2.2 电容器的常用参数

应用电容器时，一般要进行挑选，如选择电容大小是否合适、耐压是否能承受等。电容器的这些特性，统称为参数。电容器的常用参数较多，下面逐项介绍。

2.2.1 电容器的标称电容及其标记方法

1.电容器的标称电容

制造电容器时，首先要考虑电容应该做多大，在设定制造后，就要标记在电容器表面上，常称为电容器的标称电容（简称电容）。电容器上标记电容的方法常有以下几种。

2.完整标记法

完整标记法也称为普通标记法或直标法，是将表示电容的数值和单位直接标记在电容器外表上。如图2-5（c）所示电容器上的“180µF”，就是采用完整标记法标出的电容，其中“180”为数值，“µF”为单位。这种标记法比较直观，一看就知道电容大小。

如图2-5（f）所示电容器上标记的“470p”，是简单的完整标记法，其中“470”为数值，“p”是单位“pF”的简写形式，省略了基本单位“F”。

3.数码标记法

数码标记法是用具有一定规律的三位数字标记在电容器的外表上，表示电容大小，并规定单位为pF。前两位数字为有效数字，第三位数字是有效数字应乘以“10”的“指数”，通过计算得出的结果才是电容器的电容值。当第三位数字为1时，表示有效数应乘以101（乘10）；第三位数字为2时，表示有效数应乘以102（乘100）；以此类推。但第三位数字为9时，则表示有效数字应乘10−1（即除10）。下面结合图2-8所示电容器上的标记作具体说明。

“331”表示的电容是33×101=33×10=330pF。其中，“33”为电容的有效数字，第三位“1”表示33应乘以“10”，或者说33后面应加一个0，这才是331要表明的实际电容值。

“630”表示的电容是63×100=63×1=63pF。

“474”表示的电容是47×104=47×10000=470000pF=0.47µF。

“159”表示的电容是15×10−1=15÷10=1.5pF。

4.数值简记法

数值简记法是用最简单的数字来标记电容器的电容。这种标记方法与数码法既相似又有区别。相同的是，它们都只在电容器上标出数字而不标单位；不同的是，简记法所标的数字是电容器的实际电容值，无须扩大或缩小换算。另外数码标记的是整数，而简记法标记的既有整数也有小数。简记法中，凡整数部分有有效数字的，电容的单位一律用“pF”，凡整数部分没有有效数字的，单位一律用“μF”。

如图2-5（a）所示电容器上标记的“330”是一个纯整数，表示电容是330pF。

如图2-5（b）所示电容器上标记的“5.1”，表示电容是5.1pF。5.1是这个电容器的实际电容值，由于整数部分有有效数字“5”，所以单位应是pF。

再如图2-5（e）所示电容器上标记的“0.1”，表示的电容是0.1μF，因整数位是“0”，没有有效数字，所以单位应该是μF。

需要指出，这种简记法仅适用于电容小于1μF的电容器做电容标记。

5.整数标记法

整数标记法仅用十进制字母与数字标记出电容器的电容，字母前面的数代表整数，字母后面的数代表小数。电容的单位统一用pF。

如图2-9中标有68n的电容器，其电容为68npF，可换算为68npF=68×103pF=68000pF。

图2-9中标有2p2的电容器，其电容为2.2pF。

图2-9中标有M33的电容器，因为M前面无有效数字，表明电容是纯小数，为0.33MpF，可换算为0.33MpF=0.33×106pF=330000pF。可换算简写为0.33μF。

图2-9中标有4G7的电容器，其电容为4.7GpF。可换算写成为4.7GpF=4.7×109pF。由于4.7×109pF在书写上不简便，可进一步换算简记为4700μF。

图2-9中标有G68的电容器，因为G前面无有效数字，表明电容是纯小数，为0.68GpF，可换算为0.68GpF=0.68×109pF=680μF。

综上所述，用各种方法标在电容器上的电容，称为电容器的标称电容。

6.色环标记法

国际上还有色环标记方法，它是在电容器上标出3～5条色环，用于表示电容器的各项参数。其中用第一、二、三条色环表示电容器的电容，它与色环电阻器上用色环标记电阻的方法相同。只不过电容的单位规定为pF，电阻的单位规定为Ω。

还要指出，如果电容器上某条色环较度，是标准宽度的2倍，那么该色环就代表颜色相同的两条色环；若某条色环是标准宽度的3倍，那么该色环就代表颜色相同的三条色环。

2.2.2 电容器的电容误差

1.电容误差的形成

每个成品电容器的实际电容都不可能100%达到理想的标称电容值，总会大于或小于标称电容，常称为电容误差。电容误差的定义是：实际电容与标称电容的差跟标称电容比值的百分数。用数学表达式可写成：

式中，δ表示电容误差；CS表示实际电容；CB表示标称电容。

造成电容误差的原因，一是电容器极板面积不可能百分之百控制在设计的精度上；二是极板间绝缘介质厚度不可能百分之百达到设计的厚度，面积与厚度的丝毫误差都将直接造成电容误差。这种误差多由制造工艺精度造成，不可避免。但误差不允许太大，否则将无法标出电容器的标称电容，也就无法使用。因此，国家对电容误差做了控制性的规定，将电容误差分为2%、5%、10%、20%等几个等级标准，以此来控制生产和实际选用。电容误差越小，精度越高。

2.电容误差的标记

电容误差也叫电容允许偏差或误差等级，常用以下方法标记在电容器外表上。

（1）直标法：是用“±”和百分数共同表示电容误差。如图2-5（c）所示电容器上标记的“±5%”，就是电容误差。这表示生产这批电容器时，严格地控制了生产精度，使电容偏大（用“+”表示）或偏小（用“−”表示）时均不得小于“5%”，在标记误差等级时将这两种情况综合简记为“±5%”，称为直标法。

（2）罗马数字标记法：有一些电容器，在电容后面用罗马字符标记电容误差，如图2-10所示。Ⅰ表示误差等级为±5%，Ⅱ表示误差等级为±10%，Ⅲ表示误差等级为±20%。

（3）字母标记法：就是采用规定的字母标记在电容器外表电容的后面，表示电容误差。常用表示电容误差的字母与对应的误差等级见表2-4。

如图2-8所示的几个电容器，均是采用字母标记法来标记电容器的电容误差。

电容误差还有对称与不对称之分，有些电容器允许电容对称误差，有些电容器允许电容不对称误差，见表2-2。

2.2.3 电容器的额定电压与绝缘耐压

1.电容器的绝缘耐压

电路中电容器的两极间都加有一定电压，若电压太高，电容器就会被击穿烧毁。因此在制造和使用电容器时，除了要考虑电容之外，还应考虑电容器能够承受多高电压。要理解这一问题，还得从图2-4所示电容器充电原理中认识，当电源电压从1.5V慢慢增大时，A、B极板上正、负电荷就越聚越多，A、B极板间电场就越来越大。当电场力增大到一定程度后，A极板的电场力就能将B极板上的正电荷“强行拉过来”。B极板的电场力也能将A极板上的负电荷“强行拉过来”。这时电荷就能在电容器两极板间移动形成电流，绝缘介质也阻挡不了，电容器两极板就等同于相互连通的导体，失去它原有的结构和作用。这种电荷能够穿透绝缘介质在两极板间移动的现象，常称为电容器击穿。电容器击穿后导通的电流很大，将产生很高温度使构成电容器的材料烧毁。

电容器除内部绝缘介质层能够发生击穿外，还可通过两极间外壳绝缘层发生击穿。如果外壳绝缘层的耐压能力小于内部介质层，那么击穿就先发生在外壳绝缘层上。

除此之外，电容器击穿还与电容器的设计结构和加工工艺有关，如果电容器极板板面加工粗糙或带有尖端，尖端就会穿破绝缘介质形成尖端放电，为电容器击穿创造条件。

电容器在制成产品后，绝缘物质的耐压能力就成为电容器固有的属性，它能承受的最大电压，就称为电容器的绝缘耐压。电容器的绝缘耐压一般为它的额定工作电压的1.5～2倍。

2.电容器的额定电压

额定电压是指电容器工作在最低与最高环境温度时，可以承受连续加上的最高直流电压以及最高交流电压的有效值。

讲述电容器额定电压时，常以两极能承受的直流电压来分析。这个电压值一般标写在电容器表面，显著标志是在数值后面带有电压的单位“V”。如图2-5（c）所示电容器上标记有“400V”，就是它的额定电压。其意义是，这个电容器在电路中使用时，两个电极间加的电压不得超过400V，若超过了400V，电容器将会击穿。像这样标记在表面的电压值就叫做电容器的额定电压。

每个电容器上标出的耐压都留有余地，一般比额定电压高1.5～2倍。这是因为，电容器在应用中，不仅要考虑两极承受的耐压，还要考虑许久综合因素，如温度升高耐压能力就会降低，外加电压波动会使电容器承受的实际电压偏高等。因此，电容器在应用中不超过额定电压才能保障应用安全。

额定电压与绝缘电压既有关系又有区别，一般来说，额定电压与绝缘电压都是与电容器的耐压问题有关的量，但绝缘电压单指绝缘介质能承受的电压，而额定电压广指绝缘介质能够承受的电压，极板与壳体的耐压，电容器与其他元件相触时的耐受电压，可见额定电压是从全方位考虑。

电容器类型不同，额定电压也不同，如小云母电容器的耐压一般在250V左右，小瓷介质电容器的耐压一般在60V左右，聚苯乙烯电容器的耐压有63V、160V、400V、600V等几种，电解电容器的耐压有12V、25V、50V、160V、400V等几种规格。实际应用中，还有一些电容器没有标出额定电压值，它们多只能在100V以下的电压条件中使用，否则就有可能击穿，造成电容器永久性损坏。

电容器额定电压除由固有因素决定之外，环境温度太高时，耐受电压能力会降低；环境湿度太大时，耐受电压能力也会降低。因此选用电容器时还应考虑这些因素。原则上，在电容相等的条件下，可以用额定电压高的电容器替换额定电压低的电容器。

2.2.4 电容器的绝缘电阻、温度范围及温度系数

1.电容器的绝缘电阻

绝缘电阻描述了电容器两极之间的综合电阻值，包括介质的绝缘电阻以及两个电极间外壳绝缘物质形成的电阻。任何绝缘体都不绝对理想，都存在着电阻，两极之间总会有电荷穿过绝缘物质，只不过数量很少而已，通常称为电容器漏电。漏电是电容器存在绝缘电阻产生的，故也将这种电阻称为漏电阻。

绝缘电阻可用欧姆定理来概述：电容器的综合电阻等于加在两极的电压与两极漏电流的比值，用数学表达式可简写成：

式中，U是加在两极上的电压，单位为V；I是两极间的总漏电流，很微小，故单位用μA；

R 是两极间的总电阻值，因绝缘电阻很大，所以单位用MΩ。一般来说，电容器的绝缘电阻值都很大，多在几百兆欧至几千兆欧。

电容器的绝缘电阻值虽然可以通过上式的电压和电流计算出来，但实际决定电容器绝缘电阻的要素，是内部介质的电阻（用 R1表示）和绝缘外壳的电阻（用 R2表示），而且这两种电阻是并联在电容器两电极之间。

从原理上讲，介质电阻R1与它的有效面积（用S1表示）成反比，外壳电阻R2则与它的面积（用 S2表示）成反比。可想而知，若电容器的电容增大，介质面积会增大，体积会增大，即是使S1、S2增大，必然使R1和R2减小，直接导致绝缘电阻R减小。相比之下，内部介质面积S1远大于外壳面积S2，因此，绝缘电阻R的大小主要取决于S1，而S2对绝缘电阻R的影响相对较小。

另外，介质材料较厚时，电容器的绝缘电阻就大；反之，就小。

2.电容器的温度范围

电容器的温度范围，是指它储存或应用时允许的温度范围，超过这一范围，电容器就会被高温损坏。电容器温度范围的级别，通常也标记在外表上，是用一个字母和一个数字组合标记的，其中字母表示最低温度，数字表示最高温度，见表2-5。举例来说，温度范围为−55～+125℃，就标记为“D4”。温度范围为−65～+155℃，就标记为“E5”。

电容器温度范围也称为工作温度，表示电容器在该温度范围内应用时，能长期、稳定、安全地工作。

3.电容器的温度系数

电容器的温度系数是指温度变化将影响电容变化，这种变化存在着如下关系：

式中，t1表示原室温时的温度，t2表示变化后的温度，单位都为℃；C1表示原温度时的电容，C2表示温度变化后的电容，单位都为μF；αc表示电容随温度变化的系数，单位为1/℃。

这个公式表明温度系数等于电容的变化量除以温度变化量与室温电容之积。这里，电容变化量是（C2−C1），温度变化量是（t2−t1），室温电容是 C1。用另一种方式讲，电容的变化量，等于温度系数、室温电容、温度变化量三者之积。于是上面公式就可写成：

C1−C2=αc·C1·（t2−t1）

这个公式表明，如果某种电容器的温度系数大，当温度有一定变化时，电容的变化量就较大，稳定性差，质量差。因此，在实际应用中应尽量选用温度系数小的电容器。

2.2.5 电容器的损耗

1.损耗角的正切值

电容器不能导通直流电，但能导通交流电。应用电容器，就是应用它“隔直流，通交流”的特性。

一个理想的电容器在应用电路中不应损耗电能。事实上在交流电通过电容器时，都要产生一定的能量损耗。通常用损耗角正切值tgδ来综合、全面、准确地表示损耗大小。

损耗角正切值tgδ 是电容器很重要的一项参数。其定义是：电容器在额定频率正弦波电压下工作时，损耗角的正切值tgδ 等于它的损耗功率 PS 与无功功率 PW 之比，即t。这表明，tgδ大电容器的损耗就大，tgδ小则损耗就小。

电容器损耗主要由两方面的因素引起，一是介质损耗，二是金属损耗。

2.介质损耗

在介质损耗方面，又有漏电损耗、电离损耗、极化损耗三种形式。

（1）漏电损耗。简单地讲，漏电损耗就是介质漏电电流引起的一种电能损耗。

电容器极板之间装入绝缘介质的目的就是使两极板相互绝缘，避免两极板上电荷相互移动。但任何绝缘介质都不是理想的绝缘体，总会有极少部分电荷通过介质在两极板间移动，任何电容器都存在这种现象。当移动的电荷极少，不影响电容器正常工作时，就说介质的绝缘电阻很大，是好电容器。当移动的电荷增加至一定量时，两极板间便形成微小电流，这种情况称为介质漏电，这时的电流称为漏电流。介质漏电就造成电能损耗。

以图2-11为例说明。如果电容器漏电，A极板上负电荷会通过介质移动到B极板上与正电荷中和，从而造成A极板负电荷和B极板上正电荷的数量减少，这就损耗了电荷。这种因绝缘介质漏电产生的损耗，就称为漏电损耗。

电容器的漏电损耗与介质的材料特性和厚度有关，还与工作频率、环境温度有关。一般介质材料越薄、工作频率与环境温度越高，漏电损耗就越大；反之，则越小。可想而知，一个本可以储存电的容器，如果出现了漏电损耗，它就不能再储电，就失去了应有的功能，甚至可说它已经损坏了。

电容器的漏电损耗大（即 PS大，tgδ 大），将有极大害处。漏电流过大会使电容器温度过高而膨胀爆炸。另外，漏电流过大还会使电路负载过重损坏电源。

（2）电离损耗。一个电容器的极板边缘存在着空气隙，空气是绝缘强度最差的介质，一旦极板气隙之间的电压超过电离电压，极板边缘就有电荷分离出来，穿过绝缘介质最薄弱的空气隙发生放电，形成电能损耗，这就是电离损耗。这时损耗角的正切值tgδ 与外加电压有关，电压低于电离电压时，tgδ 几乎不变或变化很小，电容器基本不产生电离损耗，一旦外加电压大于电离电压，tgδ值就急剧增大，电离损耗迅速变大。

上述表明，在应用电容器时，外加电压不能超过它的额定耐压。否则，将增加电容器的电离损耗，还会产生短路故障。

（3）极化损耗。电容器在导通交流电时，还存在一种由于介质内偶极子旋转产生的损耗，称为极化损耗。下面介绍极化损耗，也可从中进一步理解电容器损耗角正切值tgδ 的含义。

极化损耗一般是由于介质极化比较缓慢造成的，介质极化一般有三种形式：离子式、电子式及偶极子极化。离子式、电子式极化损耗功率很小，可以忽略不计。偶极子极化对功率的损耗随温度和频率变化较大，明显改变着电容器损耗角正切值tgδ。要了解偶极子极化损耗，应先了解偶极子。

电解电容器正、负极间介质浸过相对介电常数ε很高的电解液。其中，每个电解液分子可看做一个电偶极子。偶极子在没有外电场作用时，排列杂乱无章，如图2-12（a）所示。当外加电压时，每个偶极子都要受到一个电场力矩的作用，并随外电场转变方向，使所有偶极子作定向排列，偶极子的正极向左，负极向右，如图2-12（b）所示。由于分子热运动，各偶极子排列并不十分整齐，但大致相同，如图2-12（c）所示。于是介质左边表面就产生大量正电荷，右边表面就产生大量负电荷，如图2-12（d）所示。介质中偶极子的取向越一致，两边缘产生的电荷就越多，这种现象就叫介质极化现象。

电容器工作交流电时，介质便处在交变电场中，内部偶极子的方向将随交变电场变化而发生旋转，偶极子旋转要克服偶极子的相互吸引力做功，要消耗能量，产生电容器的损耗功率PS。

交流电频率较低时，偶极子旋转较慢，克服吸引力做功少，消耗的能量就少；当交流电频率较高时，偶极子旋转就快，克服吸引力做功就多，消耗的能量就多。如图2-12所示的是直流电源，它只表示交流电的一瞬间，这一点读者应加以理解。

上述表明，电容器产生的损耗功率 PS与交流电的频率直接有关，交流电频率较低时，损耗的功率 PS小，损耗角正切值tgδ 就小；交流电频率较高时，PS大，损耗角正切值tgδ就大。反过来讲，电容器损耗角正切值tgδ大时，电容器的损耗就大。

可见，电容器的损耗并不是一个定值，不仅与电容器的质量有关，还与工作频率、工作电压、工作温度等因素有关。但不管是何种形式，何种原因引起的损耗，有一点是一致的，即都要损耗功率 PS，表明 概括了电容器各方面的损耗，因此常用损耗角正切值tgδ来衡量电容器的损耗。

tgδ 值大的电容器，往往高频特性差，工作的温度升高很快，也很高，严重时还会产生曝炸。tgδ 值大的电容器，即使耐压、电容均正常，在电路中也不会正常工作。在业余条件下，电容器的tgδ值无法测量。

3.金属损耗

电容器的金属损耗是指金属部件电阻产生的损耗，包括极板金属电阻、引脚电阻、引脚与极板的接触电阻。大家知道，任何通电导体都要产生电功率损耗。特别是工作于高频时，高频信号具有趋肤效应，金属损耗更显突出，占的损耗比例很大。使用的金属材料不同，在频率和温度升高时，各种金属损耗的tgδ 值也将不同。一个电容器制成后，各金属部件的性能也就确定了，金属损耗也就成为电容器的固有损耗。