电容

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（V）成正比。

 

Q = CV

 

　　因此充电电流被定义为：

 

= dQ/dt = CdV/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/V = 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（uF）= 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，平行列阵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’指的是交迭电极的重合面积。

 

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。