电容

Capacitance C = Q / V

符号: C = Q / V
单位: farads (F) · Q in coulombs · V in volts · ε in F/m
所属节: 无源元件与基本定律
发布: 2026-08-21
作者: 由 The Circuit Desk 编写

电容是储存电荷与电压之比，C = Q / V。由于电荷无法瞬时移动，电容两端的电压也不能瞬时变化，因此它既是短时储能元件，也是几乎所有滤波与定时电路的基础器件。

两个被绝缘隔开的导体储存电荷的能力，即每伏特一库仑。

支配关系式 C = Q / V i = C · dv/dt E = ½ C V² farads (F) · Q in coulombs · V in volts · ε in F/m

几何与介质

平行板电容 C = ε_r ε₀ A / d。ε₀ = 8.854 × 10⁻¹² F/m；相对介电常数 ε_r 在空气中为 1.0，聚四氟乙烯约 2.2，二氧化硅 3.9，而高容量 X7R / Y5V 贴片陶瓷所用的钛酸钡可达 1000–3000。用 ε_r 在小小体积里塞进更多电容，代价是介质损耗升高、容值对电压与温度敏感——陶瓷电容的全部故事就在这个权衡里。

电容家族的取舍

决定家族的往往是用途，而不是容量。

类型	典型范围	优点	缺点
C0G / NP0 陶瓷	0.5 pF – 0.1 µF	±30 ppm/°C、无电压系数、损耗极低	10 nF 以上体积大、价格高
X7R 陶瓷	1 nF – 22 µF	紧凑，−55…125 °C 内 ±15 %	直流偏置下容值下降 20–50 %
铝电解	1 µF – 100 mF	单位体积容量大、便宜	0 °C 以下 ESR 上升，温度每升 10 K 寿命减半
薄膜（聚丙烯）	1 nF – 100 µF	低损耗、自愈、非常稳定	比陶瓷更占体积、更贵

电流、电压与能量

时域定义式是 i = C · dv/dt：只有电压变化时电容才有电流。储能 ½CV² 且可以全部取出——电池则不同，放电时输出电压会塌陷。这正是电容组能在微秒内把数百焦耳倾泻进故障点的原因，也是电容组必须按电池级别的谨慎来对待的原因。

容值到底去了哪

真实电路中电容并不是一个单值。高于自谐振频率后，封装与引线的寄生电感占主导。陶瓷贴片中有效容值随直流偏置和温度下降：一颗额定 6.3 V 的 10 µF X5R 在 5 V 下可能只有 4–6 µF。要看数据手册的偏置曲线，而不是标称值。

算例

1000 µF 电容充到 24 V 储存 ½ × 0.001 × 24² = 0.288 J。若经 1 kΩ 预充电阻充电，初始浪涌仅 24 mA，电容在 3 个 RC（即 3 s）后达到 24 V 的 95 %。去掉这只电阻后，浪涌只受电源自身阻抗与 ESR 限制；低 ESR 电解电容的 ESR 只有几十毫欧，几百微秒内可产生数百安培——足以把继电器触点焊死。

相邻条目

阻抗 Impedance

架外延伸

Capacitance

Sources · 参考出处

Physics LibreTexts https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/University_Physics_(OpenStax)/University_Physics_II_-_Thermodynamics_Electricity_and_Magnetism_(OpenStax)
NIST https://www.nist.gov/pml/owm/si-units-electric-current