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电容器入门01、 电容器回顾与展望/P1～202、 电容器概述/P303、 电容器的物理性质/P404、 电容器的介质/P5～605、 电容器分类/P706、 电容器的基本特性/P807、 电容器的主要参数/P9～P1208、 电容器参数的表示方式/P13～P1609、 国产电容器的命名/P1710、 电容器的储能与电容器、端电压的关系推导/P18 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P·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M·鲍尔发明云母电容器1876年英国D·菲茨杰拉德发明纸介电容器1900年意大利L·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年出现液体烧结担电解电容器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、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”即 （1.1）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等较小的单位表示，它们的相互关系为二、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，即 (1.6)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 （1.7）当电流是变化的时，则式（1.7）应写为 （1.8）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： （1.9）电容器的储能为 (1.10) 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 C = (1.11) 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，而为从式(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5～100.01100～300kV/mm云母6～80.00052000～3000Kv/mm聚酯薄。