电子元器件-电容终篇：基本原理、参数解读、电路作用、分类及区别、应用场景、选型、降频及实战案例

使用多个电容 是从电容的实际等效模型去考虑的(也就是从SI，信号完整性方面）。只考虑一个实际电容时，它的阻抗曲线是一个类似于倒三角形的形状，只在谐振频率点(与等效串联电感形成)处的阻抗最小。因此相当于只在这一个频率点处及附近有较好的去耦效果。 **而为了在一个较大的频率范围内都起到一个较好的去耦效果，常会使用一个大电容和一个小电容并联，**这样他们并联后的阻抗曲线就会在一个频率范围内保持在一个较低的值，从而能够在整个范围内起到较好的去耦效果。注意：拓宽频率范围的前提得是两个不同容值不同封装的电容才行，以MLCC为例子，封装不一样的电容ESL基本也不一样，这样就可以避免出现高容值电容的阻抗特性曲线将低容值电容阻抗特性曲线包裹起来的情况(这样就没法拓宽低阻抗频段了)
小电容靠近ic则是从PI(电源完整性)的方面去考虑。 因为小电容的去耦半径比较小，超出去耦半径就不具备良好的去耦效果(不然为什么去耦电容不能直接放在供电输出端，而要放在ic附近)。所以小电容越靠近ic，其去耦效果越好。另一方面是高频情况下会有寄生参数，离得远寄生参数会严重干扰旁路的作用

一、基本原理

1.1 介绍

电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量 。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

两块不连通的导体中间加绝缘材料，用于存储电荷和能。单位为法拉(F)。电容器是能够储蓄电能，并可在必要的时候放电的零部件。放出电荷(放电)时，会不断衰减，只能在短时间内供给电流，但是可反复进行充电和放电。(充电：当电容器连接到电源时，正极板上的电荷会被推入电容器，而负极板上的电荷则会被吸引到电源。这样，电容器内部就会储存起电荷。)

1.2 计算公式

电容容抗计算公式：

（直流电中，f=0，则R=无穷，则断路；而交流电中，f!=0,则=值，与其他负载分压）

1.3 单位

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1.4 电容的基本特性

电容具有如下基本特性：

①电容两端的电压不能突变；

电容两端电压不能突变，只要电容不充电/放电，电容两端电压就不变。

(电容两端电压不能突变，但两端电压可以同时突变。)

仿真演示：

上图解析：

开始开关S1 未闭合时，电容两端电压都为0；S1接通后，电容上端直接和电压源相连，电压突变为5V；但是哟由于电容的性质，电容下端电压也要突变为5V；之后电容开始充电，两端要形成电压差，下端电压逐渐下降，直到电容充满电，下降到0。

上图解析：

(额外补充：只断开S1的话，没有形成回路，所以电容存储的电荷没法快速转移，所以理想状况下，电容会一直存储这份电荷，不会衰减。但实际上随着时间的推移，即使没有放电回路，电容中的电荷也会逐渐衰减。这是由于电容极板之间的绝缘介质会逐渐放电，导致电荷逐渐流失)

在电容充完电后，形成一个5V的小电压源后,断开S1，连通S2后，相当于5V电压源此时也和电容下端电压直接相连。下端电压突变为5V，但由于电容两端电压不能突变性质，所以上端电压同时突变为10V，这样电容两端电压还是5V。

放电流程：

先连通S1开关后，电容开始充电，从上图看出电容两端电压是逐渐上升，不是突变的，一直到5V结束(在直流电路中，电容相当于断路，所以电阻是分不到电压的，电压源的5V全给了电容。)Vc = 5V时，充电完成，电流成为零.

断开S1并连通S2后，左边形成一个回路(没有电源)，则电容相当于这个回路的电源，开始放电过程，给电阻R2供电，从图中看到，电容电压因为放电逐渐降低。当Vc = 0时，放电完成，电流成为零。

②电容通交流，隔直流；

③电容通高频，阻低频；

电容容抗公式表明了以上两条性质；直流电中，f=0，则R=无穷，则断路；而交流电中，f!=0,则=值，与其他负载分压；通过电信号的频率越高，则电容容抗越小，所以表现为"通高频，阻低频"。

④电容电压滞后于电流；电容刚通电瞬间，相当于短路；

⑤电容的储能特性

1>充电时间常数：

电容可以用于存储电荷和能，可以简单理解为小电池，电容的充电速度与电容大小/充电电流有关；电容的充电时间常数：

------------//C为电容大小，R为表示电流大小的量

在电容充电时，一个R.C的时间我们认为是电容充电的周期，RC时间就认为大概充到了电容电压的63%，当到达3*RC时间后，我们就认为电容充满电了，具体如下：

下面用电路仿真举例说明电容充电时间：

那么我们就让认为1ms是这个电路中电容充电的周期，当经过1ms后，电容就充电到了63%，就是

左右，会有误差；到3ms后，我们就认为已经充满电了。

左图为充电1.080ms时，电容两端电压达到了6.263V;右图为充电2.017ms时，电容两端电压达到了8.537V，基本符合电容充电时间常数。

研究电容充电时间常数，就是为了了解电容多少时间充满电，借此进行一些操作。

2>实现上电延时,关断延时：

上电延时：(是利用电容的储能特性)

电容充电时间公式：；

:充电时间常数；：总电压；：目标电压；

用此公式，通过控制R,C的值构造RC电路(就是一条电阻和电容串联的电路)，就可以得到我们想要到达某电压值的时间。

假如我现在总电压为5V,有一个使能引脚，3.3V时使能(引脚被置于1)，现在我要控制到3.3V前要有2ms的延时；

接下来，我们要确定R,C值，一般我们先选定C值(C值一般只有1UF，2UF...),而电阻的阻值购买很广，比如这个例子，就可以在立创购买1.8k-1.85k的电阻就行了。

选定C=1UF；

我们选定电阻为1853.

电路仿真如下：

可以看到从0--->3.3V的时间为2.444ms，误差为0.444ms(应该不算大吧)

关断延时：

由于电容的储能特性，在电路中，电容开始积累电荷，充电；当电路开关断开时，左图LED灯立刻熄灭，右图则会慢慢熄灭，因为电容和LED形成了回路，电压源断开后，电容开始放电，相当于一个电压源，给LED灯短暂供电。

这个时间取决于电容大小，电容越大，供电时间越长。

⑥电容的容抗随信号频率升高而降低，随信号频率降低而升高。

二、电容作用

人们利用电容的基本特性，设计出了许多实际应用电路，实现了很多产品的功能，电容在电路中发挥的主要作用有：++耦合、去耦（旁路）、滤波、储能、延时（定时、计时）、降压、谐振、缓冲吸波（RC Snubber）、波形变化（积分、微分、整形）、温度补偿++等（注意：有时候，同一个电路中的同一个电容，发挥的作用有多种）。

稳定电压

在电路中，电源的负载是动态的，即器件的电流和功耗是不断变化的。为了保证电路稳定工作，可以使用电容作为电荷的缓冲池，保证器件工作电压的稳定。(，表示电容两端电压变化量，表示电荷变化量，C为电容容值)

用来泄放高频噪声/滤波

高速电路中，无时无刻都存在状态改变，从而在电路中产生大量噪声干扰。在电源的传输路径上，需要通过电容将这些高频噪声写放到相对稳定的地平面中，避免干扰器件的正常工作。(根据阻抗公式：，在频率较高时，电容表现为低阻抗)

用于交流耦合

当两个器件通过高速信号相连时，信号想断的器件可能对直流分量有不同的要求。在这种情况下，需要使用电容将信号携带的直流分量在接收端之前滤除。

++(本节为基础解释，告诉你这些名词什么意思？基本原理;下文"应用场景"有具体电路使用电容，电容作用实例)++

1.滤波/去耦/旁路

电子电路学习笔记（11）------滤波电容-CSDN博客

滤波：

电容并联在信号线或电源线上的时候，起到滤波的作用，交流信号导入地上，直流分量通过电容到另一侧。

它接在直流电源的正、负极之间，以滤除直流电源中不需要的交流成分，使直流电平滑。一般常采用大容量的电解电容器，也可以在电路中同时并接其他类型的小容量电容以滤除高频交流电。

上面四个电容都是起到滤波作用；一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，其实大的电容通低频，小电容通高频，这样才能充分滤除高低频。

小电容靠近芯片的电源引脚，PCB布局的时候要注意这条。

总结：

在会产生尖峰电压的附近(电源的输出端)，要加一个大的电解电容和一个小的瓷片电容，用作储能滤波的作用，瓷片电容一般选择104电容。

104是非常常用的滤波电容容值常见选值，遇到滤波，就选104电容/100nF，赞美万能的104！！！芯片电源引脚最好记得放一个104滤波电容。如下图所示。

去耦电容：

在电路中，如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以称为去耦电容。

去耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象，去耦电容相当于电池，利用其充放电，使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。

它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定，去耦电容就是起到一个"电池"的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。

上图为常见STM32硬件设计中的电源滤波电路，就是四个去耦电容；在PCb布局中，要把四个电容放在芯片的四个电源断开；

在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容（又称为退耦电容）。

旁路电容：

在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容（又称为退耦电容）。

旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。如图C3为去耦电容，在左边由接地的，他也是旁路电容。

旁路电容利用了电容的频率阻抗特性，理想电容的频率特性随频率的升高，阻抗降低，就像一个水塘，它能使输出电压输出均匀，降低负载电压波动。

旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚，这是阻抗要求。

在画PCB时候特别要注意，只有靠近某个元器件时候才能抑制电压或其他输信号因过大而导致的地电位抬高和噪声。说白了就是把直流电源中的交流分量，通过电容耦合到电源地中，起到了净化直流电源的作用。

其实去耦、旁路电容都是滤波作用

2.延时（定时、计时）

在上文电容基本特性中，已有相关说明；RC延时电路；常用于RST复位电路

在《电子元器件-电阻终篇》中有对RC延时电路的说明。

3.耦合电容

作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

用电容做耦合的元件，是为了将前级信号传递到后一级，并且隔断前一级的直流对后一级的影响，使电路调试简单，性能稳定。

如果不加电容交流信号放大不会改变，只是各级工作点需重新设计，由于前后级影响，调试工作点非常困难，在多级时几乎无法实现。

4.调谐

对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。

因为lc调谐的振荡电路的谐振频率是lc的函数，我们发现振荡电路的最大与最小谐振频率之比随着电容比的平方根变化。

此处电容比是指反偏电压最小时的电容与反偏电压最大时的电容之比。

因而，电路的调谐特征曲线（偏压一谐振频率）基本上是一条抛物线。

5.温度补偿

针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。

由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率，所以要求定时电容的容量非常稳定，不随环境湿度变化而变化，这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。

因此采用正、负温度系数的电容释联，进行温度互补。

当工作温度升高时，Cl的容量在增大，而C2的容量在减小，两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和，由于一个容量在增大而另一个在减小，所以总容量基本不变。

同理，在温度降低时，一个电容的容量在减小而另一个在增大，总的容量基本不变，稳定了振荡频率，实现温度补偿目的。

6.储能

储存电能，用于必须要的时候释放。

例如相机闪光灯，加热设备等等．（如今某些电容的储能水平己经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。

一般地，电解电容都会有储能的作用，对于专门的储能作用的电容，电容储能的机理为双电层电容以及法拉第电容。

其主要形式为超级电容储能，其中超级电容器是利用双电层原理的电容器。

当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷。

在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场。

这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。

7.整流/整流桥滤波

在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

工作原理：

通过二极管的单向导通原理来完成工作的，通俗的来说二极管它是正向导通和反向截止，也就是说，二极管只允许它的正极进正电和负极进负电。二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流只按单向流动，使负载得到脉动的直流电。

在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，因此我们可以将整流器工作周期分为正半周和负半周。

电子电路学习笔记（10）------整流桥_整流桥的作用和原理图-CSDN博客

该文章有整流桥的动画演示，可以看看，了解原理。【具体会在二级管章节解释】

**滤波电容的作用：**经过整流桥直接整流过的电压还不够平滑，还需要滤波电路电压进行修正。滤波电路作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑，从而获得稳定的电压。

三、参数/数据手册解读

电容的重要参数：SIZE (大小）、TOLERANCE(精度)、RATED VOLTAGE(耐压) [耐压一般要做一个打折处理，比如你在10V的电源上，不能放耐压10V的电容，因为电容的耐压随着温度会有降额，通常情况下，我们可以打五折/八折，耐压10/0.5=20V就可以]，容值；

3.1 标称电容量

标称电容量为电容的标注值。其实际容值会随着工作频率、工作电压、测量方法等变化而变化。

下图为不同电压下，C7R系列中不同封装的电容的可选容值范围

我们选电容，理想的容值要大，封装要小，耐压要高；【封装越大，容值越大，可选的容值范围越大】，但找不到这样的。

第二张图解读：

第一行为绝缘电阻大小，一般都非常大；第二行为对应工作温度范围内的误差15%,X7R系列的误差一般比较好；第三行就是他的工作温度。【X5R一般为-40-85度】

3.2 额定电压

指在额定环境温度下，可以连续加在电容两端的最高直流电压有效值；

上图为不同电压下，C7R系列中不同封装的电容的可选容值范围

电容额定电压与击穿电压：

电容额定电压，Rated voltage ，也称为电容耐压，是指在正常工作下电容能持续施加的最大电压值，它主要与电容内部的电介质材料和电容结构有关。

电容内部的电介质材料是决定电容耐压的关键因素。不同的电介质材料具有不同的耐压特性，如氧化铝陶瓷电容器的耐压通常较高，而电解电容器的耐压则较低。

电容器的结构也会对其耐压特性产生影响。例如，电容器的电极间距离越小，电容耐压就越低。

温度对电容耐压也有一定影响。**一般来说，在规定的工作温度下，电容耐压是稳定的。**但是，当电容器工作温度过高时，电容器内部材料可能会因热老化而降低其耐压特性。

对于无极性电容，如陶瓷电容和薄膜电容等，电容耐压有直流耐压和交流耐压两种。 交流电场下，电容器中的电荷会随着电场的变化而不停地在电容器内部移动，从而产生能量损耗和热量，导致电容器的温度升高。当电容器温度升高到一定程度时，其电介质的性能会发生变化，从而影响电容器的耐压能力。因此，在相同的电容器中，其交流耐压通常要比直流耐压要小。**一般电容交流耐压：电容直流耐压 = 1：1.5~2。**即一个电容交流耐压标注是100VRMS，那么它的直流耐压应在150VDC以上。

实际查阅很多MLCC的手册发现，手册只提供直流耐压参数，而未给出交流耐压参数，这是因为交流耐压受到很多因素的影响，如电极结构、电介质材料、制造工艺等，因此很难提供一致的交流耐压参数。相反，直流电场下的耐压性能相对稳定，因此提供直流耐压参数更为常见。如果这些电容被用到交流电路中，注意咨询厂家得到电容的准确交流耐压值并保证一定裕量。

对于有极性的电容（一般为电解电容），电容耐压只有直流耐压，没有交流耐压。如果电解电容加负压，会导致电容容量下降，甚至短路烧毁，对电解电容造成损坏。

电容的额定电压的优先值一般为：6.3V，10V，16V，25V，50V及其它们的十进倍数。此优先值和电容类型有关。

电容击穿电压 ，Breakdown voltage，电容击穿电压是指当电容器内部介质被电场穿透时，电容器的两个电极之间出现放电的电压。电容击穿电压一般是额定电压的1.3~2倍。一般来说，电容器被击穿后会处于短路状态，短路对电路的破坏性可能是毁灭性的。但也有一些特殊的电容，在被击穿后会处于断路状态，其原因是因为在大电流后，金属熔化或是汽化了，因此崩溃后会产生断路，而断路则通常不会有破坏性影响。

如果电容两端电压超过额定电压，但未达到击穿电压，可能引起以下后果：1）容值变化；2）寿命缩短；3）损耗增加。所以，一般情况下，电容两端电压需按额定电压的70%降额使用。

3.3 精度

实际容量与标称容量之间的偏差。

电容标值与精度通常一起考虑。

电容标称值，Rated capacitance或Capacitance value ，也称容量，它和电阻标称值的概念基本是一样的，主要包括以下几个系列：E6、E12、E24等。这些系列分别表示不同的精度和电容值范围，如下：

E24：1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.4、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1。

E12：1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2。

E6：1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8。

根据这些标称值，可以得到我们常用的多种电容值，如10uF、100nF，2.2uF，330pF，68nF等。
电容精度 ，Tolerance，精度表示的是电容出厂时的容值与其标称值之间的误差 。有时电容容差和精度是一个意思，有时容差指的是外部环境（如温度、频率、电压等）使电容器容值变化的范围，和精度不是一个概念，注意甄别。精度和电容系列的对应关系如下：

|----------|-----|------|
| 电容系列(材质) | 精度 | 精度代号 |
| E6 | 20% | M |
| E12 | 10% | K |
| E24 | 5% | J |
| E96 | 1% | F |

举个例子，10uF电容，精度10%，那么其实际容量在9uF~11uF之间，标称10uF实际有偏差，这就是精度的概念，和电阻精度是同一概念。

对于容量<10pF的电容 ，一般就不用百分之多少来表示精度，而直接写明绝对精度，如8pF±0.25pF；对于容量≥10pF的电容，精度就写成百分比的形式，如100pF±1%。如下图所示。

通常来说，电容的精度通常是不那么关键的参数，因为电容在起储能与滤波作用时，容量大一点，小一点是没多大影响的，除非是在一些精密仪器的使用场景下，所以，我们最常使用的还是E6与E12系列。

另外还要注意，实际电容的精度也与容值的大小相关，一般规律是，**容值越小精度越高，容值越大，精度越低。这其实与电容介质材料和制作工艺相关，当追求大容量时，就难以兼顾高精度了。**一般来说，10uF的电容最高精度是5%，100uF的电容最高精度是10%。

3.4 温度系数/C随着温度变化、电容的工作温度范围与常见介质的温度特性

++电容工作温度范围/Operating temperature range：++是指电容器可以正常工作的温度范围，它与电容类型有关。一般来说，电解电容器的工作温度范围比较窄，一般为-40℃到+85℃，而陶瓷电容、薄膜电容和钽电容的工作温度范围相对较宽，一般可以达到-55℃到+125℃。

上图为随着温度变化，容值的变化率大小。在0-40度间，变化率为0，容值基本能维持在标定值；温度太高/太低都会出现比较大误差，最大温度125度是，最大误差为15%-->就对应上上图的我们要考虑的对应工作温度范围内的误差15%。

如果电容在超过工作温度范围的温度下工作，可能引起以下后果：

容量变化很大（一般为容量降低），影响电路正常工作。

电容内部材料机械性能降低，可能会导致电容器的机械失效，如壳体破裂等。

电容内部电阻变大，损耗增加，影响电容性能。

电容内部材料老化，影响使用寿命。

电容绝缘性能下降，可能发生漏电、短路，甚至引发火灾。

电容温度系数 ，Temperature Coefficient of Capacitance，简称TCC，指的是电容容量随温度变化的程度， 在一定温度范围内，温度每变化1℃，电容量的相对变化值。温度系数越小越好；通常用ppm/℃（百万分之一/摄氏度）来表示，它与电阻温度系数的计算完全相同，公式如下：

需要说明的是，温度系数是有正有负的，这意味着电容容量会随着温度变化增加或减小。

电容工作温度范围与温度系数统称为电容的温度特性 ，它反应电容的工作温度范围与范围内容量的变化情况。通过平行板电容器公式我们知道，电容容量由正对面积、间距和介质的介电常数共同决定。其中，介质的介电常数与温度特性的关系最为密切 ，因此一些电容的数据手册上温度特性就写的是介质材料，如温度特性：COG（-55 to +125°C、0±30 ppm/°C），温度特性**：**X5R（-55 to +85°C、±15%）。

常见的几种介质的温度特性如下表所示：

|----------|---------------|------------|
| 介质材料 | 工作温度范围 | 容量变化/温度系数 |
| C0G/NPO | -55℃ ~ +125℃ | 0±30ppm/℃ |
| X7R | -55℃ ~ +125℃ | +15%~-15% |
| X5R | -55℃ ~ +85℃ | +15%~-15% |
| Y5V | -55℃ ~ +85℃ | +22%~-82% |
| Z5U | +10℃ ~ +85℃ | +22%~-56% |
| 铝电解电容 | -40℃ ~ +85℃ | +20%~-20% |
| 聚合物固态电容 | -55℃ ~ +125℃ | ±5%~±20% |
| 聚酰亚胺薄膜电容 | -55℃ ~ +125℃ | +10%~-10% |

3.5 ESR、损耗角正切值

3.4.1 ESR

下图为电容的重要参数ESR【因为电容往往是对信号进行噪声滤波操作，那我们就要知道要滤除噪声的频率大小，我们要为这个噪声提供一个低阻抗的通道，这样该噪声才能更多地进入该通道。假设噪声频率为1MHz，若要滤除这个1MHz的噪声，我们应给这个1MHz的噪声提供一个低阻抗的泄放通路，这样滤除效果最好。阻抗越低，噪声越容易从该路径上泄放。阻抗类似于电阻，电阻越大，相当于此路不通，电流就会选择其他路径。】

下图实线为阻抗，虚线为ESR；我们可以看到该0201，10nF电容在右边接近100MHZ噪声处阻抗最低，滤除该频率噪声效果最好；现在假设我们要滤除20HMZ的噪声，用该电容就不太合适了，我们就可以找一个在10MHZ滤波好的电容，并联，就可以实现多频点的滤波。

ESR（等效串联电阻，Equivalent Series Resistance）是电容器的一个重要参数，表示电容器内部等效的电阻值。它是电容器在实际工作中不可避免的特性，主要由电容器的材料、电极和结构决定。

ESR的影响：

滤波效果 在电容器用于滤波时，ESR会导致电容两端的电压产生涟波电压，影响滤波性能。尤其在数字电路中，供电电压降低而电流增大的情况下，较高的ESR会使电压突变更加明显，可能导致系统误判。
发热与寿命 ESR会引起电流通过时的功率损耗（P=I²R），产生热量。较大的ESR会导致更多热量积累，缩短电容器的使用寿命，特别是电解电容，其电解液可能因高温而干涸，性能下降。

不同类型电容的ESR比较

钽电容的ESR最低，但价格较高。
瓷片电容的ESR较低，适合小容量应用。
电解电容的ESR较高，但适合大容量需求。

选择电容时的建议 ：理解ESR对于选择合适的电容至关重要。根据应用场景，合理选择低ESR的电容器可以提高电路性能并延长设备寿命；通过并联多个电容可以有效降低整体ESR。

影响电容ESR的因数主要有以下几个：

电容类型与介质材料，一般来说，薄膜电容的ESR最小、陶瓷电容次之，电解电容的ESR最大。
电容容量，对于同型号同耐压的电容，容量越大，ESR越低，因为容量越大，意味着电极面积越大，电容器内部的电流流动也就越顺畅，从而减少了ESR。
电容耐压，对于同型号同容量的电容，耐压越大，ESR越低，因为耐压越大，意味着电极间距越大，同一电压下电容内部的场强减小了，从而损耗减小了，也就减小了ESR。
电容尺寸和形状，一般来说，电容器的尺寸越大，ESR越小，因为尺寸越大意味着电极面积越大，电极间距越大，ESR越小。
电容制造工艺，即使是同类型的电容，不同厂家的ESR也不一样，这就是制造工艺的差距。
电容老化与使用寿命，随着电容器的使用时间的增加，电容器内部的电介质和电极材料可能会发生老化和损伤，从而导致ESR的增加。
电容使用环境，在潮湿或盐雾环境下，电容内部材料容易发生腐蚀和氧化，导致ESR增加。
外部温度，ESR会随着电容使用温度的变化而变化，这主要是因为介质和极板材料的电导率会随着温度变化，有的电容温度越高，ESR越小；有的则温度越高，ESR越大。
电容工作频率，基本规律是在电容自谐振频率之前，ESR随频率增加而降低；在自谐振频率之后，ESR随频率增加而增加。
通常来说，电容的ESR是越低越好，这样电容的能量损耗小，从而提高了电容器的效率和性能。但是，有时较低的ESR会引起电路谐振，造成电压电流异常变化、噪声干扰、温度上升等严重后果，所以有时我们会看到电容串联一个小阻值的电阻一起使用，这就是为了增加ESR，防止谐振。

另外，ESR还可以反映电容器内部的损耗和质量。当电容器的ESR过高时，说明电容器内部存在一些损耗或质量问题，可能会导致电容器的寿命缩短或工作不稳定，所以可以通过测定比较同一型号电容器的ESR来判断哪些电容是残次品或者以及失效。

3.4.2 损耗正切角

又称耗散系数，用字母DF表示。因为电容的泄露电阻、ESR、ESL比较难分开，所以许多厂家会将他们合并成一个指标，损耗因数。定义为：电容每周期损耗能量与存储能量之比，又称损耗角正切，表示为。在电容的泄露电阻、ESR、ESL三个指标中，ESR起主要作用，所以损耗因数计算时通常只考虑ESR值：

tanδ，和电容ESR的物理意思是一样的，都是表示电容器的能量耗散。其中δ为电容损耗角，它表示电容电流偏离电压90°的夹角，如下图所示。

正切角越大，损耗越大

有的电容手册中并不给出ESR，而给出损耗角正切值，其实是一样的，ESR = tanδ * 容抗。注意此公式只在电容自谐振频率之前成立。

3.6 电容频率特性

Capacitor frequency response，指的是电容阻抗随电容端电压频率变化的特性。某品牌的电容频率特性如下图所示。

在之前的说明中我们知道，在自谐振频率之前，电容呈容性；在自谐振频率，呈阻性；在自谐振频率之后，呈感性。

另外，我们可以看到，小电容的谐振频率在大电容之后，这使得小电容往往在高频的阻抗更低，所以，当使用电容滤除高频电流时，往往使用大电容并联小电容的方式，此技巧在实际中应用广泛，特别是在EMI抑制中。

电容额定纹波电流及其频率系数

电容额定纹波电流即是在电容器内允许流过的最大交流电流。由于电容器内的功率损耗（ESR 存在），纹波电流会使电容器内部产生一个温升。为了使电容器在寿命周期内正常工作，每个电容器都规定了一个额定工作温度下的额定纹波电流，从而限制其内部温升。

从上文我们知道，电容工作频率会影响ESR，所以电容的额定纹波电流与工作频率相关，称为额定纹波电流的频率系数， Frequency coefficient of rated ripple current。下图显示的是尼吉康的某型号电解电容的额定纹波电流的频率系数。

额定纹波电流的频率系数指的是允许通过的纹波电流与通过电容的电流的比值，50Hz 0.7,表示电容工作频率50Hz时，允许通过的额定纹波电流为工作电流的0.7倍，这个值在120Hz时上升为1，在300Hz时上升为1.17，随频率增加，这也很好理解，因为在自谐振频率之前，电容ESR随频率增加而减小，所以，频率越高，允许通过的纹波电流越大。

3.7 电容漏电流与绝缘电阻

电容漏电流，Leakage Current，指的是电容两极板间流过的直流电流。因为电容介质材料的绝缘电阻不可能无限大，所以漏电流必定存在，并与介质材料、电容结构和工艺都相关。

此外，对一个确定的电容，漏电流值与施加的电压，充电时间和电容器的温度有关。温度升高、电压升高都会使漏电流增大。

电容绝缘电阻 ，Insulation Resistance，指的是电容两极板间的绝缘电阻。它和漏电流其实表示的都是电容的绝缘性能，绝缘电阻越大，电容绝缘性能越好，漏电流越小。

一般来说，漏电流用容量与电容两端电压乘积的百分比来对比 ，或给出最大漏电流，如下图所示。

0.01CV表示容量与电压乘积的1%。可见漏电流正常情况下是非常小的。

如果电容存在缺陷，如介质中杂质很多，则电容的绝缘性能就会变差，漏电流也会随之增加。

3.8 品质因数Q

品质因数Q：表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。元件的Q值愈大,用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。

电容的品质因数(Q值)为电容存储功率与损耗功率之比：

Q值对高频电容是比较重要的参数。

3.9 电容存储寿命与使用寿命

电容存储寿命，Capacitor storage life，指的是在未使用的情况下，电容器可以存放多长时间而不会失效。

存储寿命受到多种因素的影响，例如存放环境的温度、湿度、氧气浓度、电容器的结构和材料等。在存放电容器时，需要注意避免存放在高温、高湿、高氧气浓度的环境中，以延长其存储寿命。

在适合环境下，电容使用寿命，Capacitor service life，指的是在正常使用条件下，电容器可以工作多长时间而不会失效。

使用寿命受到多种因素的影响，例如电容器的结构、材料、工作电压、电流负载、环境温度等。在使用电容器时，需要根据实际情况选择合适的电容器类型和规格，并严格按照其使用条件进行使用，以延长其使用寿命。

有的厂家会给出电容使用寿命的计算公式，如下图是Murata给出的陶瓷电容使用寿命计算公式。可作参考。