发表时间：2014-04-16

电容器基础培训资料(一)

01、             电容器回顾与展望/

02、             电容器概述

03、             电容器的物理性质

04、             电容器的介质

05、             电容器分类

06、             电容器的基本特性

07、             电容器的主要参数

08、             电容器参数的表示方式

09、             国产电容器的命名

10、             电容器的储能与电容器、端电压的关系推导

2013年7月电容器的回顾与展望

与其他电子元器件一样，电容器在电子线路、电气装置的不同历史阶段有着不同的特征。

最原始的电容器是1745年荷兰莱顿大学 穆森布罗克发明的莱顿瓶，它是玻璃电容器的雏形。

1874年德国 鲍尔发明云母电容器。

1876年英国 菲茨杰拉德发明纸介电容器。

1900年意大利 隆巴迪发明陶瓷介质电容器。

20世纪30年代人们发现在陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长，因而制造出比较便宜的陶瓷介质电容器。

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年出现液体烧结胆电解电容器。

1956年制成固体烧结铝电解电容器。

真空管的问世使电容器进入电子时代，电容器伴随真空管一道进入了无线电发射机、无线电接收机时

代，极大地推进了信息传递的速度。这个时代的电容器对体积、等效串联电路（ESR）、可承受的纹波

电流没有苛刻的要求、电容器的种类主要有：整流滤波用的铝电解电容器，旁路、耦合用的纸电解电容

器，高频部分的陶瓷电容器和云母电容器，调谐的空气介质可变电容器等。和今天的电容器相比，那个

年代电容器的特点是体积比较大，是现在电容器体积的数倍甚至数十倍。不仅如此，那个时代电容器的

电容量相对比较小，在常用的纸介质电容器中能看到0.1μF以及100μF/450V铝电解电容器就已经很不容易了。

电力事业的飞速发展使人们认识到提高功率因数的必要性。与同步补偿机相比，电容器作为功率因

数补偿具有更高的可靠性和更低的运行成本。时至今日，用于功率因数补偿的电力电容器在电容器领域

中仍占有及其重要的地位。

机械加工新技术迫切需要高放电电流、高电容量的电容器，促使高电容量、高放电电流电容器问

世。晶体管的出现，极大地减小了电子线路的体积。与此同时要求作为无源元件的电阻、电容器的体积

随之减小。这个需求有力的推动了电容器体积的小型化进程，使收音机变得非常便携。

当今表面贴装技术把电容器体积微型化推向新的高潮。1206封装（3.2mm×1.6mm）的尺寸可以做

出来100μF以上电容器的陶瓷电容器。0805（2mm×1.27mm）、0604（1.6mm×1.0mm）、0402

（1.0mm×0.5mm）封装的电容器已成为常见元件。这样，电路板的尺寸得以大大缩小。这就是今天的

手机、数码产品体积越来越小的有力保证之一。

电力 电子技术使感应电动机调速变得非常方便，这就要求电容器的性能与时俱进。首先，变频器的

整流滤波电容器不仅要求具有足够的耐压和电容量，还要求电容器可以承受很高的纹波电流值。变频器

大量使用450V数千微法的铝电解电容器。不仅如此，由开关器件由晶闸管、巨型晶体管转变为IGBT，

换流速度超过1000A/μs,数十毫微亭的寄生电感也会产生数百伏乃至上千伏的冲击电压。因此，变频器

还需要可以承受极高峰值冲击电流的缓冲电容器和直流母线缓冲电流器（旁路电容器），或数千微法/

上千伏耐压的薄膜滤波电容器，这些电容器不仅要有极低的寄生电感，而且还要承受和吸收极高峰值电

流和有效值电流。这些电容器过去时不可想象的。

电力电子技术领域分支之一是感应加热。由于晶闸管的特殊性，需要用电容器将负载由电感性补偿变

为电容性，而且还处于诸报状态。由于感应加热的工作效率明显的高于50Hz交流电，这是在相同的电

容量和工作电压下流过补偿电容器的电流也明显地高于50Hz交流电，这时在相同的电容量和工作电压

下流过补偿电容器的电流也明显地高于50Hz交流电时的电流。因此，在电容器中将会产生更高的功率

损耗和更多的能量，这就需要更好的冷却措施，水冷电容器就在这样的背景下产生了。

由于电容器的充放电过程仅仅是物理过程，同时电容器的内阻非常低，因此，电容器的高电流放电能

力远高于电池。在需要急剧放电的应用领域中，单体脉冲电容器的放电能力可以达到数万安【培】。在

激光、核聚变等科学领域，脉冲电容器的这个能力是其他元件和能源所不具备的。最常见的电容器局电

流脉冲放电应用是照相机的电子闪光灯，小小的数百微法铝电解电容器可以瞬间释放上百甚至是数百安

【培】的脉冲电流。当然，汽车的安全气囊、医学急救的除颤器等也属于电容器高电流脉冲的应用领

域。由于高电流放电可以获得很多不可想象的物理、化学过程，高电流放电还会涌现越来越多的应用。

如果将电容器的电容量做得极大，电容器在某些领域中可以替代蓄电池。在动力设备的启动、混合

动力汽车等领域将有着很好的应用。这样的电容器就是超级电容器。现今的超级电容器单体可以做到

5000F/2.7V(体积为60min×70tnm×165mm),其能量密度可达到6W·h从g，是目前最优秀的程离子电池

的I/(10～20),放电电流可以达到2000A以上，同体积的蓄电池绝不会具有这个水平的放电能力。如果觉

得这个能量密度还不满意，还可以将蓄电池原理引入超级电容器中，这就是电化学电容器，目前的能能

量密度的实际应用水平已可以达到13～15W·h/kg，实验室水平可以达到20～30 W·h/kg。这个水平接

近于普通铅酸蓄电池的能量密度。因此，有人曾乐观地预计电化学电容器回去带铅酸蓄电池。

电容器的介质材料是电容器性能的关键。高介电强度、高介电系数是电容器体积缩小的最基本因

素。高介电强度是减小高压电容器体积降低成本的主要因素，在高压、超高压电力电容器中，介质的介

电强度僵尸成本和性能的最强大竞争因素。高介电系数陶瓷材料的介电系数可以超过10000.因此，相同

的电容量、耐压的陶瓷电容器的体积有可能比电解电容器还小。随着电容器材料和制造技术的进步，各

类新型的、性能更优异的、体积更小的电容器会层出不穷，以满足各种应用要求。科技工作者也会利用

现有的电容器，开发出更多新颖的应用领域。

电容器概述

一、什么是电容

电容是什么？顾名思义，就是能容纳电量的能力。大学为物理书中说：“对任一‘孤立’的不受外界影

响的导体来说，当导体带电时，导体所带的电量q与相应的电位U的比值C，是一个与导体所带的电量无

关的物理量，成为‘孤立’导体的电容”

导体的电容表征是导体特有的性质，在量值上等于这个导体的电位为一单位时导体所带的电量。

在国际单位制中，电容的单位为法【拉】（F）。如果导体所带的电量为1库【伦】（C），相应的电位

为1伏【特】（V）时，这个导体的电容即为1法【拉】，可以用大写英文字母F表示。如果觉得法

【拉】这一单位太大，还可以用mF、nF、pF等。

二、什么是电容器

电容器是什么？顾名思义，就是容纳电荷的器件。当导体的周围有其他物体存在时，这个导体的电

容就会受到影响。因此，有必要设计一种导体组合，其电容量值较大，而几何尺寸尽可能的小，而且还

要不受其他物体的影响，这样的导体组合就是电容器。在物理学中电容器的概念可表述为：“在周围没

有其他带电导体影响时，由两个导体组成的导体体系”。电容器的电容（或称电容量）定义为：当电容

器的两极板分别带有等值异号电荷q时，电量q与两极板间相应的电位差UA-UB的比值。

孤立导体实际上仍可以认为是电容器，只不过另一导体在无限远处，且电位为零。式（1.6）即变为

式（1.1）。因此，可以看到，所谓“孤立导体”的电容实际上还是两个导体间的电容，与一般电容不同的

是，另一导体在无限远处而已。但电容毕竟是导体之间的特性，孤立导体的电容事实上是不存在的。

电容器的物理性质

一、电容器的物理意义

电容器的物理意义可以用式（1.6）表示，即电容、电荷、电势差（电压）的关系。由这个关系以及电荷与电

流的关系还可以得到电路与电子学中最常用的电容器上的点和与电流的关系，即当电流是变化的时，则

式（1.7）应写为在一般的应用中，电容器的两极板间电势差成为电容器上的电压，用人表示。这样由

式（1.7）、式（1.8）得到的电容器的电压、电流关系可以用下式表示：

电容器的储能为

其单位是焦【耳】。式(1.10)就是通常表示电容器所具有的储能公式。

二、平板电容器的电容

其中，S、d和 分别为电容器的极板面积、极板间的距离、真空的介点系数和极板间介质的相对

真空的介电系数，而从式(1.11)可以看出，平板电容器的电容与极板面积成正比，与极板间距离成反

比，并且与介质相对真空的介电系数成正比。因此，欲获得大的电容，应选用尽可能大的极板面积、

尽可能小的极板间距离和尽可能大的极板间介质的介电系数。这就是制造电容器的准则之一。

三、卷绕电容器的电容

式中：C为微法，S为电极面积（厘米2），d为介质厚度（厘米）， 为介电常数。

电容器的介质

一、介质的相对介电系数

物理现象：在物理学的实验中可以发现，对外界开路的并充以电荷的两电容极板间插入介质后电场力变

小。这一现象表明，插入介质的电容器的两极板间的电势减小，由公式得知，在电容的电荷量不变的条

件下，电容极板间电压减小的结果必然是电容量的增加。因此，可以看到，电容极板间插入介质可以增

加电容量。为增加电容量，通常要在电容的极板间加入相对介电系数较大的介质。

二、介质损耗

在外加电压下，电介质中一部分电能转换为热能的现象，成为介质损耗。一般来说，电介质都有微弱的

导电性，但因产生漏电流而引起的能量损耗是较小的。主要的介质损耗是在高频交变电压作用下，高额

外电场是在电介质反复极化的过程中发生的。频率越高，发热越显著。当频率为介质谐报频率时，介质

将完全吸收外来的能量，并转换为热能而剧烈发热。最典型的现象就是微波炉加热水或食物中的水分，

这时的微波能量将“完全”被水吸收，使水得到加热。然而，电容器中的介质决不允许出现这种现象，如

果出现类似现象，将使电介质丧失绝缘性能而损坏。

三、介质击穿

在强电场中，电介质会失去极化特征而成为导体，最后导致电介质的损坏（如晶格裂缝、氧化、熔化

等）现象，这种现象成为电介质的击穿现象。电介质的击穿有三种形式，即热击穿、化学击穿和点击穿。

热击穿是电介质的损耗一起的。当损耗所产生的热量多于电介质向周围传递的热量时，电介质的温度迅

速上升，电导率随之增加，甚至导致电介质的热损坏。所以热击穿总是在电容器最不好的地方发生的。

化学击穿是指电介质长期处于高压下工作之后出现的。强电场会在电介质表面或内部的小孔附近引起局

部的空气碰撞电离，从而引起电介质的电晕，生成臭氧和二氧化碳。这些气体对有机缘材料是有害的，

会使这些材料的绝缘性能降低，并损坏电介质。

点击穿是电介质在强电场作用下，被激发自由电子而引起的。这时，电介质中出现的电子电流随

电场的增加而急剧增大，从而破坏电介质的绝缘性能。

四、介质击穿场强

表：电容器常用介质的相对介电系数、介质损耗和介电强度

介质材料	相对介电系数	介质损耗	介电强度
空气	1.000585
氢气	1.00264
玻璃	5～10	0.01	100～300kV/mm
云母	6～8	0.0005	2000～3000Kv/mm
聚酯薄膜	3.0～3.2	0.005（50Hz）0.02（100KHz）	300kV/mm
聚丙烯	2.0～2.2	0.0003(50Hz)	400kV/mm
聚苯乙烯	2.5	0.0001(50Hz)
氧化铝	8		70000kV/mm
氧化钽	20
低介电系数陶瓷	高至100	0.01
中介电系数陶瓷	高至1200	0.02
高介电系数陶瓷	1000～12000	0.03
聚四氯乙烯	2.3～3.8	0.01
纯水	81.5
乙醇	25.7
多氯联苯	5.2	0.03（50Hz）	45 kV/2.5mm
十二烷基苯	2.35～2.8	0.0005(50Hz)	60kV/2.5mm
电容器油	2.1	0.006(50Hz)	200 kV/cm
电容器纸	≈2	0.17	280～410kV/mm
苯甲基硅油	2.63～2.8	0.00032(50Hz)	45 kV/2.5mm
蓖麻油	4.2	0.02(50Hz)	45 kV/2.5mm
二芳基乙烷	2.5	0.03	70 kV/2.5mm
异丙基联苯	2.6	0.04	60 kV/2.5mm
苄基甲苯	2.66	0.24	70 kV/2.5mm

五、介质吸收（弛豫时间）与残余电压

如果电容器不存在介质吸收，则接上直流电源时的初始充电或极化电流将是

其中，i、V、R、e分别为电容器的极化电流、外加电压、电容器串联的电阻和自然对数的底2.718。

当时间t趋于无穷大时，极化电流趋于零。如果R值很小，这个过程将会在很短时间内完成，电容器充满

电。但是实际上，对于固体介质电容器，将充满电的电容器瞬间放电后再开路，过一段时间会因为有些

原先的电荷被介质吸收，“在电容器的极板上”累积新的电荷，这就是介质吸收效应，对应的电容器产生

的电压成为残余电压。而对于液态电极或电介质，参与电压的产生则是由于内阻造成的，这个内阻不仅

仅是ESR，而是粗糙电极深处的寄生电阻，这个内阻通常在电容器外面是很难测试的。

电容器的分类

按介质分类，电容器可分为真空电容器、空气介质电容器、云母电容器、纸介电容器、有机膜电容器

（有机膜主要指聚酯电容器C过去称为涤纶电容器）、聚丙烯电容器、聚碳酸酯电容器、聚四氟乙烯电

容器、聚苯乙烯电容器，等等、复合膜电容器、陶瓷介质电容器、有氧化铝和五氧化二钽为介质的电介

质电容器（即铝电解电容器）、铁电体电容器和双电层电容器（超级电容器）等。

按电极分类，电容器主要可分为金属箔电容器、金属化电容器、由电介质构成负极的电介质电容器。

按封装方式与引线方式分类，电容器主要可分为贴片电容器、轴向引线电容器、同向引线电容器、双

列直插电容器、插脚式电容器、螺栓电容器、穿心电容器等。

按用途分类，电容器主要可分为用于功率因数补偿的电力电容器、高功率瞬时放电的脉冲电容器、工作

电压数万甚至数十万伏的高压电容器、中颇感应加热或高频感应加热的感应加热电容器、应用于高频场

合的高频电容器、用于高频功率电路的高频功率电容器、工频整流滤波或直接支撑以及“高频”整流滤波

的滤波电容器、为降低电源阻抗的旁路电容器、仅耦合交流信号而隔离直流工作点的耦合电容器、用于

交流电动机的启动电容器和裂相电容器、用于谐振回路的谐振电容器、存储和释放电能的储能电容器、

电力电子电力电子电路中整流滤波和旁路以及缓冲等功能的电力电子电容器、用于滤除电源电磁干扰的

抑制电源电磁干扰电容器、屏蔽用的穿心电容器、减缓电压上升速率的缓冲电容器等。

电容器的基本特征

一、电容器各参数间的关系

电容器在电路中电流与电压的关系为 或

在正弦波电压 sin t的激励下，电容器中的电流为

这样，电容器中的电流峰值（或有效值）与电压峰值（或有效值）的比为

式中的λ具有与电阻相同的量纲，因而成为电容器的电抗，简称为容抗。很显

然，频率越高，容抗越小；同样，电容量越大，容抗越小。上式的关系也表明了电容器的滤波、旁路、

隔离直流同时耦合交流信号的作用。在复频域（S域）中，电容器的各参数间的关系为

二、多只电容器的连接

在实际应用中，如果单体电容器的电容量不够，可以用多只电容器并联应用。并联后电容器组的电容量

为与电阻串联特性一样，并联后电容器组的容抗为，如果单体电容器的耐压不够时，通常的情况下需要

多只相同电容量、相同额定电压的电容器串联。串联后电容器组的电容量为与电阻并联特性一样，串联

后电容器组的容抗为

三、电容器的主要作用

电容器的主要作用是储能、滤波、耦合（隔直）、旁路（去耦）、谐振、移相、保持（用于采样保持电

路和积分电路）。