分类：
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常用电容器介绍
1、陶瓷电容
以陶瓷为介质，在陶瓷基底两侧喷涂银层，然后烧成银膜作为极板。其特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适用于高频电路。
它由铝圆柱形负极制成，含有液体电解质，并插入一条弯曲的铝带作为正极。它还需要直流电压来形成一层氧化膜介质。其特点是容量大，但泄漏大，稳定性差，具有正负极性，适用于电源滤波器或低频电路。
3、钽电容
钽电容器以金属钽为正极，以稀硫酸等配液为负极，以钽表面产生的氧化膜为介质，其特点是体积小、容量大、性能稳定、使用寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。可广泛应用于电源滤波、旁路和去耦。用于要求高的设备。
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电容器的主要特点
标记电容器上的电容。但电容器的实际电容与标称电容有偏差，精度等级与允许误差相对应。常用的电容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ用于电解电容器Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ等级表示容量精度，根据用途选择。电解电容器的容量取决于交流电压下工作时的阻抗，容量随工作频率、温度、电压和测量方法而变化。电容单位为F（法）。
由于电容器是储存电荷的容器，因此存在容量大小的问题。确定电容量的物理量，以衡量电容器储存电荷的能力。电容器必须在外加电压的作用下储存电荷。不同电容器在电压作用下储存的电荷也可能不同。国际统一规定，当将1伏特直流电压添加到电容器中时，其可储存的电荷为电容器的电容（即单位电压下的电容），用字母C表示。法拉电容的基本单位是法拉（F）。在1伏特直流电压的作用下，如果电容器中储存的电荷为1库仑，则电容量为1法拉，法拉用符号F表示，1F=1Q/V。
在实际应用中，电容器的电容量往往比1法拉小得多，通常使用较小的单位，如毫法（mF）、微法(μF)、纳法（nF）、皮法(pF)等，它们的关系是：1微法等于百万分之一法拉；1皮法等于百万分之一微法，即：1法拉(F)=1000毫法(mF)；1毫法(mF)=1000微法(μF)；1微法(μF)=1000纳法（nF）；1纳法（nF）=1000皮法(pF)；即：1F=1000000μF；1μF=1000000pF。
电容器的最高直流电压可以连续添加到最低环境温度和额定环境温度下。如果工作电压超过电容器的耐压性，电容器将被击穿并损坏。实际上，耐压值会随着温度的升高而降低。
直流电压加在电容器上产生泄漏电流，两者之比称为绝缘电阻。当电容器较小时，其值主要取决于电容器的表面状态；容量大于0.1μF其值主要取决于介质。绝缘电阻越大越好。
电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量称做损耗。损耗与频率范围、介质、电导、电容金属部分的电阻等有关。
随着频率的增加，一般电容器的电容量正在下降。当电容器在谐振频率以下工作时，表现为容性；当超过其谐振频率时，表现为感性，不是电容器，而是电感。因此，必须避免电容器在谐振频率以上工作。
当频率高时，电容器不再被视为总参数，寄生参数的影响不容忽视。寄生参数包括Rs，等效串联电阻（ESR）和Ls等效串联电感（ESL）。如图1所示所示，其中C为静电容，Rp泄漏电阻，又称绝缘电阻，值越大(通常在GΩ 级以上），漏电越小，性能也就越可靠。因为Rp通常很大（GΩ 因此，在实际应用中可以忽略，Cda和Rda介质吸收电容和介质吸收电阻。介质吸收是一种滞后的内部电荷分布， 它使电容器在快速放电后恢复部分电荷。ESR和ESL对电容器的高频特性影响最大，因此常用如图1所示（b）所示的串联RLC可计算出谐振频率和等效阻抗：
图1电容串联RLC简化模型
电容器串联RLC模型的频域阻抗图如图2所示因此，电容器在谐振频率以下表现为容性；当谐振频率以上表现为感性时，电容器的去耦效应逐渐减弱。同时，还发现，随着频率的增加，电容器的等效阻抗首先减小，然后增加。串联谐振频率发生的等效阻抗最小值ESR。
图2电容器串联RLC频域阻抗图模型
谐振频率式可以得出容值大小和ESL值的变化会影响电容器的谐振频率，如图3所示所示。由于电容器在谐振点的阻抗最低，所以在设计时尽量选择fR类似于实际工作频率的电容。在工作频率变化较大的环境中，可以同时考虑一些fR较小的大电容和fR大小电容器混合使用。
图3容值和ESL变化对电容器频率特性的影响
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选择电容器
纸介电容器、电解电容器等一般用于低频耦合、旁路去耦等，电气性能要求不严格。低频放大器的耦合电容器，选用1-22μF电解电容器。旁路电容器根据电路工作频率选择。例如，在低频电路中，电解电容器用于发射极旁路电容器，容量为10~220μF0可以在中频电路之间选择.01~0.1μF云母电容器和瓷介电容器应用于高频电路。电解电容器可用于电源滤波和退耦电路。只要体积允许，容量足够，对电容器的要求就不高。
在旁路、退耦和低频耦合电路中，一般对电容器的精度没有严格的要求。可根据设计值选择相似容量或略大容量的电容器。但在振荡电路、延迟电路、音调控制电路等其他电路中，电容器的容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波器和网络中，对电容量的精度有更高要求，应选用高精度的电容器来满足电路的要求。
电容器的额定工作电压应高于实际工作电压，并留有足够余量，以防因电压波动而导致损坏。一般而言，应使工作电压低于电容器的额定工作电压的10%~20%。在某些电路中，电压波动幅度较大，可留有更大的余量。
电容器的额定工作电压通常是指直流值。如果直流中含有脉动成分，该脉动直流的最大值应不超过额定值；如果工作于交流，此交流电压的最大值应不超过额定值。并且随着工作频率的升高，工作电压应降低。
有极性的电容器不能用于交流电路。电解电容器的耐温性能很差，如果工作电压超过允许值，介质损耗将增大，很容易导致温升过高，最终导致损坏。一般说来，电容器工作时只允许出现较低温升，否则属于不正常现象。因此，在设备安装时，应尽量远离发热元件（如大功率管、变压器等）。如果工作环境温度较高，则应降低工作电压使用。
一般小容量的电容器介质损耗很小，耐温性能和稳定性都比较好，但电路对它们的要求往往也比较高，因此选择额定工作电压时仍应留有一定的余量，也要注意环境工作温度的影响。
绝缘电阻越小的电容器，其漏电流就越大，漏电流不仅损耗了电路中的电能，重要的是它会导致电路工作失常或降低电路的性能。漏电流产生的功率损耗，会使电容器发热，而其温度升高，又会产生更大的漏电流，如此循环，极易损坏电容器。因此在选用电容器时，应选择绝缘电阻足够高的电容器，特别是高温和高压条件下使用的电容器，更是如此。另外，作为电桥电路中的桥臂、运算元件等场合，绝缘电阻的高低将影响测量、运算等的精度，必须采用高绝缘电阻值的电容器。电容器的损耗在许多场合也直接影响到电路的性能，在滤波器，中频回路、振荡回路等电路中，要求损耗尽可能小，这样可以提高回路的品质因数，改善电路的性能。
电容器的温度系数越大，其容量随温度的变化越大，这在很多电路是不允许的。例如振荡电路中的振荡回路元件、移相网络元件、滤波器等，温度系数大，会使电路产生漂移，造成电路工作的不稳定。这些场合应选用温度系数小的电容器，以确保其能稳定工作。
另外在高频应用时，由于电容器自身电感、引线电感和高频损耗的影响，电容器的性能会变差。频率特性差的电容器不仅不能发挥其应有的作用，而且还会带来许多麻烦。例如，纸介电容器的分布电感会使高频放大器产生超高频寄生反馈，使电路不能工作。所以选用高频电路的电容器时，一要注意电容器的频率参数，二是使用中注意电容器的引线不能留得过长，以减小引线电感对电路的不良因影响。
使用环境的好坏，直接影响电容器的性能和寿命。在工作温度较高的环境中，电容器容易产生漏电并加速老化。因此在设计和安装时，因尽可能使用温度系数小的电容器，并远离热源和改善机内通风散热，必要时，应强迫风冷。在寒冷条件下，由于气温很低，普通电解电容器会因电解液结冰而失效，使设备工作失常，因此必须使用耐寒的电解电容器。在多风沙条件下或在湿度较大的环境下工作时，则应选用密封型电容器，以提高设备的防尘抗潮性能。
| 电容种类 |
容量范围 |
直流工作电压（V） |
运用频率 （MHz） |
准确度 |
漏电电阻 （MΩ） |
| 中小型纸介电容 |
470pF~0.22uF |
63~630 |
8以下 |
Ⅰ~Ⅲ |
>5000 |
| 金属壳密封纸介电容 |
0.01uF~10uF |
250~1600 |
直流， 脉动直流 |
Ⅰ~Ⅲ |
>1000~5000 |
| 中、小型金属化纸介电容 |
0.01uF~0.22uF |
160、250、400 |
8以下 |
Ⅰ~Ⅲ |
>2000 |
| 金属壳密封金属化纸介电容 |
0.22uF~30uF |
160~1600 |
直流， 脉动电流 |
Ⅰ~Ⅲ |
>30~5000 |
| 3pF~0.1uF |
63~500 |
高频、低频 |
Ⅰ~Ⅲ |
>10000 |
|
| 云母电容 |
10pF~0.51uF |
100~7000 |
75~250以下 |
02~Ⅲ |
>10000 |
| 瓷介电容 |
1pF~0.1uF |
63~630 |
低频、高频 50~3000以下 |
02~Ⅲ |
>10000 |
| 铝电解电容 |
1uF~10000uF |
4~500 |
直流， 脉动直流 |
ⅣⅤ |
|
| 钽、铌电解电容 |
0.47uF~1000uF |
6.3~160 |
直流， 脉动直流 |
ⅢⅣ |
|
| 瓷介微调电容 |
2/7pF~7/25pF |
250~500 |
高频 |
>1000~10000 |
|
| 最小>7pF 最大<1100pF |
100以上 |
低频，高频 |
>500 |
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