如何理解电容器的静电容量

时间：2023-06-19来源：佚名

A.电容量

电容器的基本特性是能够储存电荷(Q)，而Q值与电容量(C)和外加电压(U)成正比。

Q = CU

因此充电电流被定义为：

= dQ/dt = CdU/dt

当外加在电容器上的电压为1伏特，充电电流为1安培，充电时间为1秒时，我们将电容量定义为1法拉。

C = Q/U = 库仑/伏特 = 法拉

由于法拉是一个很大的测量单位，在实际使用中很难达到，因此通常采用的是法拉的分数，即：

皮法(pF) = 10-12F

纳法(nF) = 10-9F

微法(mF)= 10-6F

B.电容量影响因素

对于任何给定的电压，单层电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和介电常数：

C = KA/f(t)

K = 介电常数

A = 电极面积

t = 介质层厚度

f = 换算因子

在英制单位体系中，f = 4.452，尺寸A和t的单位用英寸，电容量用皮法表示。单层电容器为例，电极面积1.0×1.0″，介质层厚度0.56″，介电常数2500，

C = 2500(1.0)(1.0)/4.452(0.56)= 10027 pF

如果采用公制体系，换算因子f = 11.31，尺寸单位改为cm，

C = 2500(2.54)(2.54)/11.31(0.1422)= 10028 pF

正如前面讨论的电容量与几何尺寸关系，增大电极面积和减小介质层厚度均可获得更大的电容量。然而，对于单层电容器来说，无休止地增大电极面积或减小介质层厚度是不切实际的。因此，平行阵列迭片电容器的概念被提出，用以制造具有更大比体积电容的完整器件，如下图所示。

在这种“多层”结构中，由于多层电极的平行排列以及在相对电极间的介质层非常薄，电极面积A得以大大增加，因此电容量C会随着因子N(介质层数)的增加和介质层厚度t’的减小而增大。这里A’指的是交叠电极的重合面积。

C = KA’N/4.452(t’)

以前在1.0×1.0×0.56″的单片电容器上所获得的容量，现在如果采用相同的介质材料，以厚度为0.001″的30层介质相迭加成尺寸仅为0.050×0.040×0.040″的多层元件即可获得(这里重合电极面积A’为0.030×0.020″)。

C = 2500(0.030)(0.020)30/4.452(0.01)= 10107 pF

上面的实例表明在多层结构电容器尺寸相对于单层电容器小700倍的情况下仍能提供相同的电容量。因此通过优化几何尺寸，选择有很高介电常数和良好电性能(能在形成薄层结构后保持良好的绝缘电阻和介质强度)的介质材料即可设计和制造出具有最大电容量体积系数的元件。

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