理解电容的核心公式是电路设计与元器件选型的关键。本文系统解析电容定义式、容抗公式及串并联计算原理，结合温度特性与工程应用场景，提供实用选型参考。
一、 电容基础公式与物理意义
1.1 核心定义式
Q = C × U 是电容最本质的定义：
– Q 代表极板储存电荷量（单位：库仑）
– C 为电容量（单位：法拉）
– U 为极板间电压（单位：伏特）
该公式揭示电容本质是电荷储存容器。当电压恒定时，电容量越大，存储电荷能力越强。
1.2 介质影响与结构公式
电容量由三个物理参数决定：
C = ε × (A / d)
– ε：介质介电常数（F/m）
– A：极板有效面积（m²）
– d：极板间距（m）
工程中常通过改变介质类型或叠层结构调整电容量。例如增大极板面积或选用高介电常数材料可显著提升容量。
二、 关键派生公式与工程计算
2.1 交流电路中的容抗
电容对交流信号的阻碍作用称为容抗（Xc）：
Xc = 1 / (2πfC)
– f：信号频率（Hz）
– C：电容量（F）
特性：
1. 频率越高，容抗越小
2. 容量越大，容抗越小
3. 在滤波电路中直接影响高频衰减效果
2.2 串并联等效计算
| 连接方式 | 等效电容公式 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 串联 | 1/C_total = Σ1/C_i | 提升耐压，均压设计 |
| 并联 | C_total = ΣC_i | 扩容，降低ESR |
实战技巧：
- 串联时总容量小于最小单颗电容
- 并联可显著降低等效串联电阻（ESR）
三、 工程选型中的公式应用
3.1 温度特性与寿命估算
电容参数会随温度漂移：
ΔC/C ≈ α × ΔT
- α：温度系数（不同介质类型差异显著）
例如：
-
某些介质类型在高温下容量衰减可达-15%（来源：IEC 60384标准）
-
电解电容寿命公式：Lx = Lo × 2^((To-Tx)/10)
3.2 失效模式与参数关联
常见失效诱因：
-
过压击穿：超出额定电压导致介质失效
-
纹波电流过热：I²×ESR产生焦耳热
-
温度加速老化：电解质干涸导致容量衰减
选型口诀：
高频看ESR，高温选材质，
耐压留余量，寿命算温度。
