電容（英文：Capacitance）是表征電子元件儲存電荷能力的物理量，也稱為電容量，一般使用字母表示。它以增加電壓的所帶來的電荷量變化來衡量。在國際單位制中，電容的標準單位為法拉（符號：F，其量綱為L?2M?1T?I2）。電容器是一種基本的線性電子元件，廣泛應用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、補償、充放電、儲能、隔離直流電路等領域。
對于不相鄰的導體，在外加電源時，由于導體間存在不導電的介質，電荷在外加電源的驅使下會聚集在導體上，造成電荷在兩個電極板上的累積存儲。電容的定義是器件的電荷量與電勢之比，常用C表示。電容越大，意味著在相同的電壓下導體存儲的電荷量就越多，能夠儲存更大的電能。電容的大小主要與電容器的尺寸、結構和填充介質的介電常數有關。
定義
基本概念
電容是表征電子元件（如電容器）儲存電荷能力的物理量，也稱為電容量。一般用表示，單位是法拉（符號：F），以英國物理學家邁克爾·法拉第命名。如圖所示，取兩塊金屬平板，將它們平行放置（平行板間可以填充介質），如果外加一個DC電源，平板間的介質會阻礙電荷移動而使電荷累積在導體上，造成電荷在兩個電極板上的累積存儲。其中，與電壓正極相連的金屬平板將呈現一定量的正電荷，而與電壓負極相連的金屬平板將呈現相等量的負電荷，兩塊平行板間會產生與直流電源相等的電壓，這個電壓是由平行板的正負電荷產生的電壓帶來的。
假設平行板存儲的電荷量為，電容可以由電荷量和電荷的比值來表示：
上式稱為電容的定義式，適用于所有相鄰導體之間電容的計算。對于一個1法拉的電容器，當充有1庫侖的電荷時，其板間的將形成1V的電壓。從電容的定義式可以看到，電容是以電場能的形式儲存電能量，電容越大，表明外加相同電壓時儲存的電荷量越多。
影響因素
電容的定義式給出了計算電容的方式，適用于所有相鄰導體之間電容的計算。盡管電容器的種類很多，原理可以由右圖的平行板電容器來描述，其電容公式可以通過以下公式計算：
式中，是填充介質的介電常數，單位是,為金屬平板正對的面積，為平行板的間距。從該公式也可以看到，電容大小主要與尺寸、結構以及介質的介電常數有關（尺寸和結構影響平行板間距和金屬極板正對面積）。欲獲得大的電容，應盡可能增大極板的正對面積、盡可能縮小極板間距以及盡可能增大極板間介質的介電系數。這就是制造電容器的準則之一。
自電容和互電容
嚴格來講，電容應該區分為自電容（Self capacitance）和互電容（Mutual capacitance）。互電容表征的是相鄰導體間儲存電荷的能力，比如平行板電容器的兩塊極板。自電容表征的是孤立導體自身儲存電荷的能力，也就是令孤立的導體電位增加1V所需充入的正電荷量的大小。例如，地球的自電容約為710pF。自電容同樣由上述定義式計算，區別在于，計算互電容時分母為相鄰導體之間的電勢差，而互電容為孤立導體的電勢，自電容的點位是對地電位。孤立帶電導體的電場是開放的，該電場的零電勢參考點是一個理論上無限半徑的空心導電球，而導體則在這個球的中心。電勢的計算由以下公式給出：
式中，是表面電荷密度。是導體表面的一個無限小的面積元素。是來自于 到導體上一個固定點的距離。是真空介電常數。
相關概念
寄生電容
嚴格來說，任何兩個相鄰的導體都可以作為一個電容，不需要考慮它們的距離。這種通常不需要的電容被稱為寄生電容（Parasitic capacitance）。寄生電容可以使信號在原本隔離的電路之間泄漏（這種效應稱為串擾），它可以成為限制電路在高頻率下正常運作的因素。例如，放大器電路中輸入和輸出之間的寄生電容可能是形成反饋的路徑，從而導致放大器的不穩定和寄生振蕩。線圈的的各個匝數之間也存在寄生電容，它容易改變線圈的阻抗，引起了共振，會損壞電路的性能。為了便于分析，通常在等效電路添加相應的對地電容來消除寄生電容的影響。
電容矩陣
電容矩陣（Capacitance matrix）的引入是為了解決系統中由于存在多個導體而產生的互電容的計算問題。電容的定義式僅適用于兩個相鄰導體的情況。在實際生活中，多導體系統（如三相傳輸線）的運用是非常廣泛的。如右圖所示，每個導體與其余多個導體均存在耦合作用，兩兩之間會存在互電容（寄生電容）。在傳輸系統中，線路之間的電容耦合通常是非預期的，是比較棘手的問題，原因是它會產生噪聲。為了處理這種情況，詹姆斯·麥克斯韋引入了一種電位系數。以包含個導體的系統為例，假設第個導體的電荷分別為，電壓為。那么對于整個系統來說，電壓和電容的關系可以表示為：
可簡寫為：，即為系統的電容矩陣。
負電容
電容可以由每增加單位電壓所累計的電荷量來定義。一般而言，電壓的的增加會帶來電荷量的增加，此時電容大于0。因此，負電容（Negative capacitance）的定義可以由以下公式表示。以右圖為例，縱坐標為電荷量，橫坐標為電壓，藍色線條為電荷-電壓變化曲線，可以看到，曲線在紅色框的范圍內，隨著電壓的增加，電荷量逐漸減少，符合公式定義，這就是所謂的負電容。
負電容的發現最早可以追溯到上世紀五十年代，當時人們對鐵電薄膜材料進行實驗時，發現其具備特有的“自發極化”現象，在其電荷-電壓關系曲線中，均表現出典型的負電容效應。2008年，“負電容”這一個術語正式被提出。2015年，伯克利大學教授在進行鐵電電容相關實驗時，發現了鐵電薄膜電容 dQ/dV<0 的現象，這一實驗證實了負電容的存在。此前，”負電容“僅在理論上存在。2019年，德國的NaMLab gGmbH和西安電子科技大學也先后通過實驗發現了負電容是存在的。“負電容”的提出引起了廣泛的關注。例如，基于負電容效應制備的場效應晶體管 (NCFET) 被認為是非常有希望實現超低功耗集成電路的器件結構之一。
相關計算
電容的串聯
多個電容、、、串聯后得到的總電容為：
電容的并聯
多個電容、、、串聯后得到的總電容為：
測量方法
電子元件電容的測量主要有以下幾種方法：
電容器
電容器（Capacitor）是一種在電場中儲存電能的電子元件，通常也簡稱為電容。如圖所示，電容器的內部是一個有兩個終端的無源電子元件，主要發揮電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、補償、充放電、儲能、隔直流等作用。
電容器的種類繁多，按絕緣介質材料的不同來分類，可以分為: 瓷介、電解、薄膜、云母、紙介電容器；按其可調性又分為固定電容器、可變電容器和微調電容器。
電容器的充放電過程
電容器的充放電過程是進行電能與電場能量的交換過程。以圖中的RC（電阻-電容）電路為例，其中G為電阻，E為電源。
斷開電阻，當DC電源與電容接通后，與電源正極相連的金屬極板上的自由電子在電源電壓下形成電流（流向與電源負極相連的金屬極板），電容開始充電。在這個過程中，與電源正極相連的金屬極板失去越來越多的電子，逐漸積累正電荷，而與電源負極相連的金屬極板獲得越來越多的電子，逐漸積累負電荷。兩金屬板攜帶的正負電荷數始終保持大小相等，方向相反。這些電荷會在兩極板間形成與電源方向相反的電壓，隨著電荷數越來越多，極板間的電壓會越來越大，當該電壓與電源相等時，電路中的電子不再受到電場力的作用而定向移動，電流消失，電容器充電過程結束。電容器的充電過程實質上是將電源的電能變成電容器的電場能量的過程和儲存電能的過程。
當電容器充電完畢后，斷開電源，將電容器與電阻接通，由于充電后的電容器，兩個金屬極板積累了相反的電荷，會在電路中形成電壓，負電荷在電壓的作用下，向帶正電的金屬極板上移動，形成電流，電容器開始放電。負電荷到達帶正電的金屬后，與積累的正電荷中和，稱電中性。隨著更多的電荷被中和，電路中的電壓差越來越小，電路中的電流越來越低，當所有電荷中和過程結束，金屬板不再帶電，電壓減少為0，電容器放電完畢。
電容器的充放電特性
如右圖所示，電容器的充放電特性指的是電容器的電壓（或者電流）在充放電過程中隨著時間的變化過程。
在電容器剛開始充電時，由于金屬板兩端的電壓為0，此時電路電壓為最大值（電源電壓）。因此，兩個金屬極板上的電荷快速積聚，電容器的電壓迅速上升。由于電容器電壓與電源電壓相反，總電壓逐漸下降，電容器的電壓隨著金屬板積累電荷的速度下降逐漸放緩，直至與電源電壓相等后不再上升。
在電容器剛開始放電時，電路電壓為最大值（電容器電壓），帶負電的金屬極板上的負電荷在電路電壓的驅使下迅速向帶正電荷的金屬極板移動，電容器電壓隨著金屬極板的電荷減少迅速下降。電容器電壓的減少，導致電荷移動速度放緩，因此電容器電壓的下降速度是逐漸放緩的，直到所有電荷中和過程結束，電容器電壓下降為0，放電結束。
在RC電路中，一般情況下，完成一個充電或者放電過程的時間可以認為是固定的，且為，與僅與電路中的電阻和電容有關。RC振蕩電路給電容器兩端接上或斷開電源后，電容器需要一定的時間達到穩定狀態。
電容器的阻抗特性
對于理想電容（純電容）而言，其阻抗特性可由容抗來表示：
式中，為電容兩端所施加電壓信號的頻率。從公式可以看出，電壓信號的頻率越高，電容的容抗越低，理想電容對于高頻電流呈現低阻特性。相反，由于直流信號的頻率為0，也就是電容對于直流信號來說具有無窮大的阻抗，呈現出隔斷的效果。電容的阻抗特性可以概括為“隔直流、通交流”，即電容對直流電流起隔斷作用，而交流電流可以通過電容；由于交流電頻率越低，容抗越高，通過電容頻率非常低的那部分電流會被“濾除”，因此電容在交流電路中還具有過濾低頻信號的作用。
電容器的能量特性
僅考慮電容存儲能量而不消耗能量的情況下，電容在時間內所存儲的能量可以表示為：
對于線性電容而言，其儲存的能量與時間有如下更簡潔的表達式。
參考資料 >
電學和磁學的量與單位.燕山大學學報.2023-02-28
電容.術語在線.2023-03-14
電容.術語在線—權威的術語知識服務平臺.2023-02-28