1引言 
11電容器的機理與電氣功能 
顧名思意，可以作這樣的形象理解：所謂電容器（capacitor）就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容器”是一種特殊的物質(zhì)——電荷（charge），而且其所存儲的正負電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板（通常為金屬板）中間隔以電介質(zhì)（dielectric）。即構(gòu)成電容器的基本模型。 
了解了電容器的基本構(gòu)造后，可能會產(chǎn)生這樣的問題：電容從何而來？電容的物理意義為何？電容器的主要參數(shù)有哪些？電容器在電子線路中起哪些作用？下面我們將對上述問題一一作出解答。 
眾所周知，空間中的一個帶電體具有兩個電參數(shù)：電荷電量Q和電位勢U。而這兩者的比值（Q/U）表現(xiàn)出一種有趣的規(guī)律：這個比值僅與帶電體本身的尺寸、形狀及其所處的空間環(huán)境有關(guān)，而與帶電體所帶電荷的多少無關(guān)。也就是說，帶電體所帶電荷與其電位勢的比值表征了帶電體及其周圍環(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)的一種固有屬性，我們把此比值稱為電容量，以C(=Q/U)來表示。電容量也可以理解為帶電體（電位勢一定的情況下）容納電荷的能力。 
我們通過兩個例子來了解電容量C的計算方法： 
（1）真空中孤立帶電球（R=r0）的電容量如何計算？設(shè)孤立電荷的電量Q=q，其相對于無窮遠處的電位勢U=q/(4πε0r0)，則其電容量C=Q/U=4πε0r0。從計算結(jié)果可以看出，電容量只與帶電體的本體尺寸，形狀和所處的空間環(huán)境有關(guān)，而與所帶電量無關(guān)。 
（2）平行板電容器的電容量計算方法。所謂平行板電容器是指兩塊相對平行的金屬板中間隔以相對介電常數(shù)為εr、厚度為d的電介質(zhì)所構(gòu)成的電子元件。設(shè)平行板電容器儲存的電荷Q=q，則正負極板的電荷分別為＋q、－q，兩極板間的電位差為u。平行板電容器可以看作是兩個孤立帶電體電容器串聯(lián)構(gòu)成。設(shè)正極板相對于無窮遠處的電位U＋=u＋，則負極板的電位U－=u＋－u。正負極板具有的電容量分別為＋q/u＋，－q/(u＋－u)。兩者串聯(lián)的合成容量1/C=1/(＋q/u＋)＋1/－q/(u＋－u)=u/q， 
即C=q/u。由物理學(xué)的推導(dǎo)可以得出，u=4πdq/(εrε0S),所以C=εrε0S/4πdq。同樣，電容量僅與其結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，而不依賴其帶電量的多少。 
電容量（Capacitance）、工作電壓（operatingVoltage）、損耗因子（LossFactor）、絕緣電阻（InsulatingResistance）等是標(biāo)定電容器特性的基本電氣參數(shù)。電容器的電容量、損耗因子通常以120Hz下數(shù)字電橋測定的數(shù)值為準(zhǔn)；絕緣電阻則是電容器隔離直流作用的數(shù)值化表征，希望電容器的絕緣電阻越高越好。表征電容器特性的參數(shù)還有：擊穿電壓（BreakdownVoltage）、容許流通的最大紋波電流（Max.RippleCurrent）、使用溫度范圍（OperationTemperatureRange）、容量溫度系數(shù)（TemperatureCoefficient）、頻率特性（FrequencyCharacteristics）等。 
電容器在電子線路中的作用一般概括為：通交流、阻直流。電容器通常起濾波、旁路、耦合、去耦、轉(zhuǎn)相等電氣作用，是電子線路必不可少的組成部分。在LSIC、VLSIC已經(jīng)大行其道的今天，電容器作為一種分立式無源元件仍然大量使用于各種功能的電路中，其在電路中所起的重要作用可見一斑。作貯能元件也是電容器的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，同電池等儲能元件相比，電容器可以瞬時充放電，并且充放電電流基本上不受限制，可以為熔焊機、閃光燈等設(shè)備提供大功率的瞬時脈沖電流。電容器還常常被用以改善電路的品質(zhì)因子，如節(jié)能燈用電容器。 
12電容器的相關(guān)計算 
121電容器的容量 
電容器的靜電容量的計算公式可表達為：用字母可表示為： 
其中K=8.85×10－8μF/cm。 
若干電容器并聯(lián)，其合成容量等于各個電容器容量之和，即C=C1＋C2＋……＋Cn。電容器并聯(lián)可以增強其流通紋波電流的能力，擴展其在濾波、旁路電路中的使用。若干電容器串聯(lián)，其合成容量的倒數(shù)等于各個電容器容量的倒數(shù)和，即：1/C=1/C1＋1/C2＋……＋1/Cn。電容器并聯(lián)使用，相應(yīng)于增大了電介質(zhì)的厚度，故可以提高其耐壓能力，使用在工作電壓較高的工作場合。 
122電容器存儲的電能　　電容器充電至端電壓V時，此時再移動dQ=CdV的電荷所作的功為VdQ=CVdV，那么在電容器的整個充電過程中，電容器儲存的電能E即可表示為：;在整個充電過程中，電源消耗的電能為QV，所以為電容器充電，電源的能量利用率僅為50％。 
123充放電時電容器端子的電壓與電流變化趨勢 
電容器通過定值電阻R充電時，電容器端子的電壓、電流變化趨勢為： 
電容器通過定值電阻R放電時中，電容器端子的電壓、電流變化趨勢為： 
13電容器的分類 
依據(jù)所使用的材料、結(jié)構(gòu)、特性等的不同，電容器的分類也不同。在此，我們主要依據(jù)電容器特性原理的不同，將其分為兩大類：化學(xué)電容器（chemicalcapacitor）和非化學(xué)電容器（nonchemicalcapacitor）。 
131化學(xué)電容器（ChemicalCapacitor） 
化學(xué)電容器是指采用電解質(zhì)作為電容器陰極的一類電容器。廣義上講，電解質(zhì)包括電解液（electrolyte）、二氧化錳（MnO2）、有機半導(dǎo)體TCNQ、導(dǎo)體聚合物（PPy、PEDT）、凝膠電解質(zhì)PEO等?；瘜W(xué)電容器又包含兩大類別：電解電容器（electrolyticcapacitor）和超電容器（supercapacitor）。 
電解電容器是指在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬（ValveMetal）的表面采用陽極氧化法（AnodicOxidation）生成一薄層氧化物作為電介質(zhì)，以電解質(zhì)作為陰極而構(gòu)成的電容器。電解電容器的陽極通常采用腐蝕箔或者粉體燒結(jié)塊結(jié)構(gòu)，其主要特點是單位面積的容量很高，在小型大容量化方面有著其它類電容器無可比擬的優(yōu)勢。目前工業(yè)化生產(chǎn)的電解電容器主要是鋁電解電容器（Aluminiumelectrolyticcapacitor）和鉭電解電容器（Tantalumelectrolyticcapacitor）。鋁電解電容器以箔式陽極、電解液陰極為主，外觀以圓柱形居多；鉭電解電容器采用燒結(jié)塊陽極，陰極采用半導(dǎo)體材料二氧化錳，外形多為片式（chiptype），適應(yīng)于SMT技術(shù)需求的SMD。 
超級電容器一般采用活性炭（ActiveCarbon）、二氧化釕（RuO2）、導(dǎo)體聚合物（polymerConductor）等作為陽極，液態(tài)電解質(zhì)作為陰極。超電容器可以獲得法拉級的靜電容量，有利于化學(xué)電容器的超小型化，但是，其缺點是單體（cell）的耐電壓有限，采用水系電解液（AqueousElectrolyte），耐電壓在1V以下，即便是采用非水系電解液（Nonaqueouselectrolyte），其耐電壓一般也不超過3V。確切地說，超級電容器是介于電容器和電池（Battery）之間的儲能器件，既具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電池的儲能機理——氧化還原反應(yīng)（Oxidationreductionreaction）。超級電容器也可以分為兩類：（1）以活性炭為陽極，以電氣雙層的機制儲存電荷，通常被稱作電氣雙層電容器（ElectricalDoubleLayerCapacitor,EDLC）;(2)以二氧化釕或者導(dǎo)體聚合物為陽極，以氧化還原反應(yīng)的機制存儲電荷，通常被稱作電化學(xué)電容器（ElectrochemicalCapacitor,EC）。 
132非化學(xué)電容器（NonchemicalCapacitor） 
非化學(xué)電容器的種類較多，大都以其所選用的電介質(zhì)命名，如陶瓷電容器、紙介電容器、塑料薄膜電容器、金屬化紙介/塑料薄膜電容器、空氣電容器、云母電容器、半導(dǎo)體電容器等。 
陶瓷電容器采用鈦酸鋇、鈦酸鍶等高介電常數(shù)的陶瓷材料作為電介質(zhì)，在電介質(zhì)的表面印刷電極漿料，經(jīng)低溫?zé)Y(jié)制成。陶瓷電容器的外形以片式居多，也有管形、圓片形等形狀。陶瓷電容器的損耗因子很小，諧振頻率高，其特性接近理想電容器，缺點是單位體積的容量較小。 
以往的紙介電容器、塑料薄膜電容器多用板狀或條狀的鋁箔作為電極，現(xiàn)在，大多采用真空蒸鍍的方式在電容器紙、有機薄膜等的表面涂覆金屬薄層作為電極。由于金屬化形式的出現(xiàn)，該類電容器在小型化和片式化方面有了長足的發(fā)展，對電解電容器構(gòu)成一定的挑戰(zhàn)和威脅。 
云母電容器采用云母作為電介質(zhì)，其特點是電容器的可靠性高、容量的溫度變化率很小，常被用來制作標(biāo)準(zhǔn)電容器。 
半導(dǎo)體電容器大概分為兩類：一類是由兩塊相接觸的N型和P型半導(dǎo)體構(gòu)成。眾所周知，當(dāng)N型半導(dǎo)體接正、P型半導(dǎo)體接負饋電時，電流不易流過PN結(jié)，電荷即在PN結(jié)的兩側(cè)聚集，起電容器的功效。并且PN結(jié)的耗盡層會因外加電壓的大小變化而改變其厚度，也即正負電荷層的間距會發(fā)生變化，故而表現(xiàn)出容量隨外加電壓的變化而變化的特性：外加電壓增大，容量減小。另一類被稱為半導(dǎo)體陶瓷電容器。由摻雜金屬La的N型半導(dǎo)體陶瓷—鈦酸鋇的兩個側(cè)面涂布銀電極，并焊接上端子而構(gòu)成。銀電極和半導(dǎo)體陶瓷的界面呈現(xiàn)整流特性：從銀電極到半導(dǎo)體陶瓷，電流容易流通，反之則電流幾乎不能流通。因而，當(dāng)給兩端子上外加電壓時，電荷會在某一界面的兩側(cè)聚集，表現(xiàn)出電容器的特點。