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世界上第一個電容器，在萊頓城發明，所以稱之為萊頓瓶。

萊頓瓶就是一個玻璃瓶，玻璃瓶的外側和内側都有錫箔，内部錫箔通過金屬鍊連接到瓶口。錫箔就相當于兩個平闆，通過玻璃瓶隔開。

剛開始，科學家們以為是封閉的瓶子存儲了電荷，後來發現，就算隻有兩塊平闆，隻要讓他們不接觸，就能儲存電荷。

(1)電容的定義

其中，E是指兩平闆間的電場，d是指兩平闆間的距離，A是平闆的面積，σ是指平闆上單位面積上的電荷。

電容定義為有限電勢差下所能容納的電荷量。

所以，我們可以了解到：

• 平闆的面積越大，電容也越大。這符合我們的直觀理解，平闆面積越大，能儲存的電荷就越多。
• d越小，電容越大。這可以這樣理解，兩闆上正負電荷之間的吸引力越大，就能容納更多的電荷。庫侖定律告訴我們，兩個電荷之間的作用力與兩者之間距離的平方成反比，所以d越小，吸引力越大。
• 兩闆之間填充介質材料，可以增加電容量。兩闆上的正負電荷會在兩闆間産生電場，如果兩闆間有介質材料，則介質材料就會被電極化。介質中産生與原來電場方向相反的場，電容中間的總場變小，兩闆間的電勢差變小，電容變大。

(2)電容的工作原理

在電容的兩端，加上一個電池。因為電子總是流向高電勢，所以當電池連通時，電勢低的導電平闆上的電子就會被吸引走，而另一平闆上則會吸引電子。因此，平闆中一端開始帶正電荷，另一端開始帶負電荷。

當電容兩端的電勢分别和電池兩端的相等時，電子的運動停止，此時電容的兩端平闆分别帶有同等容量的正電荷和負電荷。

為什麼是同等容量呢？是因為電荷守恒定律，就是說，電荷總量永遠保持不變，一個物體産生負電荷，同時，肯定在其他地方有同等量的正電荷産生。

再從宏觀上來看一下這個過程：

• 在往電容兩端施加直流電源的瞬間，會有電流通過；而當電容兩端的電勢差等于直流電壓時，電流為0，此時電容充電完成。
• 電容充電完成後，拿走電源。由于正負電荷之間的電場力的作用，加上兩闆之間的介質材料，電子無路可去，正負電荷依然待在平闆上，這個現象，即為儲能。
• l電容的兩端加一個負載，此時，電子會沿着這條新路徑，流經負載，去正電荷那。等到同等容量的正負電荷中和為中性粒子時，電容兩端的電勢差變為0，電容放電完成。

當給電容兩端加一交流電源時，電子則不斷地重複這樣一個步驟：

從平闆1流向電源，從電源流向平闆2；從平闆2流向電源，從電源流向平闆1，電路中會産生交流電流。電子沒有通過平闆間的介質内部，而是在外部電路上運動，産生交流電流，這個現象，即為電容能通交流。

電子的運動，導緻平闆中的電荷發生變化，Q=CV=CEd，導緻平闆間的場發生變化，即表征為位移電流。

(3)電容的Q值

電容的Q值公式如下圖所示：

Q值一般是指電路中存儲的能量與消耗的能量的比值。所以就很容易理解上述的公式。一般電抗儲存能量，電阻消耗能量。

從上面的公式中，可以得到以下幾點結論：

• ESR為0時，Q值為無窮大，而理想電容沒有ESR，所以其Q值無限大
• Q值與頻率和容值均相關，比較兩種電容Q值時，需頻率和容值均一緻，才有可比意義
• 固定容值的電容，其Q值随頻率升高而降低

(4)電容的DC偏置特性和溫度特性

電容的DC偏置特性，是指在電容上施加直流電壓時，電容的容量會減小。

電容的溫度特性，是值溫度變化時，電容的容量也會發生變化。

在LDO的手冊上，會對其的輸出電容的容值有規定，以避免振蕩。

所以，在選擇電容時，要考慮其溫度和DC-bias曲線。

比如說村田的GRM21BR61D106KE15，發現其容值在有直流電壓的情況下，幾乎是成線性下降，10uF的電容，在DC bias為12V的時候，降到2uF。

以上兩種特性，比較嚴重的，一般是使用高介電常數钛酸鋇(BaTiO3)的陶瓷電容器；而使用低介電常數的二氧化钛(TiO2)的陶瓷電容器，則容值受溫度和直流電壓影響都比較小。

要知道所選型電容的這兩種特性，可以去廠家的官網上去查看。一般手冊上也會有相應的曲線。

村田的選型工具上，也都有這些曲線。

(5)電容值的頻率特性

在村田的選型工具中，會發現電容的值，随着頻率的升高而增大。發生這個現象的原因，主要是電容的寄生效應，上圖中的電容值，是指器等效電容值。

所以，由于寄生電感的存在，随着頻率的升高，C會逐漸變大。

(6)陶瓷電容的實際制作

由電容的定義可知，要獲得大的電容值，就需要在3個方面下功夫，分别為平闆面積A，平闆間的距離d，填充介質的介電常數ε。

而陶瓷電容則是在這三個方面下足了功夫：

• 其内電極兩兩交叉，顯著增加了接觸面積A
• 内電極之間的距離很小，降低了d
• 填充高介電常數的介質，增加了ε

比如說，村田使用的介電材料钛酸鋇(BaTiO3)，其相對介電常數提高到了3000左右，而介質厚度已經達到了0.5um。雖然這種材料溫度特性和DC-bias特性稍差，但是其容值可以做的很高，因為3000的介電常數在那。

為了制作出一個陶瓷電容，一般需要以下幾個步驟：

• 對卷狀介電體闆塗金屬焊料，以作為内部電極。不同層的内部電極，需要錯位，要不然加上外電極後，會短路。這邊的金屬焊料就相當于PCB闆的銅皮，介電體闆相當于中間介質
• 将塗完内部電極的介電體闆重疊在一起
• 把層疊闆壓合在一起
• 把壓合完的層疊闆按封裝要求切割成相應尺寸
• 用高溫(1000~1300度)對切割完的料塊進行焙燒，使陶瓷和内部電極成為一體
• 料塊兩端塗金屬焊料，作為外部電極，并用高溫(800度)燒結
• 外部電極表面電鍍鎳和錫
• 測量電容的電氣特性，包裝

(7)電容的焊接問題

電容尺寸開始越來越小型化，現在最小的已是01005,尺寸隻有0.4mm×0.2mm，比芯片管腳還要小。

在電容貼裝的時候，經常會發生偏移，翹立或者豎立的現象。這些現象，通常是由于作用于左右兩邊電極的張力不平衡。

左右焊盤的尺寸不一緻，或者左右焊盤上的錫量不相同，或者貼裝機貼裝的元器件位置偏移嚴重，或者回流焊時左右兩極的溫差不一緻，這些都會造成左右兩邊電極的張力不平衡。

所以，我們在使用電容時，需要做到：

• PCB設計時，按照推薦的電容封裝尺寸進行設計，并保證兩邊的焊盤對稱；
• 焊錫越厚，對電極的張力越大；所以在保證可靠性的前提下，盡量減少焊錫用量，并保證左右焊盤上的錫量一緻；
• 盡量保證貼片精度；
• 按照推薦的回流溫度曲線，合理設置預熱段，減小爐内的溫差；

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