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电容器(五)-如何理解电容器的静电容量
如何理解电容器的静电容量
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(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*大电容量体积系数的元件.

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