コンデンサ

コンデンサ
コンポーネントタイプ	受け身
動作原理	キャパシタンス
発明家	エーヴァルト・ゲオルク・フォン・クライスト（1745）; ピーテル・ファン・ムッシェンブルック(1746);
端末数	2
電子シンボル

コンデンサ
コンポーネントタイプ	受け身
動作原理	キャパシタンス
発明家	エーヴァルト・ゲオルク・フォン・クライスト（1745）; ピーテル・ファン・ムッシェンブルック(1746);
端末数	2
電子シンボル

フリー百科事典『ウィキペディア』より

（電気コンデンサからリダイレクト）

コンデンサは、互いに絶縁された2つの近接した面に電荷を蓄積することで電気エネルギーを蓄える装置です。2つの端子を持つ受動電子部品です。コンデンサは元々コンデンサと呼ばれていました^[¹^] 。この用語は、コンデンサーマイクなど、いくつかの複合名で現在も使用されています。口語的には、コンデンサはキャップと呼ばれることもあります^[²^]。

コンデンサの有用性は、その静電容量に依存します。回路内の近接した2つの導電体間にはある程度の静電容量が存在しますが、コンデンサは回路の一部に静電容量を追加するために特別に設計された部品です。

実際のコンデンサの物理的形状と構造は多種多様であり、多くの種類のコンデンサが一般的に使用されています。ほとんどのコンデンサには少なくとも 2 つの導電体が含まれており、多くの場合、誘電体媒体で分離された金属板または表面の形をしています。導電体は、箔、薄膜、焼結金属ビーズ、または電解質です。非導電性の誘電体は、コンデンサの充電容量を増加させる役割を果たします。誘電体として一般的に使用される材料には、ガラス、セラミック、プラスチックフィルム、紙、マイカ、空気、および酸化物層などがあります。電位差(電圧)がコンデンサの端子間に適用されると(たとえば、コンデンサがバッテリーに接続されている場合)、誘電体全体に電界が発生し、一方のプレートに正味の正電荷が集まり、もう一方のプレートに正味の負電荷が集まります。完全な誘電体には実際には電流は流れません。ただし、電源回路には電荷が流れます。この状態が十分長く維持されると、電源回路を流れる電流は止まります。時間によって変化する電圧がコンデンサのリード間に印加されると、コンデンサの充電と放電のサイクルにより、ソースには継続的な電流が流れます。

コンデンサは、多くの一般的な電気機器の電気回路部品として広く使用されています。抵抗器とは異なり、理想的なコンデンサはエネルギーを消費しませんが、現実のコンデンサは少量のエネルギーを消費します（「非理想的な動作」の項を参照）。

コンデンサの最も初期の形態は1740年代に作られました。ヨーロッパの実験者が、水を満たしたガラス瓶に電荷を蓄えられることを発見し、この瓶は後にライデン瓶として知られるようになりました。今日、コンデンサは電子回路において、直流を遮断し交流を通過させる目的で広く使用されています。アナログフィルタネットワークでは、電源の出力を平滑化します。共振回路では、ラジオを特定の周波数に同調させます。電力伝送システムでは、電圧と電力の流れを安定させます。^{[ 3 ]}コンデンサのエネルギー貯蔵特性は、初期のデジタルコンピュータのダイナミックメモリとして利用され、^{[ 4 ]}現代のDRAMにも利用されています。

自然静電容量の最も一般的な例は、空の雲と地表の間に蓄積される静電気です。これらの間には空気があり、これが誘電体として機能します。このため、空気の破壊電圧を超えると雷が発生します。 ^{[ 5 ]}

歴史

1745年10月、ドイツのポンメルン出身のエヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストは、高圧静電発生器を導線で手持ちのガラス瓶に入れた水に接続することで電荷を蓄えることができることを発見した。 ^[⁶^]クライストの手と水は導体として、瓶は誘電体として作用した（ただし、当時、このメカニズムの詳細は誤って認識されていた）。クライストは、導線に触れると強力な火花が発生し、静電発生器で得られる火花よりもはるかに痛みを伴うことを発見した。翌年、オランダの物理学者ピーテル・ファン・ムッシェンブルックが同様のコンデンサを発明し、彼が勤務していたライデン大学にちなんで「ライデン瓶」と名付けられた。^[⁷^]彼もまた、自分が受けたショックの強さに感銘を受け、「フランス王国のためなら、二度とショックを受けることはないだろう」と記している。^[⁸^]

ダニエル・グララスは、複数の瓶を並列に接続して電荷貯蔵容量を増加させた最初の人物でした。^{[ 9 ]} ベンジャミン・フランクリンはライデン瓶を調査し、電荷は他の人が想定していたように水ではなくガラスに貯蔵されているという結論に達しました。彼はまた、「バッテリー」という用語を採用し、^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} （大砲の電池のように、同様のユニットを並べて電力を増加させることを意味します）後に電気化学セルのクラスターに適用されました。^{[ 12 ]} 1747年、ライデン瓶は瓶の内側と外側を金属箔でコーティングし、口の部分に隙間を設けて箔間のアーク放電を防ぎました。^{[ 13 ]}静電容量の最も初期の単位は瓶で、約1.11ナノファラッドに相当しました。^{[ 14 ]}

1900年頃までは、ライデン瓶や、平らなガラス板と箔導体を交互に配置したより強力な装置が主に使用されていました。無線（ラジオ）の発明により標準的なコンデンサの需要が高まり、周波数が徐々に高くなるにつれて、より低インダクタンスのコンデンサが必要になりました。よりコンパクトな構造、例えば油を塗った紙のような柔軟な誘電体シートを金属箔で挟んだり、巻いたり折り畳んだりして小さなパッケージにしたりする方法が使われるようになりました。

1923年12月28日付ラジオタイムズ紙に掲載された、無線受信機用デュビリエコンデンサーの広告

初期のコンデンサはコンデンサーと呼ばれていましたが、この用語は今日でも、特に自動車システムなどの高出力アプリケーションで時々使用されています。コンデンサトーレという用語は、アレッサンドロ・ボルタが1780年に電気を測定するために開発した電気泳動器に似た装置を指して使用し、1782年にコンデンサーと翻訳されました^{[ 15 ]。}この名前は、独立した導体で可能なよりも高密度の電荷を蓄積できる装置の能力を指していました^{[ 16 ] 。}^{[ 1 ]}蒸気コンデンサーという用語は曖昧な意味のために廃止され、1926年に英国技術規格協会によってコンデンサーが推奨されましたが^{[ 17 ]} 、この用語が主流になるまでには数十年かかりました。

電気の研究が始まって以来、ガラス、磁器、紙、雲母といった非導電性材料が絶縁体として用いられてきました。数十年後、これらの材料は最初のコンデンサの誘電体としても適していました。紙コンデンサは、含浸紙を金属片で挟み、円筒状に巻いて作られ、19世紀後半には広く使用されていました。その製造は1876年に始まり、^{[ 18 ]} 20世紀初頭には電話のデカップリングコンデンサとして使用されるようになりました。

最初のセラミックコンデンサには磁器が使用されました。マルコーニの無線送信装置の初期には、送信機の高電圧・高周波用途に磁器コンデンサが使用されました。受信機側では、共振回路に小型のマイカコンデンサが使用されました。マイカコンデンサは1909年にウィリアム・デュビリエによって発明されました。第二次世界大戦前、アメリカ合衆国ではマイカがコンデンサの最も一般的な誘電体でした。^[¹⁸^]

最初の電解コンデンサの発明者であるチャールズ・ポラック（本名カロル・ポラック）は、アルミニウム陽極の酸化層が、中性またはアルカリ性の電解液中では、電源を切っても安定した状態を保つことを発見しました。1896年、彼は「アルミニウム電極を備えた電気液体コンデンサ」で米国特許第672,913号を取得しました。固体電解質タンタルコンデンサは、1950年代初頭にベル研究所によって発明されました。これは、新たに発明されたトランジスタを補完する、小型で信頼性の高い低電圧サポートコンデンサでした。

第二次世界大戦中、有機化学者によるプラスチック材料の開発に伴い、コンデンサ業界では紙よりも薄いポリマーフィルムが主流となり始めました。フィルムコンデンサのごく初期の開発事例の一つは、1944年の英国特許587,953に記載されています。^{[ 18 ]}

電気二重層コンデンサ（現在のスーパーコンデンサ）は、1957年にH.ベッカーが「多孔質炭素電極を用いた低電圧電解コンデンサ」を開発した際に発明されました。^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}彼は、電解コンデンサのエッチング箔の細孔と同様に、このコンデンサに使用されている炭素細孔にエネルギーが電荷として蓄えられると考えていました。当時、二重層のメカニズムは彼には未知であったため、特許には次のように記されています。「この部品をエネルギー貯蔵に使用した場合、正確には何が起きているのかは不明ですが、極めて高い容量につながります。」

MOSコンデンサはその後、メモリチップのストレージコンデンサとして、またイメージセンサー技術における電荷結合素子（CCD）の基本的な構成要素として広く採用されました。 ^[²¹^] 1966年、ロバート・デナード博士は、コンデンサ1つにつきMOSトランジスタ1つを組み合わせた現代のDRAMアーキテクチャを発明しました。^[²²^]^[²³^]

動作原理

概要

コンデンサは、非導電性領域で分離された2つの導体で構成されています。 ^{[ 24 ]}非導電性領域は、真空または誘電体と呼ばれる電気絶縁体です。誘電体媒体の例には、ガラス、空気、紙、プラスチック、セラミック、さらには導体と化学的に同一の半導体空乏領域があります。クーロンの法則により、一方の導体上の電荷は、もう一方の導体内の電荷キャリアに力を及ぼし、反対極性の電荷を引き付け、同極性の電荷を反発するため、もう一方の導体の表面に反対極性の電荷が誘導されます。したがって、導体は対面する表面に等しく反対の電荷を保持し、^{[ 25 ]}誘電体は電界を発生させます。

理想的なコンデンサは、 SI単位系でファラッド（F）で表される一定の静電容量 $C$ によって特徴付けられ、各導体の正または負の電荷 $Q$ とそれらの間の電圧 $V$ の比として定義されます。 ^[²⁴^] 1ファラッド（ $C={\frac {Q}{V}}$ 1Fは、各導体上の1クーロンの電荷がデバイス全体に1ボルトの電圧を生じさせることを意味します。 ^{[ 26 ]}導体（またはプレート）が互いに近接しているため、導体上の反対の電荷は電界により互いに引き合い、コンデンサは導体が離れている場合よりも一定の電圧に対してより多くの電荷を蓄えることができ、より大きな静電容量が得られます。

実際のデバイスでは、電荷の蓄積がコンデンサに機械的な影響を与え、静電容量が変化することがあります。この場合、静電容量は増分変化によって定義されます。 $C={\frac {\mathrm {d} Q}{\mathrm {d} V}}$

水力学のアナロジー

油圧のアナロジーで言えば、コンデンサはパイプ内の弾性ダイヤフラムに相当します。このアニメーションは、ダイヤフラムが伸びたり縮んだりする様子を示しており、これはコンデンサの充電と放電に似ています。

水力学のアナロジーでは、電圧は水圧に、電線を流れる電流はパイプを通る水の流れに相当します。コンデンサはパイプ内の弾性ダイヤフラムのようなものです。水はダイヤフラムを通過できませんが、ダイヤフラムが伸びたり縮んだりすると水は移動します。

静電容量はダイヤフラムの弾力性と類似しています。静電容量値（ ⁠ ⁠ $\textstyle C={Q \over V}$ ）が大きいほど電荷差と電圧の比が大きくなるのと同様に、ダイヤフラムがより容易に曲がるほど水変位と圧力の比も大きくなります。
交流回路において、コンデンサはパイプ内のダイヤフラムのように動作し、電子は実際には通過せず、誘電体の両側で電荷が移動できるようにします。直流回路において、コンデンサは油圧アキュムレータに類似しており、圧力が解放されるまでエネルギーを蓄えます。同様に、アキュムレータが油圧ポンプのサージを抑制するのと同様に、コンデンサは整流された直流回路における電気の流れを平滑化するために使用できます。
充電されたコンデンサと伸張したダイヤフラムはどちらも位置エネルギーを蓄えます。コンデンサの充電量が増えるほど、プレート間の電圧は高くなります（⁠ ⁠ $\textstyle V={Q \over C}$ ）。同様に、押しのけられた水の体積が大きければ大きいほど、弾性位置エネルギーは大きくなります。
水の流れがダイヤフラム全体の容積差に影響を及ぼすのと同じように、電流はコンデンサ全体の電荷差に影響を及ぼします。
コンデンサが高電圧を受けると絶縁破壊を起こすのと同様に、ダイヤフラムは極度の圧力を受けると破裂します。
コンデンサが交流を通過させながら直流をブロックするのと同様に、ダイヤフラムは圧力の変化がない限り水を押しのけません。

短時間限界と長時間限界における回路の等価性

回路において、コンデンサは異なる瞬間に異なる挙動を示すことがあります。しかし、通常は短時間の限界と長時間の限界について考えるのは簡単です。

長時間の限界では、充電/放電電流がコンデンサを飽和させた後は、コンデンサのどちらの側からも電流が出入りしなくなります。したがって、コンデンサの長時間等価状態は開回路です。
短時間限界において、コンデンサが特定の電圧 $V$ で始動した場合、その瞬間のコンデンサの電圧降下は既知であるため、これを電圧 $V$ の理想的な電圧源に置き換えることができます。具体的には、 $V = 0$ （コンデンサが充電されていない状態）の場合、コンデンサの短時間等価状態は短絡です。

平行板コンデンサ

コンデンサの最も単純なモデルは、2枚の薄い平行な導電板で構成されます。それぞれの面積は⁠ ⁠ で、厚さ ⁠ の均一なギャップで隔てられており、そのギャップは誘電率⁠ ⁠の誘電体で満たされています。このギャップは、板の寸法よりもはるかに小さいと仮定されます。このモデルは、多くの実用的なコンデンサによく当てはまります。これらのコンデンサは、薄い絶縁誘電体層で隔てられた金属板で構成されています。これは、コンデンサの故障の原因となる薄い部分を避けるために、製造業者が誘電体の厚さを非常に均一に保つように努めているためです。 $A$ $d$ $\varepsilon$ $d$

プレート間の間隔はプレート領域全体にわたって均一であるため、プレート間の電界は一定であり、プレート表面に対して垂直に向いています。ただし、プレートの端付近の領域では、電界線がコンデンサの側面から「突出」するため、電界が減少します。この「フリンジ電界」領域はプレート間隔 ⁠ ⁠ とほぼ同じ幅であり、⁠ ⁠がプレートの寸法に比べて小さいと仮定すると、無視できるほど小さいです。したがって、一方のプレートともう一方のプレートに電荷 ⁠ ⁠ が印加された場合（不均一に帯電したプレートの状況については後述します）、各プレートの電荷は、各プレートの内面にある、一定電荷密度（クーロン/平方メートル）の表面電荷層に均等に分散されます。ガウスの法則から、プレート間の電界の大きさは⁠ ⁠です。プレート間の電圧（差）は、一方のプレートからもう一方のプレートまでの線（ $z$ 方向）における電界の線積分として定義されます。静電容量は⁠ ⁠と定義されます。上記をこの式に代入すると $E$ $d$ $d$ $+Q$ $-Q$ ${\textstyle \sigma =\pm {Q \over A}}$ $\textstyle E={\sigma \over \varepsilon }$ $V$ $V=\int _{0}^{d}E(z)\,\mathrm {d} z=Ed={\frac {\sigma }{\varepsilon }}d={\frac {Qd}{\varepsilon A}}$ $\textstyle C={Q \over V}$ $V$

$C={\frac {\varepsilon A}{d}}$

したがって、コンデンサでは、誘電率の高い誘電体材料、大きなプレート面積、およびプレート間の小さな間隔によって、最高の静電容量が実現されます。

プレート面積は直線寸法の二乗に比例して増加し、分離は直線的に増加するため、静電容量はコンデンサの直線寸法 ( ⁠ ⁠ )、または体積の三乗根に比例します。 $A$ $d$ $C\varpropto L$

平行板コンデンサは、絶縁破壊が起こる前に有限量のエネルギーしか蓄えられません。コンデンサの誘電体は絶縁耐力 $U d$ を持ち、これによりコンデンサの破壊電圧は $V = V bd = U d d$ となります。したがって、コンデンサが蓄えられる最大エネルギーは $E={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {\varepsilon A}{d}}\left(U_{d}d\right)^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon AdU_{d}^{2}$

最大エネルギーは誘電体の体積、誘電率、および絶縁耐力の関数である。プレート面積とプレート間の距離を変えても体積は同じままにし、プレート間の距離がプレートの長さと幅よりもずっと小さい限り、コンデンサが蓄えられる最大エネルギー量は変化しない。さらに、これらの式では電界がプレート間の誘電体に完全に集中していると仮定している。実際には、誘電体の外側、たとえばコンデンサプレートの側面の間にはフリンジ電界があり、コンデンサの有効静電容量を増加させる。これは寄生容量と呼ばれることもある。いくつかの単純なコンデンサ形状では、この追加の静電容量項は解析的に計算することができる。^{[ 27 ]}プレート幅と距離、および長さと距離の比が大きい場合、この項は無視できるほど小さくなる。

不均一に帯電したプレートの場合:

片方のプレートが⁠ ⁠で帯電し、もう片方が⁠ ⁠で帯電している場合、両方のプレートが環境内の他の物質から離れていると、最初のプレートの内面は⁠ ⁠で帯電し、2番目のプレートの内面は⁠ ⁠で帯電します。^[^要出典^]したがって、プレート間の電圧は⁠ ⁠です。両方のプレートの外面は⁠ ⁠で帯電しますが、これらの電荷はプレート間の電圧に影響を与えないことに注意してください。 $Q_{1}$ $Q_{2}$ $\textstyle {1 \over 2}(Q_{1}-Q_{2})$ $\textstyle {1 \over 2}(Q_{1}-Q_{2})$ $V$ $\textstyle V={1 \over 2C}(Q_{1}-Q_{2})$ $\textstyle {1 \over 2}(Q_{1}+Q_{2})$
片方のプレートが⁠ ⁠で帯電し、もう片方のプレートが ⁠ ⁠ で帯電している場合、もう片方のプレートが接地されていると、片方のプレートの内面は⁠ ⁠となり、もう片方のプレートの内面は⁠ ⁠となります。したがって、プレート間の電圧は⁠ ⁠となります。両方のプレートの外側の表面は電荷がゼロになることに注意してください。 $Q_{1}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $-Q_{1}$ $V$ $\textstyle V={Q_{1} \over C}$

インターリーブコンデンサ

コンデンサのプレート数に応じて、総静電容量は次のようになります。は単一のプレートの静電容量、はインターリーブされたプレートの数です。 $n$ $C=\varepsilon _{o}{\frac {A}{d}}(n-1)$ ${\textstyle C={\frac {\varepsilon _{o}A}{d}}}$ $n$

右の図に示すように、インターリーブされたプレートは、互いに接続した平行プレートと見ることができます。隣接するプレートの各ペアは独立したコンデンサとして機能します。ペアの数は常にプレートの数より1つ少なく、これが乗数となります。 $(n-1)$

コンデンサに蓄えられたエネルギー

コンデンサの電荷と電圧を増加させるには、電界の反対力に逆らって電荷を負極板から正極板へ移動させる外部電源による作業を行わなければなりません。 ^{[ 28 ]}^{[ 29 ]}コンデンサの電圧が⁠ ⁠ $V$ の場合、負極板から正極板へ少量の電荷を移動させるのに必要な作業は⁠ ⁠です。エネルギーは極板間の増加した電界に蓄えられます。コンデンサに蓄えられた全エネルギー（ジュールで表す）は、電荷がない状態から電界を確立する際に行われた全作業に等しくなります。^[³⁰^]^[²⁹^]^[²⁸^]ここで、はコンデンサに蓄えられた電荷、はコンデンサ両端の電圧、は静電容量です。この位置エネルギーは、電荷が除去されるまでコンデンサ内に残ります。たとえば極板間に抵抗のある回路を接続するなどして電荷を正極板から負極板へ戻すことができる場合、電界の影響下で移動する電荷は外部回路に対して作業を行います。 $\mathrm {d} W$ $\mathrm {d} q$ $\mathrm {d} W=V\mathop {} \!\mathrm {d} q$ $W$ $W=\int _{0}^{Q}V(q)\mathop {} \!\mathrm {d} q=\int _{0}^{Q}{\frac {q}{C}}\mathop {} \!\mathrm {d} q={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}={\frac {1}{2}}VQ={\frac {1}{2}}CV^{2}$ $Q$ $V$ $C$

上記の平行板モデルのように、コンデンサプレート間のギャップが一定であれば、プレート間の電界は均一になり（フリンジ電界を無視）、一定値になります。この場合、蓄積エネルギーは電界強度から計算できます。上記の最後の式は、電界内の単位体積あたりのエネルギー密度にプレート間の電界体積を乗じたものに等しく、コンデンサ内のエネルギーが電界に蓄積されていることを示しています。 $d$ $E=V/d$ $W={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {\varepsilon A}{d}}\left(Ed\right)^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon AdE^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon E^{2}({\text{電場の体積}})$

電流-電圧関係

電気回路の任意のコンポーネントを流れる電流は、そのコンポーネントを通過する電荷の流量として定義されます。実際の電荷（電子）は、理想的なコンデンサの誘電体を通過できません。^[^{注 1}^]むしろ、正極板から電子が1つ放出されるごとに負極板に1つの電子が蓄積されるため、電子が枯渇し、一方の電極に正電荷が生じます。この正電荷は、もう一方の電極に蓄積された負電荷と等しく、かつ反対の電荷となります。したがって、電極の電荷は、上で説明したように、電流の積分に等しく、電圧に比例します。任意の逆微分と同様に、初期電圧を表すために積分定数が追加されます。これはコンデンサ方程式の積分形式です。^[³¹^] $I(t)$ $Q(t)$ $V(t_{0})$

電流-電圧関係（積分形）

$V(t)={\frac {Q(t)}{C}}=V(t_{0})+{\frac {1}{C}}\int _{t_{0}}^{t}I(\tau )\,\mathrm {d} \tau$

これを微分して掛けると次の微分形が得られる: ^[³²^] $C$

電流-電圧関係（微分形式）

$I(t)={\frac {\mathrm {d} Q(t)}{\mathrm {d} t}}=C{\frac {\mathrm {d} V(t)}{\mathrm {d} t}}$

$C$ は時間、電圧、電荷に依存しません。

コンデンサの双対はインダクタであり、これは電界ではなく磁界にエネルギーを蓄えます。その電流-電圧関係は、コンデンサの式において電流と電圧を入れ替え、 $Cを$ インダクタンス $L$ に置き換えることで得られます。

RC回路

抵抗器、コンデンサ、スイッチ、および一定の直流電圧源 $V 0$ のみを含む直列回路は充電回路として知られています。^{[ 33 ]} $スイッチが開いている間コンデンサが最初は充電されておらず、 t = 0$ でスイッチが閉じられると、キルヒホッフの電圧法則から次の式が成り立ちます。 $V_{0}=v_{\text{抵抗器}}(t)+v_{\text{コンデンサ}}(t)=i(t)R+{\frac {1}{C}}\int _{t_{0}}^{t}i(\tau )\,\mathrm {d} \tau$

導関数をとり、 $C$ を掛けると、1階微分方程式が得られます。 $RC{\frac {\mathop {} \!\mathrm {d} i(t)}{\mathop {} \!\mathrm {d} t}}+i(t)=0$

$t = 0$ において、コンデンサの両端の電圧はゼロ、抵抗器の両端の電圧は $V 0$ です。初期電流は⁠ ⁠ $\textstyle I(0)={V_{0} \over R}$ です。この仮定のもと、微分方程式を解くと次の式が得られます。ここで、 $τ$ $0$ $=$ $RCはシステムの$ 時定数です。コンデンサが電源電圧と平衡状態に達すると、抵抗器の両端の電圧と回路全体を流れる電流は指数関数的に減少します。放電中のコンデンサの場合、コンデンサの初期電圧（ $V$ $Ci$ ）が $V$ $0$ に置き換わります。方程式は次のようになります。 ${\begin{aligned}I(t)&={\frac {V_{0}}{R}}e^{-t/\tau _{0}}\\V(t)&=V_{0}\left(1-e^{-t/\tau _{0}}\right)\\Q(t)&=CV_{0}\left(1-e^{-t/\tau _{0}}\right)\end{aligned}}$ ${\begin{aligned}I(t)&={\frac {V_{\mathrm {Ci} }}{R}}e^{-t/\tau _{0}}\\V(t)&=V_{\mathrm {Ci} }\,e^{-t/\tau _{0}}\\Q(t)&=C\,V_{\mathrm {Ci} }\,e^{-t/\tau _{0}}\end{aligned}}$

AC回路

インピーダンスは、リアクタンスと抵抗のベクトル和であり、特定の周波数で正弦波状に変化する電圧と正弦波状に変化する電流の位相差と振幅の比を表します。フーリエ解析により、周波数スペクトルから任意の信号を構築でき、そこからさまざまな周波数に対する回路の反応を見つけることができます。コンデンサのリアクタンスとインピーダンスはそれぞれ、 ⁠ ⁠は虚数単位、⁠ ⁠は正弦波信号の角周波数です。 ⁠ ⁠位相は、AC 電圧⁠ ⁠が AC 電流より 90°遅れていることを示します。つまり、正の電流位相は、コンデンサが充電されるにつれて電圧が増加することに対応し、ゼロ電流は瞬間的な一定電圧に対応します。 ${\begin{aligned}X&=-{\frac {1}{\omega C}}=-{\frac {1}{2\pi fC}}\\Z&={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}=-{\frac {j}{2\pi fC}}\end{aligned}}$ $j={\sqrt {-1}}$ $\omega$ $-j$ $V=ZI$

インピーダンスは、静電容量の増加と周波数の上昇に伴って低下します。^{[ 34 ]}これは、高周波信号や大容量コンデンサでは、電流振幅あたりの電圧振幅が低下することを意味します。これはAC「短絡」またはAC結合です。逆に、非常に低い周波数ではリアクタンスが高く、コンデンサはAC解析においてほぼ開回路となります。つまり、これらの周波数は「フィルタリング」されているということです。

コンデンサは、インピーダンスが定義特性、つまり静電容量に反比例するという点で、抵抗器やインダクタとは異なります。

交流電圧源に接続されたコンデンサには、変位電流が流れます。電圧源が⁠ ⁠ $V_{0}\cos(\omega t)$ の場合、変位電流は次のように表されます。 $I=C{\frac {\mathop {} \!\mathrm {d} V}{\mathop {} \!\mathrm {d} t}}=-\omega {C}{V_{0}}\sin(\omega t).$

⁠ ⁠ $\sin(\omega t)=-1$ において、コンデンサは最大（またはピーク）電流を持ち、それによって⁠ ⁠となります。ピーク電圧とピーク電流の比は、 $I_{0}=\omega CV_{0}$ 容量性リアクタンス（⁠ ⁠ $X_{\mathrm {C} }$ と表記）によって決まります。 $X_{\mathrm {C} }={\frac {V_{0}}{I_{0}}}={\frac {V_{0}}{\omega CV_{0}}}={\frac {1}{\omega C}}$

$X_{\mathrm {C} }$ $ω が無限大に近づくにつれて、$ ⁠ ⁠ はゼロに近づきます。⁠ ⁠ が0 $X_{\mathrm {C} }$ に近づくと、コンデンサは高周波で電流を強く流す短い電線のような状態になります。
$X_{\mathrm {C} }$ $ω がゼロに近づくにつれて、$ ⁠ ⁠は無限大に近づきます。⁠ ⁠が $X_{\mathrm {C} }$ 無限大に近づくと、コンデンサは低周波を通しにくい開回路に似た状態になります。

コンデンサの電流は、電源の電圧とよりよく比較するために、コサインの形で表すことができます。 $I=-I_{0}\sin({\omega t})=I_{0}\cos({\omega t}+{90^{\circ }})$

この状況では、電流は電圧に対して⁠ ⁠ラジアンまたは +90 度位相がずれています。つまり、電流は電圧よりも 90° 進んでいます。 $\textstyle +{\pi \over 2}$

ラプラス回路解析（s領域）

回路解析でラプラス変換を使用する場合、初期電荷のない理想的なコンデンサのインピーダンスは $s$ 領域で次のように表されます。ここで $Z(s)={\frac {1}{sC}}$

$C$ は静電容量であり、
$s$ は複素周波数です。

回路解析

複数のコンデンサを並列に接続

2つのコンデンサの並列接続

並列コンデンサ

並列接続されたコンデンサには、それぞれ同じ電圧が印加されます。それぞれの静電容量は加算され、電荷は静電容量に応じて分配されます。回路図を用いて平行板を視覚化すると、各コンデンサが全体の表面積に寄与していることがわかります。 $C_{\mathrm {eq} }=\sum _{i=1}^{n}C_{i}=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{n}$

複数のコンデンサを直列に接続

2つのコンデンサの直列接続

直列コンデンサ

直列接続すると、回路図から、プレート面積ではなく、分離距離が加算されることがわかります。各コンデンサは、直列接続された他のすべてのコンデンサと同じ瞬間的な電荷を蓄積します。両端間の電圧差の合計は、各コンデンサの静電容量の逆数に応じて分配されます。直列接続全体は、どのコンポーネントよりも小さなコンデンサとして機能します。 $C_{\mathrm {eq} }=\left(\sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{C_{i}}}\right)^{-1}=\left({1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2}}+{1 \over C_{3}}+\dots +{1 \over C_{n}}\right)^{-1}$

コンデンサは、高電圧電源の平滑化など、より高い動作電圧を得るために直列に接続されます。各コンデンサの静電容量と漏れ電流が同じであれば、プレート間隔に基づいて決まる定格電圧は加算されます。このような用途では、直列接続されたコンデンサを並列に接続してマトリックスを形成する場合があります。その目的は、どのコンデンサにも過負荷をかけることなく、ネットワークのエネルギー貯蔵量を最大化することです。コンデンサを直列に接続して高エネルギーを貯蔵する場合、1つのコンデンサが故障して漏れ電流が発生しても、他の直列コンデンサに過度の電圧が加わらないように、安全上の配慮が必要です。

直列接続は、極性電解コンデンサをバイポーラ AC 用に適応させるためにも使用されることがあります。

並列-直列ネットワークにおける電圧分布

直列に接続されたコンデンサのチェーン（ $B$ $n$ $）に並列に接続された単一の充電コンデンサ（ A$ ）からの電圧分布をモデル化するには、次のようにします。 ${\begin{aligned}{\text{(volts)}}A_{\mathrm {eq} }&=A\left(1-{\frac {1}{n+1}}\right)\\{\text{(volts)}}B_{\text{1..n}}&={\frac {A}{n}}\left(1-{\frac {1}{n+1}}\right)\\A-B&=0\end{aligned}}$

(これは、すべての静電容量値が等しい場合にのみ正しいことに注意してください)。

この取り決めで移転される電力は次のとおりです。 $P={\frac {1}{R}}\cdot {\frac {1}{n+1}}A_{\text{volts}}\left(A_{\text{farads}}+B_{\text{farads}}\right)$

非理想的な行動

実際には、コンデンサはいくつかの点で理想的なコンデンサの式から外れます。漏れ電流や寄生効果など、これらのいくつかは線形であるか、またはほぼ線形として解析でき、等価回路を形成するために仮想コンポーネントを追加することで説明できます。その後、通常のネットワーク解析手法を適用できます。^{[ 35 ]}ブレークダウン電圧などの他のケースでは、効果は非線形であり、通常の（通常の、たとえば線形）ネットワーク解析を使用できないため、効果を個別に考慮する必要があります。さらに、温度依存性など、線形である可能性がある別のグループのアーティファクトが存在する可能性があり、これは解析で静電容量が定数であるという仮定を無効にします。最後に、固有のインダクタンス、抵抗、または誘電損失などの複合寄生効果は、さまざまな動作周波数で不均一な動作を示す可能性があります。

破壊電圧

特定の電界強度（誘電強度と呼ばれる）を超えると、コンデンサ内の誘電体は $E_{\mathrm {ds} }$ 導電性を持つようになります。この状態になる電圧はデバイスの破壊電圧と呼ばれ、誘電強度と導体間の距離の積で表されます。^{[ 36 ]} $V_{\mathrm {bd} }=E_{\mathrm {ds} }d$

コンデンサに安全に蓄えられる最大エネルギーは、破壊電圧によって制限されます。この電圧を超えると、極板間の短絡が発生し、誘電体、極板、またはその両方に永久的な損傷を与える可能性があります。静電容量と破壊電圧は誘電体の厚さに比例するため、特定の誘電体で作られたすべてのコンデンサは、誘電体が体積の大部分を占める限り、ほぼ等しい最大エネルギー密度を持ちます。 ^{[ 37 ]}

空気誘電体コンデンサの場合、破壊電界強度は次のとおりである。2～5MV/m（キロボルト/ミリメートルに相当）；雲母の場合、内訳は100～300 MV/m ; 石油の場合、15～25 MV/mである。誘電体に他の材料が使用される場合、この値ははるかに低くなる可能性がある。^{[ 38 ]}誘電体は非常に薄い層で使用されるため、コンデンサの絶対的な破壊電圧は制限される。一般的な電子機器用途に使用されるコンデンサの典型的な定格は、数ボルトから1キロボルト。電圧が高くなると誘電体を厚くする必要があり、高電圧コンデンサは低電圧定格のコンデンサよりも静電容量が大きくなります。

破壊電圧は、コンデンサの導電部の形状などの要因に大きく影響されます。鋭利なエッジや尖端は、その箇所の電界強度を高め、局所的な破壊につながる可能性があります。一旦破壊が始まると、破壊は誘電体を急速に伝わり、反対側のプレートに到達し、炭素を残して短絡（または比較的低抵抗の）回路を引き起こします。コンデンサ内の短絡により周囲の回路から電流が引き出され、エネルギーが消費されるため、爆発的な結果を招く可能性があります。^{[ 39 ]}しかし、特定の誘電体^{[ 40 ]}^{[ 41 ]}と薄い金属電極を備えたコンデンサでは、破壊後も短絡は発生しません。これは、金属が破壊近傍で溶融または蒸発し、コンデンサの他の部分から分離されるためです。^{[ 42 ]}^{[ 43 ]}

通常の破壊経路は、電界強度が十分に大きくなり、誘電体内の電子が原子から引き離されて伝導が生じることです。他のシナリオとしては、誘電体内の不純物などが挙げられます。また、誘電体が結晶性である場合、結晶構造の欠陥によって半導体デバイスに見られるようなアバランシェ破壊が発生することもあります。破壊電圧は、圧力、湿度、温度にも影響されます。^{[ 44 ]}

等価回路

理想的なコンデンサは、電気エネルギーを消費することなく、蓄積と放出のみを行います。実際には、コンデンサの材料には欠陥があり、以下のような寄生成分が生じます。^{[ 45 ]}

${\text{ESL}}$ リード線に起因する等価直列インダクタンス。これは通常、比較的高い周波数でのみ顕著になります。
総インピーダンスに実数値成分を追加し、電力を浪費する 2 つの抵抗:
- $R_{\text{lead}}$ リード線に小さな直列抵抗が接続されています。周波数が高くなるにつれて、その重要性は増します。
- $G_{\text{dielectric}}$ 不完全な誘電体材料を考慮するため、容量と並列に小さなコンダクタンス（または逆に大きな抵抗）が存在します。これにより、誘電体に小さな漏れ電流が発生し（「漏れ」の項^を^参照）、時間の経過とともにコンデンサがゆっくりと放電されます。このコンダクタンスは、非常に低い周波数では全抵抗の大部分を占めます。その値は^、コンデンサの材料と品質によって大きく異なります。^[^要出典^]

簡略化されたRLCシリーズモデル

周波数が高くなると、容量性インピーダンス（負のリアクタンス）が減少するため、誘電体のコンダクタンスの重要性は低下し、直列成分の重要性が増します。したがって、広い周波数範囲で有効な簡略化されたRLC直列モデルは、コンデンサを、等価直列インダクタンスと、周波数に依存した等価直列抵抗と直列に接続されているものとして扱います。等価直列抵抗は周波数によってほとんど変化しません。前のモデルとは異なり、このモデルはDCおよび非常に低い周波数では有効ではありません。 ${\text{ESL}}$ ${\text{ESR}}$ $G_{\text{dielectric}}$

誘導性リアクタンスは周波数とともに増加します。その符号は正であるため、静電容量を打ち消します。

RLC回路の固有周波数では、インダクタンスが容量を完全に打ち消すため、総リアクタンスはゼロになります。における総インピーダンスはの実数値と一致するため、平均電力消費は ⁠ で最大値に達します。 $\omega _{0}{=}{\tfrac {1}{\sqrt {{\text{ESL}}\cdot {\text{C}}}}}$ $\omega _{0}$ ${\text{ESR}}$ V _RMS²/ESRここで、V _RMSはコンデンサ両端の二乗平均平方根 (RMS) 電圧です。

さらに高い周波数では、誘導性インピーダンスが支配的になるため、コンデンサは望ましくないインダクタのような挙動を示すようになります。高周波工学では、すべての接続部と部品のインダクタンスを考慮する必要があります。

Q係数

コンデンサを等価直列抵抗 ⁠ ⁠ ${\text{ESR}}$ と直列に接続された理想的なコンデンサとして簡略化したモデルでは、コンデンサの品質係数(または⁠ ⁠ $Q$ ) は、特定の周波数⁠ ⁠における容量性リアクタンスと抵抗の大きさの比です。 $X_{\mathrm {C} }$ $\omega$

$Q(\omega )={\frac {|X_{\mathrm {C} }(\omega )|}{\text{ESR}}}={\frac {1}{\omega C\cdot {\text{ESR}}}}\,.$

⁠ ⁠ $Q$ 係数はコンデンサの効率を表す指標です。コンデンサの⁠ ⁠ $Q$ 係数が高いほど、理想的なコンデンサの挙動に近づきます。損失係数はその逆数です。

リップル電流

リップル電流は、周波数が一定または変化する印加電源（多くの場合、スイッチング電源）の交流成分です。リップル電流は、変化する電界強度と、わずかに抵抗のある電源ラインまたはコンデンサ内の電解質を流れる電流によって生じる誘電損失により、コンデンサ内で発熱を引き起こします。等価直列抵抗（ESR）は、これをモデル化するために完全なコンデンサに追加される内部直列抵抗の大きさです。

一部のタイプのコンデンサ(主にタンタルおよびアルミ電解コンデンサ)および一部のフィルムコンデンサには、最大リップル電流の定格値が指定されています。

固体二酸化マンガン電解質を使用したタンタル電解コンデンサは、リップル電流によって制限され、一般的にコンデンサファミリーの中で最も高いESR定格を備えています。リップル制限を超えると、ショートや部品の焼損につながる可能性があります。
最も一般的な電解コンデンサであるアルミ電解コンデンサは、リップル電流が大きいほど寿命が短くなります。リップル電流がコンデンサの定格値を超えると、爆発的な故障につながる傾向があります。
セラミックコンデンサには、一般にリップル電流制限がなく^{[引用が必要]}、ESR 定格が最も低いコンデンサの 1 つです。
フィルムコンデンサはESR 定格が非常に低いですが、定格リップル電流を超えると劣化故障を引き起こす可能性があります。

静電容量の不安定性

特定のコンデンサの静電容量は、部品の経年劣化とともに低下します。セラミックコンデンサの場合、これは誘電体の劣化が原因です。誘電体の種類、動作周囲温度、保管温度が最も重要な経年劣化要因であり、動作電圧は通常はそれほど影響しません。つまり、通常のコンデンサ設計では電圧係数が最小限に抑えられます。部品をキュリー点以上に加熱することで、経年劣化を逆転させることができます。経年劣化は部品の寿命初期に最も速く進行し、時間の経過とともにデバイスは安定します。^{[ 47 ]}電解コンデンサは電解質が蒸発するにつれて経年劣化します。セラミックコンデンサとは対照的に、これは部品の寿命末期に発生します。

静電容量の温度依存性は、通常、1℃あたりのppm（百万分率）で表されます。通常は概ね線形関数として考えられますが、温度範囲の極端な場合には顕著に非線形になることがあります。温度係数は、主に誘電体材料に依存して、正または負の値をとります。C0G/NP0と表記されるもののNPOと呼ばれるものもあり、ある温度ではやや負の係数、別の温度では正の係数、そしてその中間の温度ではゼロとなります。このような部品は、温度が重要な回路に用いられることがあります。^{[ 48 ]}

コンデンサ、特にセラミックコンデンサや紙コンデンサなどの旧式のコンデンサは、音波を吸収し、マイクロフォニック効果を引き起こすことがあります。振動によってプレートが動き、静電容量が変化して交流電流が誘導されます。一部の誘電体は圧電性も発生します。この干渉は特にオーディオ用途で問題となり、フィードバックや意図しない録音を引き起こす可能性があります。逆マイクロフォニック効果では、コンデンサプレート間の電界変化が物理的な力となり、プレートがスピーカーのように動きます。これにより可聴音が発生しますが、エネルギーが消費され、誘電体や電解質（存在する場合）にストレスがかかります。

電流と電圧の反転

電流の反転は、電流の方向が変わるときに発生します。電圧の反転は、回路における極性の変化です。反転は通常、最大定格電圧に対する極性反転の割合で表されます。直流回路では、この割合は通常100%未満、多くの場合0～90%の範囲ですが、交流回路では100%の反転が発生します。

DC回路およびパルス回路では、電流と電圧の反転はシステムの減衰の影響を受けます。電圧の反転は、減衰不足のRLC回路で発生します。電流と電圧の方向が反転し、インダクタンスと容量の間に調和振動子が形成されます。電流と電圧は振動する傾向があり、システムが平衡状態に達するまで、ピーク値が前回よりも低くなるまで、方向を数回反転することがあります。これはしばしばリンギングと呼ばれます。対照的に、臨界減衰または過剰減衰のシステムでは、通常、電圧の反転は発生しません。反転は、ピーク電流が各方向で等しいAC回路でも発生します。

コンデンサの寿命を最大限に延ばすには、通常、システムが経験する可能性のある最大の逆電圧に耐えられる必要があります。交流回路では100%の電圧逆電圧が発生しますが、減衰が不十分な直流回路では100%未満しか電圧逆電圧が発生しません。逆電圧は誘電体に過剰な電界を発生させ、誘電体と導体の両方に過剰な加熱を引き起こし、コンデンサの寿命を著しく短縮する可能性があります。逆電圧定格は、誘電体材料や電圧定格の選択から、使用される内部接続の種類に至るまで、コンデンサの設計上の考慮事項に影響を与えることがよくあります。^{[ 49 ]}

誘電吸収

あらゆる種類の誘電体材料で作られたコンデンサは、ある程度の「誘電吸収」または「ソーク」を示します。コンデンサを放電して接続を外すと、誘電体のヒステリシスにより、短時間で電圧が発生する可能性があります。この効果は、高精度サンプル・ホールド回路やタイミング回路などの用途では問題となります。吸収は時間依存プロセスであるため、吸収のレベルは、設計上の考慮事項から充電時間まで、多くの要因に依存します。しかし、主な要因は誘電体材料の種類です。タンタル電解コンデンサやポリサルフォンフィルムコンデンサは比較的高い吸収を示しますが、ポリスチレンやテフロンは非常に低いレベルの吸収しか許容しません。^{[ 50 ]}閃光管、テレビ、電子レンジ、除細動器など、危険な電圧やエネルギーが存在するコンデンサでは、コンデンサが短絡または放電された後、誘電吸収によって危険な電圧まで再充電されることがあります。 10ジュール以上のエネルギーを蓄えたコンデンサは一般的に危険とみなされ、50ジュール以上は致命的となる可能性があります。コンデンサは数分間で元の電荷の0.01～20%を回復することがあり、一見安全に見えるコンデンサが驚くほど危険な状態になることがあります。^{[ 51 ]}^{[ 52 ]}^{[ 53 ]}^{[ 54 ]}^{[ 55 ]}

漏れ

完全な絶縁体はない。したがって、すべての誘電体は微量の電流を漏洩させる。これはメガオーム計で測定できる。^{[ 56 ]}漏洩電流は、コンデンサと並列に接続された抵抗器と同等である。熱、機械的ストレス、湿度などの要因に常にさらされると、誘電体が劣化し、過度の漏洩電流が発生する可能性がある。これは、特にオイルペーパーや箔コンデンサが使用されていた古い真空管回路でよく見られる問題である。多くの真空管回路では、ある真空管のプレートから次の段のグリッド回路へ変化する信号を伝導するために、段間結合コンデンサが使用されている。コンデンサの漏洩電流によって、グリッド回路の電圧が通常のバイアス設定よりも上昇し、下流の真空管に過大な電流や信号歪みが生じる可能性がある。パワーアンプでは、これがプレートの赤熱や電流制限抵抗の過熱、さらには故障を引き起こす可能性がある。同様の考慮事項は、コンポーネント製造されたソリッドステート（トランジスタ）アンプにも当てはまるが、発熱量の低下と現代のポリエステル誘電体バリアの使用により、かつては一般的だったこの問題は比較的まれになっている。

使用中止による電解故障

アルミ電解コンデンサは、製造時に適切な内部化学状態を生じさせるのに十分な電圧を印加することでコンディショニングされます。この状態は、機器を定期的に使用することで維持されます。電解コンデンサを使用したシステムを長期間使用しないと、コンディショニングが失われる可能性があります。次に使用したときに、短絡により故障する場合があります。

寿命

すべてのコンデンサの寿命は、その構造、動作条件、環境条件によって異なります。固体セラミックコンデンサは、通常使用では通常非常に長い寿命を示し、振動や周囲温度などの要因にはほとんど左右されませんが、湿度、機械的ストレス、疲労などの要因が故障の主な原因となります。故障モードはコンデンサによって異なります。コンデンサによっては、容量の漸進的な低下、リーク電流の増加、等価直列抵抗（ESR）の上昇が見られるものもあれば、突然、あるいは壊滅的に故障するものもあります。例えば、金属フィルムコンデンサはストレスや湿度による損傷を受けやすいですが、誘電体に破壊が発生すると自己修復します。故障箇所でグロー放電が発生すると、その箇所の金属フィルムが蒸発してアーク放電を防ぎ、容量の損失を最小限に抑えながら短絡を解消します。フィルムに十分な数のピンホールが蓄積されると、金属フィルムコンデンサは完全に故障します。これは通常、何の前触れもなく突然起こります。

電解コンデンサは一般的に寿命が最も短いです。電解コンデンサは振動や湿度の影響をほとんど受けませんが、周囲温度や動作温度などの要因が故障に大きく影響し、ESR（等価直列抵抗）の上昇（最大300%）や静電容量の20%もの減少として徐々に進行します。コンデンサには電解質が含まれており、最終的にはシールを通して拡散して蒸発します。温度上昇は内部圧力も上昇させ、化学物質の反応速度を速めます。そのため、電解コンデンサの寿命は、化学反応速度を求める際に用いられるアレニウスの式を修正したものによって一般的に定義されます。 $L=Be^{\frac {e_{A}}{kT_{o}}}$

メーカーは、設計動作温度（周囲温度、ESR、リップル電流の影響を受ける）で使用した場合の電解コンデンサの予想寿命（時間単位）を示すために、この式をよく使用します。しかし、これらの理想的な条件がすべての使用状況で実現できるとは限りません。さまざまな使用条件下での寿命を予測するための経験則は、以下の式によって決まります。 $L_{a}=L_{0}2^{\frac {T_{0}-T_{a}}{10}}$

これは、温度が10℃上昇するごとにコンデンサの寿命が半分に減少することを示しています。 ^{[ 57 ]}

$L_{0}$ 定格条件下での定格寿命（例：2000時間）
$T_{0}$ 定格最大/最小動作温度
$T_{a}$ 平均動作温度
$L_{a}$ 与えられた条件下での予想寿命

コンデンサの種類

実用的なコンデンサは様々な形態で市販されています。内部誘電体の種類、プレートの構造、デバイスのパッケージングはすべて、コンデンサの特性と用途に大きな影響を与えます。

使用可能な値は非常に低いもの（ピコファラッド範囲。原理的には任意の低い値が可能ですが、どの回路でも浮遊（寄生）容量が制限要因となります）から約 5 kF のスーパーコンデンサまでの範囲です。

約1マイクロファラッド以上の電解コンデンサは、他のタイプに比べて小型で低コストであるため、通常使用されます。ただし、安定性、寿命、分極特性が比較的低いため、適さない場合もあります。超高容量スーパーキャパシタは、多孔質炭素系電極材料を使用します。

誘電体材料

様々なタイプのコンデンサ。左から：多層セラミック、セラミックディスク、多層ポリエステルフィルム、管状セラミック、ポリスチレン、金属化ポリエステルフィルム、アルミニウム電解コンデンサ。目盛りの単位はセンチメートルです。

ほとんどのコンデンサは誘電体スペーサーを備えており、空気や真空に比べて静電容量が増加します。コンデンサが保持できる電荷量を最大化するには、誘電体材料の誘電率を可能な限り高くすると同時に、絶縁破壊電圧も可能な限り高くする必要があります。また、誘電体は周波数による損失を可能な限り低く抑える必要があります。

しかし、極板間の真空度が高い低容量コンデンサも利用可能であり、これにより極めて高い電圧動作と低損失が実現します。極板が大気に開放された可変コンデンサは、ラジオの同調回路でよく使用されていました。その後の設計では、可動極板と固定極板の間にポリマー箔誘電体が使用され、極板間に大きな空気層はなくなりました。

固体誘電体には、紙、プラスチック、ガラス、マイカ、セラミックなど、いくつかの種類があります。^{[ 18 ]}

紙は昔のコンデンサに広く使用されており、比較的高い電圧性能を有していました。しかし、紙は吸湿性が高いため、現在ではプラスチックフィルムコンデンサに大きく置き換えられています。

現在使用されているプラスチックフィルムの多くは、油紙などの古い誘電体に比べて安定性と経年変化に優れた特性を備えているため、タイマー回路に適しています。ただし、使用されているプラスチックフィルムの制約により、動作温度と動作周波数が比較的低い場合が考えられます。大型プラスチックフィルムコンデンサは、抑制回路、モーター始動回路、力率改善回路などで広く使用されています。

セラミックコンデンサは一般的に小型で安価であり、高周波用途に適していますが、電圧と温度によって静電容量が大きく変化し、経年劣化が激しいという欠点があります。また、圧電効果の影響を受けることもあります。セラミックコンデンサは、温度による静電容量の変化が予測可能なクラス1誘電体と、より高い電圧で動作可能なクラス2誘電体に大別されます。現代の多層セラミックコンデンサは通常非常に小型ですが、一部のタイプは本質的に値の許容範囲が広く、マイクロフォニックの問題があり、物理的に脆い傾向があります。

ガラスコンデンサとマイカコンデンサは、信頼性、安定性、高温・高電圧への耐性に優れていますが、主流の用途には高価すぎます。

電解コンデンサとスーパーコンデンサはそれぞれ少量と多量のエネルギーを蓄積するために使用され、セラミックコンデンサは共振器でよく使用され、寄生容量は回路レイアウトの構成によって単純な導体-絶縁体-導体構造が意図せず形成される回路で発生します。

電解コンデンサは、酸化物誘電体層を備えたアルミニウムまたはタンタルのプレートを使用します。2 番目の電極は液体電解質で、別の箔プレートによって回路に接続されています。電解コンデンサは非常に高い静電容量を提供しますが、許容差が狭く、不安定性が高く、特に熱にさらされると静電容量が徐々に低下し、リーク電流が大きいという欠点があります。品質の悪いコンデンサは電解液が漏れる場合があり、プリント基板に悪影響を及ぼします。電解液の導電性は低温で低下するため、等価直列抵抗が増加します。電源調整に広く使用されていますが、高周波特性が悪いため、多くのアプリケーションには適していません。電解コンデンサは、一定期間 (約 1 年) 使用しないと自己劣化を起こし、最大電力が適用される場合は短絡してコンデンサに恒久的な損傷を与え、通常はヒューズが切れるか整流ダイオードが故障する可能性があります。たとえば、古い機器では、これによって整流管でアーク放電が発生する可能性があります。使用前に動作電圧を徐々に印加することで回復させることができます。これは、古い真空管機器では、可変トランスを用いて交流電源を供給し、30分かけて行うことがよくあります。この方法は、一部のソリッドステート機器では満足のいく結果が得られない場合があります。これらの機器は、通常の電力範囲を下回る動作によって損傷を受ける可能性があり、その場合はまず電源を消費回路から分離する必要があります。このような対策は、入力電圧が低下しても最大出力電圧を出力する現代の高周波電源には適用できない可能性があります。^[要出典]

タンタルコンデンサはアルミニウムよりも周波数特性と温度特性が優れていますが、誘電吸収と漏れ電流が大きくなります。^{[ 58 ]}

ポリマーコンデンサ(OS-CON、OC-CON、KO、AO) は、固体導電性ポリマー (または重合有機半導体) を電解質として使用し、標準の電解コンデンサよりも長寿命と低ESRを実現しますが、コストは高くなります。

フィードスルーコンデンサは、主な用途ではないものの、静電容量を持ち、導電性シートを通じて信号を伝導するために使用されるコンポーネントです。

特殊な用途には、他のいくつかのタイプのコンデンサが利用できます。スーパーコンデンサは大量のエネルギーを蓄えます。カーボンエアロゲル、カーボンナノチューブ、または高度に多孔質の電極材料から作られたスーパーコンデンサは、非常に高い静電容量（2010年現在で最大5kF）を提供し、一部の用途では充電式バッテリー^[update]の代わりに使用できます。交流コンデンサは、特にライン（主電源）電圧のAC電力回路で動作するように設計されています。これらは電動モーター回路でよく使用され、大電流を扱えるように設計されていることが多いため、物理的に大きくなる傾向があります。通常は頑丈にパッケージ化されており、簡単に接地できる金属ケースに入っていることがよくあります。また、少なくとも最大AC電圧の5倍の直流破壊電圧で設計されています。

電圧依存コンデンサ

多くの非常に有用な誘電体（例えば強誘電体）の誘電率は、印加電界の関数として変化するため、これらのデバイスの静電容量はより複雑になります。例えば、このようなコンデンサを充電する場合、電荷量に対する電圧の微分増加は次式で表されます。ここで、静電容量の電圧依存性 $C$ $($ $V$ $)$ は、静電容量が電界強度の関数であることを示唆しており、大面積平行板デバイスでは電界強度は $ε$ $=$ $V$ $/$ $d$ で与えられます。この電界は誘電体を分極させますが、強誘電体の場合、この分極は電界の非線形S字関数であり、大面積平行板デバイスの場合は、電圧の非線形関数である静電容量に変換されます。^[⁵⁹^]^[⁶⁰^] $\mathop {} \!\mathrm {d} Q=C(V)\mathop {} \!\mathrm {d} V$

電圧に依存する静電容量に対応して、コンデンサを電圧 $V$ まで充電するための積分関係が見つかります。これは、 $C が電圧$ $V$ に依存しない場合にのみ、 $Q$ $=$ $CV$ と一致します。 $Q=\int _{0}^{V}C(V)\mathop {} \!\mathrm {d} V$

同様に、コンデンサに蓄えられたエネルギーは次のように表される。 $\mathop {} \!\mathrm {d} W=Q\mathop {} \!\mathrm {d} V=\left[\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\,C(V')\right]\mathop {} \!\mathrm {d} V.$

積分:積分の順序の交換が使用されます。 $W=\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\,C(V')=\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\int _{V'}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V\,C(V')=\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\left(V-V'\right)C(V'),$

強誘電体表面に沿って走査される顕微鏡プローブの非線形容量は、強誘電体材料のドメイン構造を研究するために使用されます。^{[ 61 ]}

電圧依存容量のもう一つの例は半導体ダイオードなどの半導体デバイスで発生し、電圧依存性は誘電率の変化から生じるのではなく、コンデンサの両側の電荷間の間隔の電圧依存性から生じます。^[⁶²^]この効果はバリキャップと呼ばれるダイオードのようなデバイスで意図的に利用されています。

周波数依存コンデンサ

コンデンサが時間とともに変化する電圧で駆動され、その電圧が十分に急速に変化すると、ある周波数では誘電体の分極が電圧に追従できなくなります。このメカニズムの起源の例として、誘電率に寄与する内部の微視的双極子は瞬時に移動できないため、印加される交流電圧の周波数が増加すると双極子の応答が制限され、誘電率が減少します。周波数に応じて変化する誘電率は誘電分散と呼ばれ、デバイ緩和などの誘電緩和過程によって支配されます。過渡条件下では、変位場は次のように表すことができます（電気感受性を参照）。 ${\boldsymbol {D(t)}}=\varepsilon _{0}\int _{-\infty }^{t}\varepsilon _{r}(t-t'){\boldsymbol {E}}(t')\,\mathop {} \!\mathrm {d} t',$

$ε r$ の時間依存性によって応答の遅れを示す。これは原理的には、誘電体における双極子挙動などの微視的解析から計算される。例えば、線形応答関数を参照のこと。^{[ 63 ]}^{[ 64 ]}積分は過去の履歴全体から現在時刻まで及ぶ。時間に関してフーリエ変換を行うと、以下のようになる。 ${\boldsymbol {D}}(\omega )=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}(\omega ){\boldsymbol {E}}(\omega )\,,$

ここで、ε _r ( ω ) は複素関数となり、虚数部は媒質による場からのエネルギー吸収に関係します。誘電率を参照してください。静電容量は誘電率に比例するため、この周波数挙動を示します。ガウスの法則を変位場についてフーリエ変換すると、次のようになります。

${\begin{aligned}I(\omega )&=j\omega Q(\omega )=j\omega \oint _{\Sigma }{\boldsymbol {D}}({\boldsymbol {r}},\omega )\cdot \mathop {} \!\mathrm {d} {\boldsymbol {\Sigma }}\\&=\left[G(\omega )+j\omega C(\omega )\right]V(\omega )={\frac {V(\omega )}{Z(\omega )}}\,,\end{aligned}}$ ここで、 $j$ は虚数単位、 $V (ω)は角周波数$ $ω$ における電圧成分、 $G (ω)$ は電流の実数部でコンダクタンスと呼ばれ、 $C (ω)$ は電流の虚数部を決定し、は静電容量です。Z $(ω) は$ 複素インピーダンスです。

平行板コンデンサに誘電体が充填されている場合、媒体の誘電特性の測定は次の関係式に基づきます。ここで、単一のプライムは実部、二重のプライムは虚部を表します $。Z$ $($ $ω$ $)$ は誘電体が存在する場合の複素インピーダンス、 $C$ $cmplx$ $($ $ω$ $)$ は誘電体が存在する場合のいわゆる複素容量、 $C$ $0$ は誘電体がない場合の容量です。^[⁶⁵^]^[⁶⁶^]（「誘電体なし」の測定は、原理的には自由空間での測定を意味しますが、量子真空でさえ二色性などの非理想的な挙動を示すと予測されるため、これは達成不可能な目標です。実用的には、測定誤差を考慮すると、地球真空での測定、または単にC ₀を計算するだけで十分な精度が得られることが多いです。^[⁶⁷^]） $\varepsilon _{r}(\omega )=\varepsilon '_{r}(\omega )-j\varepsilon ''_{r}(\omega )={\frac {1}{j\omega Z(\omega )C_{0}}}={\frac {C_{\text{cmplx}}(\omega )}{C_{0}}}\,,$

この測定法を用いると、誘電率は、誘電率に寄与する元素の特性応答周波数（励起エネルギー）に対応する特定の周波数で共鳴を示すことがある。これらの共鳴は、欠陥を検出するための多くの実験技術の基礎となっている。コンダクタンス法は、吸収を周波数の関数として測定する。^{[ 68 ]}あるいは、深準位過渡分光法のように、静電容量の時間応答を直接用いることもできる。^{[ 69 ]}

周波数依存の静電容量のもう一つの例はMOSコンデンサで、少数キャリアの生成が遅いため、高周波数では静電容量は多数キャリアの応答のみを測定しますが、低周波数では両方のタイプのキャリアが応答します。^{[ 62 ]}^{[ 70 ]}

光周波数において、半導体の誘電率は固体のバンド構造に関連した構造を示す。圧力やその他の応力によって結晶構造を変調させ、それに伴う光の吸収や反射の変化を観察する高度な変調分光測定法は、これらの材料に関する知識を進歩させた。^{[ 71 ]}

スタイル

コンデンサのパッケージ：左上：SMDセラミックコンデンサ、左下：SMDタンタル電解コンデンサ、右上：スルーホールセラミックコンデンサ、右下：スルーホールアルミ電解コンデンサ。目盛りの単位はcmです。

プレートと誘電体の配置には、コンデンサの必要な定格に応じてさまざまなスタイルのバリエーションがあります。小さな値の静電容量 (マイクロファラッド以下) の場合、セラミックディスクは金属コーティングを使用し、ワイヤリードがコーティングに結合されます。より大きな値は、プレートとディスクを複数重ねることで作成できます。値の大きいコンデンサでは通常、誘電体フィルムの表面に堆積された金属箔または金属フィルム層を使用してプレートを作成し、含浸紙またはプラスチックの誘電体フィルムを使用します。これらは、スペースを節約するために巻かれます。長いプレートの直列抵抗とインダクタンスを減らすために、プレートと誘電体は、プレートを構成する箔または金属化フィルムストリップの端ではなく、巻かれたプレートの共通エッジで接続されるように交互に配置されます。

誘電体への水分の侵入を防ぐため、アセンブリはケースに収められています。初期の無線機器では、ワックスで密封された段ボール製の筒が使用されていました。現代の紙製またはフィルム製の誘電体コンデンサは、硬質熱可塑性樹脂に浸されています。高電圧用の大型コンデンサでは、ロール状のコンデンサを圧縮して長方形の金属ケースに収め、接続用のボルト締め端子とブッシングを備えたものもあります。大型コンデンサの誘電体には、特性を向上させるために液体が含浸されていることがよくあります。

コンデンサの接続リード線は、軸方向や放射状など、様々な配置で配置されています。「軸方向」とは、リード線が共通軸（通常はコンデンサの円筒形本体の軸）上にあり、両端からリード線が伸びていることを意味します。放射状リード線は本体の円周の半径に沿って並んでいることは稀なので、慣例的にこの用語が使用されています。リード線は（曲げられるまでは）通常、コンデンサの平面状の本体と平行な平面上にあり、同じ方向に伸びています。製造時には、リード線は多くの場合平行になっています。

小型で安価な円板状セラミックコンデンサは1930年代から存在し、現在でも広く使用されています。1980年代以降、コンデンサ用の表面実装パッケージが広く使用されるようになりました。これらのパッケージは非常に小型で接続リードがないため、プリント基板の表面に直接はんだ付けすることができます。表面実装部品は、リードによる望ましくない高周波効果を回避し、自動組立を簡素化しますが、サイズが小さいため手作業での取り扱いは困難です。

機械制御式可変コンデンサは、例えば可動プレートを回転またはスライドさせて固定プレートと一列に並べるなど、プレート間隔の調整が可能です。低コストの可変コンデンサは、アルミニウムとプラスチックの層を交互に重ね、ネジで締め付けて固定します。静電容量の電気的制御は、バラクタ（またはバリキャップ）によって実現されます。バラクタは逆バイアスされた半導体ダイオードで、印加電圧に応じて空乏層の幅が変化します。位相同期回路（PLL）などの用途に使用されます。

コンデンサのマーキング

大型部品のマーキングコード

ほとんどのコンデンサには、電気的特性を示すために本体に表示が印刷されています。電解コンデンサなどの大型コンデンサでは、通常、220 μFのように明確な単位付きの静電容量値が表示されます。

印刷上の理由から、一部のメーカーはコンデンサにマイクロファラッド（μF）を示すためにMFと印刷しています。 ^{[ 72 ]}

小型コンデンサの3文字/4文字マーキングコード

セラミックコンデンサなどの小型コンデンサでは、3桁の数字と任意の文字からなる略記法が用いられることが多い。数字（XYZ ）はピコファラッド（pF）単位の静電容量（ XY × 10 ^Z）を表し、文字は許容差を表す。一般的な許容差は±5%、±10%、±20%で、それぞれJ、K、Mで表される。

コンデンサには、動作電圧、温度、その他の関連特性を示すラベルが付けられることもあります。

例: 473K 330Vとラベルまたは指定されているコンデンサの静電容量は47 × 10 ³ pF = 47 nF (±10%)、最大動作電圧は 330 V です。コンデンサの動作電圧は、通常、誘電体層を破壊する過度のリスクなしにコンデンサに適用できる最大電圧です。

小型コンデンサの2文字マーキングコード

E3、E6、E12 、またはE24シリーズの推奨値に従う静電容量については、旧ANSI/EIA-198-D:1991、ANSI/EIA-198-1-E:1998、ANSI/EIA-198-1-F:2002、およびIEC 60062の修正IEC 60062:2016/AMD1:2019で、非常に小さな部品用のコンデンサに上記の3/4文字のコードを印刷するスペースがない場合は、特別な2文字のマーキングコードが定義されています。このコードは、値の有効2桁を表す大文字と、それに続く乗数を表す数字で構成されています。EIA規格では、E24にはない数値を指定するために、小文字のアルファベットも定義されています。^{[ 73 ]}

コード	シリーズ	桁
手紙^{[ nb 1 ]}	E24	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8
あ	1.0	0.10 pF	1.0 pF	10 pF	100 pF	1.0 nF	10nF	100nF	1.0μF	10μF	100μF
B	1.1	0.11 pF	1.1 pF	11 pF	110 pF	1.1 nF	11nF	110nF	1.1μF	11μF	110μF
C	1.2	0.12 pF	1.2 pF	12 pF	120 pF	1.2 nF	12nF	120nF	1.2μF	12μF	120μF
D	1.3	0.13 pF	1.3 pF	13 pF	130 pF	1.3 nF	13nF	130nF	1.3μF	13μF	130μF
E	1.5	0.15 pF	1.5 pF	15 pF	150 pF	1.5nF	15nF	150nF	1.5μF	15μF	150μF
F	1.6	0.16 pF	1.6 pF	16 pF	160 pF	1.6nF	16nF	160nF	1.6μF	16μF	160μF
G	1.8	0.18 pF	1.8 pF	18 pF	180 pF	1.8nF	18nF	180nF	1.8μF	18μF	180μF
H	2.0	0.20 pF	2.0 pF	20 pF	200 pF	2.0nF	20nF	200nF	2.0μF	20μF	200μF
J	2.2	0.22 pF	2.2 pF	22 pF	220 pF	2.2 nF	22nF	220nF	2.2μF	22μF	220μF
K	2.4	0.24 pF	2.4 pF	24 pF	240 pF	2.4nF	24nF	240nF	2.4μF	24μF	240μF
L	2.7	0.27 pF	2.7 pF	27 pF	270 pF	2.7nF	27nF	270nF	2.7μF	27μF	270μF
M	3.0	0.30 pF	3.0 pF	30 pF	300 pF	3.0 nF	30nF	300nF	3.0μF	30μF	300μF
北	3.3	0.33 pF	3.3 pF	33 pF	330 pF	3.3 nF	33nF	330 nF	3.3μF	33μF	330μF
P	3.6	0.36 pF	3.6 pF	36 pF	360 pF	3.6 nF	36nF	360nF	3.6μF	36μF	360μF
質問	3.9	0.39 pF	3.9 pF	39 pF	390 pF	3.9 nF	39nF	390 nF	3.9μF	39μF	390μF
R	4.3	0.43 pF	4.3 pF	43 pF	430 pF	4.3nF	43nF	430nF	4.3μF	43μF	430μF
S	4.7	0.47 pF	4.7 pF	47 pF	470 pF	4.7nF	47nF	470nF	4.7μF	47μF	470μF
T	5.1	0.51 pF	5.1 pF	51 pF	510 pF	5.1 nF	51nF	510nF	5.1μF	51μF	510μF
あなた	5.6	0.56 pF	5.6 pF	56 pF	560 pF	5.6 nF	56nF	560 nF	5.6μF	56μF	560μF
V	6.2	0.62 pF	6.2 pF	62 pF	620 pF	6.2 nF	62nF	620 nF	6.2μF	62μF	620μF
W	6.8	0.68 pF	6.8 pF	68 pF	680 pF	6.8 nF	68nF	680 nF	6.8μF	68μF	680μF
X	7.5	0.75 pF	7.5 pF	75 pF	750 pF	7.5nF	75nF	750nF	7.5μF	75μF	750μF
はい	8.2	0.82 pF	8.2 pF	82 pF	820 pF	8.2 nF	82nF	820 nF	8.2μF	82μF	820μF
Z	9.1	0.91 pF	9.1 pF	91 pF	910 pF	9.1 nF	91nF	910 nF	9.1μF	91μF	910μF

コード	シリーズ	桁
手紙	環境影響評価	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8
1つの	2.5	0.25 pF	2.5 pF	25 pF	250 pF	2.5nF	25nF	250nF	2.5μF	25μF	250μF
b? ^{[ 74 ]}	3.0? ^{[ 74 ]}	0.30 pF	3.0 pF	30 pF	300 pF	3.0 nF	30nF	300nF	3.0μF	30μF	300μF
b? ^{[ 73 ]} /c? ^{[ 74 ]}	3.5	0.35 pF	3.5 pF	35 pF	350 pF	3.5 nF	35nF	350nF	3.5μF	35μF	350μF
d	4.0	0.40 pF	4.0 pF	40 pF	400 pF	4.0nF	40nF	400nF	4.0μF	40μF	400μF
e	4.5	0.45 pF	4.5 pF	45 pF	450 pF	4.5nF	45nF	450nF	4.5μF	45μF	450μF
f	5.0	0.50 pF	5.0 pF	50 pF	500 pF	5.0 nF	50nF	500nF	5.0μF	50μF	500μF
メートル	6.0	0.60 pF	6.0 pF	60 pF	600 pF	6.0 nF	60nF	600nF	6.0μF	60μF	600μF
n	7.0	0.70 pF	7.0 pF	70 pF	700 pF	7.0 nF	70nF	700nF	7.0μF	70μF	700μF
t	8.0	0.80 pF	8.0 pF	80 pF	800 pF	8.0 nF	80nF	800nF	8.0μF	80μF	800μF
グラム	9.0	0.90 pF	9.0 pF	90 pF	900 pF	9.0nF	90nF	900nF	9.0μF	90μF	900μF

RKMコード

IEC 60062およびBS 1852に準拠したRKMコードは、回路図においてコンデンサの容量を表す表記法です。小数点記号を使用せず、その小数点記号を特定の容量を表すSI接頭辞記号（および質量1を表す文字F）に置き換えます。このコードは部品のマーキングにも使用されます。例：4.7nFの場合は4n7、2.2Fの場合は2F2。

歴史的

1960年代以前の文献や、最近まで一部のコンデンサパッケージでは、^{[ 18 ]}電子書籍、^{[ 75 ]}雑誌、電子機器カタログなどで、廃止された静電容量単位が使用されていました。^{[ 76 ]}旧単位「mfd」と「mf」はマイクロファラッド（μF）を意味し、「mmfd」、「mmf」、「uuf」、「μμf」、「pfd」はピコファラッド（pF）を意味していましたが、現在ではほとんど使用されていません。^{[ 77 ]}また、「マイクロマイクロファラッド」または「マイクロマイクロファラッド」も廃止された単位で、古い文献ではピコファラッド（pF）と同等のものとして使用されています。^{[ 75 ]}

廃止された静電容量単位の概要: (大文字/小文字の違いは示されていません)

μF（マイクロファラッド） = mf、mfd
pF（ピコファラッド）= mmf、mmfd、pfd、μμF

アプリケーション

エネルギー貯蔵

コンデンサは充電回路から切り離された状態でも電気エネルギーを蓄えることができるため、一時的なバッテリーのように、あるいは他の充電式エネルギー貯蔵システムのように使用することができます。^{[ 78 ]}コンデンサは電子機器において、バッテリー交換中に電力供給を維持するためによく使用されます。（これにより揮発性メモリの情報損失を防ぎます。）

コンデンサは荷電粒子の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、蓄えることができます。^{[ 79 ]}

蓄電デバイスとしてのコンデンサと電池の間には、トレードオフの関係があります。外部抵抗器やインダクタが不要なため、コンデンサは電池に比べて非常に短時間で蓄電エネルギーを放出できます。一方、電池はサイズに対してはるかに大きな電荷を保持できます。従来のコンデンサは1kgあたり360ジュール未満の比エネルギーしか供給できませんが、従来のアルカリ電池の密度は590 kJ/kgです。中間的な解決策としてスーパーキャパシタがあります。スーパーキャパシタは電池よりもはるかに速く電荷を出し入れでき、充電式電池よりもはるかに多くの充放電サイクルに耐えることができます。しかし、一定の電荷量を得るには、従来の電池の10倍の大きさが必要です。一方、薄膜コンデンサの誘電体層に蓄えられる電荷量は、電極に蓄えられる電荷量と同等、あるいはそれを超えることさえあることが示されています。^{[ 80 ]}

カーオーディオシステムでは、アンプが必要に応じて使用できるよう、大容量のコンデンサがエネルギーを蓄えます。また、フラッシュ管では、高電圧を保持するためにコンデンサが使われます。

デジタルメモリ

1930年代、ジョン・アタナソフはコンデンサのエネルギー貯蔵の原理を応用し、論理演算に電子管を使用した最初のバイナリコンピュータ用の動的デジタルメモリを構築しました。^{[ 81 ]}

パルス電力と兵器

パルス電力は、非常に短い時間内に一定量のエネルギー（ジュール）を放出することで、そのエネルギー量の電力強度（ワット）を高めるために、多くの用途で利用されています。ナノ秒単位のパルスからギガワット単位の電力まで実現可能です。短いパルスには、多くの場合、特別に設計された低インダクタンス、高電圧のコンデンサが必要となり、これらのコンデンサは、多くのパルス電力用途に巨大な電流パルスを供給するために、大規模なグループ（コンデンサバンク）で使用されます。これらの用途には、電磁成形、マルクス発電機、パルスレーザー（特にTEAレーザー）、パルス成形ネットワーク、レーダー、核融合研究、粒子加速器などがあります。^{[ 82 ]}

大型コンデンサバンク（リザーバー）は、核兵器やその他の特殊兵器における爆発式ブリッジワイヤ起爆装置やスラッパー起爆装置のエネルギー源として使用されています。コンデンサバンクを電磁装甲、電磁レールガン、電磁コイルガンの電源として使用する実験作業が進行中です。

電力調整

蓄電コンデンサは、電源において全波整流器または半波整流器の出力を平滑化するために使用されます。また、チャージポンプ回路において、入力電圧よりも高い電圧を生成するためのエネルギー貯蔵素子としても使用できます。

コンデンサは、ほとんどの電子機器や大規模システム（工場など）の電源回路に並列に接続され、主電源からの電流変動を遮断・隠蔽することで、信号回路や制御回路に「クリーン」な電源を供給します。例えば、オーディオ機器では、複数のコンデンサを並列に接続することで、電源ラインのハムノイズが信号回路に入る前に遮断します。コンデンサはDC電源のローカルリザーブとして機能し、電源からのAC電流をバイパスします。これはカーオーディオ用途で、補強コンデンサが鉛蓄電池へのリード線のインダクタンスと抵抗を補償する際に使用されます。

力率改善

電力配電において、コンデンサは力率改善に使用されます。このようなコンデンサは、多くの場合、3つのコンデンサが三相負荷として接続された形で提供されます。通常、これらのコンデンサの値はファラッドではなく、無効電力（Var）で表されます。その目的は、電動モーターや送電線などの機器からの誘導負荷を打ち消し、負荷をほぼ抵抗負荷のように見せることです。個々のモーターやランプ負荷には力率改善用のコンデンサが取り付けられている場合もあれば、建物内の負荷センターや大規模な変電所に、より大規模なコンデンサセット（通常は自動開閉装置付き）が設置されている場合もあります。

抑制と結合

信号結合

コンデンサは（印加されたDC電圧まで充電されると）交流信号を通過させ、直流信号を遮断するため、信号の交流成分と直流成分を分離するためによく使用されます。この方法はAC結合または「容量結合」と呼ばれます。この場合、容量値を正確に制御する必要はないものの、信号周波数におけるリアクタンスが小さい大きな容量値が用いられます。

デカップリング

デカップリングコンデンサは、回路の一部を他の部分の影響から保護するために使用されるコンデンサです。例えば、ノイズや過渡現象を抑制するために使用されます。他の回路要素によって発生したノイズはコンデンサを介して分流され、回路の他の部分への影響を低減します。最も一般的には、電源とグランドの間に使用されます。電源や回路内の他の高インピーダンス部品をバイパスするために使用されるため、バイパスコンデンサとも呼ばれます。

デカップリングコンデンサは必ずしも個別の部品である必要はありません。これらの用途で使用されるコンデンサは、プリント回路基板の各層間に組み込まれる場合があります。これらはしばしば埋め込みコンデンサと呼ばれます。^{[ 83 ]}基板内の容量特性に寄与する層は、電源プレーンとグランドプレーンとしても機能し、その間に誘電体が存在するため、平行板コンデンサとして動作します。

ハイパスフィルタとローパスフィルタ

ノイズ抑制、スパイク、スナバ

誘導回路が開くと、インダクタンスを流れる電流が急激に減少し、スイッチまたはリレーの開回路全体に大きな電圧が発生します。インダクタンスが十分に大きい場合、エネルギーによって火花が発生し、接点が酸化、劣化、または場合によっては溶着したり、ソリッドステートスイッチが破壊されたりする可能性があります。新しく開いた回路の両端にスナバコンデンサを接続すると、このインパルスが接点を迂回する経路が作成され、接点の寿命が延長されます。これは、たとえば接点ブレーカーの点火システムでよく見られました。同様に、小規模回路では、火花はスイッチを損傷するほどではありませんが、望ましくない無線周波数干渉（RFI）を放射する可能性があります。これはフィルタコンデンサによって吸収されます。スナバコンデンサは通常、エネルギーを消散させてRFIを最小限に抑えるために、小さな値の抵抗器と直列に使用されます。このような抵抗器とコンデンサの組み合わせは、1つのパッケージで提供されています。

高圧遮断器の遮断ユニットと並列にコンデンサが接続され、これらのユニット間で電圧を均等に分配します。これらは「グレーディングコンデンサ」と呼ばれます。

回路図では、主に直流電荷の蓄積に使用されるコンデンサは、多くの場合、垂直方向に描かれ、下側の負極側のプレートは円弧状に描かれます。極性がある場合は、まっすぐなプレートが正極側を示します（電解コンデンサを参照）。

モータースターター

単相かご形モータでは、モータハウジング内の一次巻線はロータの回転を開始させることはできませんが、回転を維持することは可能です。モータを始動させるために、二次側の「始動」巻線には、正弦波電流に進みを発生させるための無極性始動コンデンサが直列に接続されています。二次側（始動）巻線を一次側（運転）巻線に対して斜めに配置すると、回転電界が生成されます。回転電界の力は一定ではありませんが、ロータの回転を開始するには十分です。ロータが動作速度に近づくと、遠心スイッチ（または主巻線に直列に接続された電流感応リレー）がコンデンサを切断します。始動コンデンサは通常、モータハウジングの側面に取り付けられています。これらはコンデンサ始動モータと呼ばれ、比較的高い始動トルクを有します。通常、分相モータの最大4倍の始動トルクを持つことができ、コンプレッサー、高圧洗浄機、および高い始動トルクを必要とする小型機器などの用途に使用されます。

コンデンサ駆動型誘導モータは、二次巻線に直列に接続された位相シフトコンデンサを備えています。このモータは、二相誘導モータによく似ています。

モーター始動用コンデンサは通常、非極性電解タイプですが、運転用コンデンサは従来の紙またはプラスチックフィルム誘電体タイプです。

信号処理

コンデンサに蓄えられたエネルギーは、DRAMのようにバイナリ形式でも、アナログサンプリングフィルタやCCDのようにアナログ形式でも、情報を表現するために使用できます。コンデンサは、アナログ回路において積分器やより複雑なフィルタの構成要素として、また負帰還ループの安定化にも使用されます。信号処理回路でも、電流信号を積分するためにコンデンサが使用されます。

同調回路

コンデンサとインダクタは、特定の周波数帯域の情報を選択するために、同調回路に組み合わされています。例えば、ラジオ受信機は放送局の周波数を調整するために可変コンデンサを使用しています。スピーカーはパッシブアナログクロスオーバーを使用し、アナログイコライザーはコンデンサを使用して異なるオーディオ帯域を選択します。

同調回路の共振周波数 f は、直列のインダクタンス ( L ) と静電容量 ( C ) の関数であり、次のように表されます。ここで、 $L$ の単位はヘンリー、 $C の$ 単位はファラドです。 $f={\frac {1}{2\pi {\sqrt {LC}}}}$

センシング

ほとんどのコンデンサは、固定された物理的構造を維持するように設計されています。しかし、様々な要因によってコンデンサの構造が変化する可能性があり、その結果生じる静電容量の変化を利用してそれらの要因を検知することができます。

誘電体の変更: 誘電体の特性変化の効果は、センシング用途に利用できます。露出した多孔質誘電体を持つコンデンサは、空気中の湿度を測定するために使用できます。コンデンサは飛行機の燃料レベルを正確に測定するために使用されています。燃料が一対のプレートをより多く覆うほど、回路の静電容量が増加します。誘電体を圧縮すると、コンデンサの圧力が数十バールで変化し、圧力センサーとして使用できるようになります。^{[ 84 ]}選択された標準的なポリマー誘電体コンデンサは、適合する気体または液体に浸漬すると、数百バールまでの非常に低コストの圧力センサーとして有効に機能します。
プレート間の距離を変える: フレキシブルプレートを備えたコンデンサは、ひずみや圧力の測定に使用できます。プロセス制御に使用される工業用圧力トランスミッタは、発振回路のコンデンサプレートを形成する圧力検知ダイヤフラムを使用します。コンデンサはコンデンサマイクロフォンのセンサーとして使用され、一方のプレートは、もう一方のプレートの固定位置に対して空気圧によって移動します。一部の加速度計は、チップ上にエッチングされた MEMSコンデンサを使用して、加速度ベクトルの大きさと方向を測定します。これらは、加速度の変化の検出、傾斜センサー、自由落下の検出、エアバッグ展開をトリガーするセンサーなど、多くの用途に使用されます。一部の指紋センサーはコンデンサを使用しています。さらに、手を動かすことで、ユーザーの手とアンテナ間の有効静電容量が変化するため、テルミン楽器の音程を調整できます。
プレートの有効面積の変更: 静電容量式タッチスイッチは、多くの民生用電子製品に使用されています。

発振器

コンデンサは発振回路においてバネのような特性を持つことがあります。画像の例では、コンデンサはNPNトランジスタのベースバイアス電圧に影響を与える役割を果たしています。分圧抵抗の抵抗値とコンデンサの静電容量値の組み合わせによって、発振周波数が制御されます。

光を生み出す

発光コンデンサは、リン光を利用して光を生成する誘電体で作られています。導電板の1つを透明材料で作ると、光は目に見えるようになります。発光コンデンサは、ノートパソコンのバックライトなどの用途のエレクトロルミネッセンスパネルの構造に使用されます。この場合、パネル全体が光を生成するためのコンデンサとなります。

危険と安全

コンデンサの危険性は、通常、蓄えられるエネルギーの量によって決まり、電気火傷や心房細動を引き起こす可能性があります。電圧や筐体の材質などの要因は二次的な考慮事項であり、損傷の程度よりもショックの発生しやすさに関係しています。^{[ 55 ]} 通常は火傷を残さないものの、表面の導電性、既存の病状、空気の湿度、またはショックが体内を伝わる経路など、特定の条件下では、1ジュール程度のショックでも死に至るケースがあると報告されています（つまり、体幹、特に心臓を通過するショックは、末端に限定されたショックよりも危険です）。10ジュールを超えるショックは一般的に皮膚に損傷を与えるため、危険とみなされます。50ジュール以上を蓄えられるコンデンサは、潜在的に致命的であると考えられています。^{[ 85 ]}^{[ 55 ]}

コンデンサは、回路から電源を切った後も長時間電荷を保持することがあります。この電荷は、危険な、あるいは致命的なショックを引き起こしたり、接続された機器を損傷したりする可能性があります。例えば、使い捨てカメラのフラッシュには、15ジュール以上のエネルギーを蓄え、300ボルト以上に充電される可能性のあるフラッシュコンデンサが搭載されています。電子機器のサービス手順には通常、大型または高電圧のコンデンサを放電するように指示されています。大型コンデンサには、電源を切った後数秒以内に蓄積されたエネルギーを安全なレベルまで放散するための放電抵抗が組み込まれている場合があります。高電圧コンデンサは、誘電吸収による潜在的に危険な電圧、または静電気や気象現象によってコンデンサが拾う可能性のある過渡電圧から保護するため、端子を短絡した状態で保管されます。^[⁵⁵^]

古い大型のオイル封入紙コンデンサやプラスチックフィルムコンデンサの中には、ポリ塩化ビフェニル（PCB）が含まれているものがあり、埋立地から地下水に流出する可能性があります。PCBを含むコンデンサには、「アスカレル」などの商品名でラベルが貼られていました。PCB封入紙コンデンサは、1975年以前の蛍光灯安定器などに使用されています。このようなコンデンサは、セラミック製の貫通型コネクタを備えた金属缶に封入されている場合があります。

コンデンサは、定格を超える電圧や電流がかかったり、有極性コンデンサの場合は逆極性が印加されたりすると、壊滅的な故障を起こす可能性があります。故障によりアークが発生し、誘電液が加熱・蒸発して加圧ガスが蓄積し、膨張、破裂、爆発を引き起こす可能性があります。大型コンデンサには、故障時に圧力を逃がすための通気口などの機構が付いている場合があります。RFまたは持続的な高電流用途で使用されるコンデンサは、特にコンデンサロールの中央部が過熱する可能性があります。高エネルギーコンデンサバンク内で使用されるコンデンサは、1 つのコンデンサの短絡によってバンクの残りの部分に蓄積されたエネルギーが故障したユニットに突然放出され、激しく爆発する可能性があります。高電圧真空コンデンサは、通常動作中でも軟 X 線を発生する可能性があります。適切な封じ込め、ヒューズの設置、予防保守を行うことで、これらの危険を最小限に抑えることができます。

高電圧コンデンサは、高電圧直流（HVDC）回路の電源投入時に突入電流を制限するために、プリチャージを行うことで効果を発揮する場合があります。これにより、部品の寿命が延び、高電圧による危険が軽減される可能性があります。

膨張した電解コンデンサ。上部の通気孔は、故障時に蓄積した加圧ガスを放出し、爆発を防ぎます。
除細動器のこの高エネルギーコンデンサには、安全のために端子間に抵抗器が接続されており、蓄積されたエネルギーを消散させます。
紙や金属箔の破片が見える、爆発した電解コンデンサ

参照

注記

^ 実際のコンデンサのほとんどは、プレート間の抵抗性誘電体層を通過する小さな誘電体漏れ電流を持っています。

^ 読み取りエラーのリスクを減らすために、文字Iおよびは、Oそのグリフが他の文字や数字と似ているため使用されません。

参考文献

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さらに読む

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固定および可変コンデンサ；第1版；GWAダマーとハロルド・ノーデンバーグ；Maple Press；288ページ；1960年（アーカイブ）
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外部リンク

コンデンサは、互いに絶縁された2つの近接した面に電荷を蓄積することで電気エネルギーを蓄える装置です。2つの端子を持つ受動電子部品です。コンデンサは元々コンデンサ^[1]と呼ばれていましたが、この用語は現在でもコンデンサーマイクなどの複合名で使用されています。口語的には、コンデンサはキャップ^[2]と呼ばれることもあります。

コンデンサの有用性は、その静電容量に依存します。回路内の近接した2つの導電体間にはある程度の静電容量が存在しますが、コンデンサは回路の一部に静電容量を追加するために特別に設計された部品です。

実際のコンデンサの物理的形状と構造は多種多様であり、多くの種類のコンデンサが一般的に使用されています。ほとんどのコンデンサには少なくとも 2 つの導電体が含まれており、多くの場合、誘電体媒体で分離された金属板または表面の形をしています。導電体は、箔、薄膜、焼結金属ビーズ、または電解質です。非導電性の誘電体は、コンデンサの充電容量を増加させる役割を果たします。誘電体として一般的に使用される材料には、ガラス、セラミック、プラスチックフィルム、紙、マイカ、空気、および酸化物層などがあります。電位差(電圧)がコンデンサの端子間に適用されると(たとえば、コンデンサがバッテリーに接続されている場合)、誘電体全体に電界が発生し、一方のプレートに正味の正電荷が集まり、もう一方のプレートに正味の負電荷が集まります。完全な誘電体には実際には電流は流れません。ただし、電源回路には電荷が流れます。この状態が十分長く維持されると、電源回路を流れる電流は止まります。時間によって変化する電圧がコンデンサのリード間に印加されると、コンデンサの充電と放電のサイクルにより、ソースには継続的な電流が流れます。

コンデンサは、多くの一般的な電気機器の電気回路部品として広く使用されています。抵抗器とは異なり、理想的なコンデンサはエネルギーを消費しませんが、現実のコンデンサは少量のエネルギーを消費します（「非理想的な動作」の項を参照）。

コンデンサの最も初期の形態は1740年代に誕生しました。ヨーロッパの実験者たちが、水を満たしたガラス瓶に電荷を蓄えられることを発見したのです。この瓶は後にライデン瓶として知られるようになりました。今日、コンデンサは電子回路において、直流を遮断し交流を通過させる目的で広く利用されています。アナログフィルタネットワークでは、電源の出力を平滑化します。共振回路では、ラジオを特定の周波数に同調させます。電力伝送システムでは、電圧と電力の流れを安定させます。^[3]コンデンサのエネルギー貯蔵特性は、初期のデジタルコンピュータのダイナミックメモリとして活用され、^[4]現代のDRAMにも利用されています。

自然静電容量の最も一般的な例は、空の雲と地表の間に蓄積される静電気です。これらの間には空気があり、これが誘電体として機能します。この静電容量が空気の破壊電圧を超えると、雷が発生します。 ^[5]

歴史

1745年10月、ドイツのポンメルン出身のエヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストは、高電圧静電発電機を導線で手持ちのガラス瓶に入れた水に接続することで電荷を蓄えることができることを発見した。 ^[6]クライストの手と水は導体として、瓶は誘電体として作用した（ただし、当時、このメカニズムの詳細は誤って認識されていた）。クライストは、導線に触れると強力な火花が発生し、静電発電機から得られる火花よりもはるかに痛みを伴うことを発見した。翌年、オランダの物理学者ピーテル・ファン・ムッシェンブルックも同様のコンデンサを発明し、彼が勤務していたライデン大学にちなんで「ライデン瓶」と名付けられた。^[7]彼もまた、自分が受けたショックの強さに感銘を受け、「フランス王国のためなら、二度とショックを受けることはないだろう」と記している。^[8]

ダニエル・グララスは、複数の瓶を並列に接続して電荷貯蔵容量を増加させた最初の人物です。^[9] ベンジャミン・フランクリンはライデン瓶を調査し、電荷は他の研究者が想定していたように水ではなくガラスに貯蔵されているという結論に達しました。彼はまた、「バッテリー」という用語を採用し、^[10]^{[11] （}大砲の電池のように、同様のユニットを並べて電力を増加させることを意味する）後に電気化学セルのクラスターに適用されました。^[12] 1747年、ライデン瓶は瓶の内外を金属箔でコーティングし、口の部分に隙間を設けることで箔間のアーク放電を防止しました。^[13]静電容量の最も初期の単位は瓶で、約1.11ナノファラッドに相当しました。^[14]

1900年頃までは、ライデン瓶や、平らなガラス板と箔導体を交互に配置したより強力な装置が主に使用されていました。無線（ラジオ）の発明により標準的なコンデンサの需要が高まり、周波数が徐々に高くなるにつれて、より低インダクタンスのコンデンサが必要になりました。よりコンパクトな構造、例えば油を塗った紙のような柔軟な誘電体シートを金属箔で挟んだり、巻いたり折り畳んだりして小さなパッケージにしたりする方法が使われるようになりました。

初期のコンデンサはコンデンサーと呼ばれていましたが、この用語は今日でも、特に自動車システムなどの高出力アプリケーションで時々使用されています。コンデンサトーレという用語は、アレッサンドロ・ボルタが1780年に電気を測定するために開発した電気泳動器に似た装置を指すために使用し、 1782年にコンデンサーと翻訳されました^[15]。この名前は、孤立した導体で可能な範囲よりも高い電荷密度を蓄積できる装置の能力を指していました^{[16] 。}^{[1]この用語は}蒸気コンデンサーの曖昧な意味のために非推奨となり、 1926年に英国技術規格協会によってコンデンサが推奨されましたが^[17] 、この用語が主流になるまでには数十年かかりました。

電気の研究が始まって以来、ガラス、磁器、紙、雲母といった非導電性材料が絶縁体として用いられてきました。数十年後、これらの材料は最初のコンデンサの誘電体としても適していました。紙コンデンサは、含浸紙を金属片で挟み、円筒状に巻いて作られ、19世紀後半には広く使用されていました。その製造は1876年に始まり、^[18] 20世紀初頭には電話のデカップリングコンデンサとして使用されるようになりました。

最初のセラミックコンデンサには磁器が使用されました。マルコーニの無線送信装置の初期には、送信機の高電圧・高周波用途に磁器コンデンサが使用されていました。受信機側では、共振回路に小型のマイカコンデンサが使用されました。マイカコンデンサは1909年にウィリアム・デュビリエによって発明されました。第二次世界大戦前、アメリカ合衆国ではマイカがコンデンサの最も一般的な誘電体でした。^[18]

最初の電解コンデンサの発明者であるチャールズ・ポラック（本名カロル・ポラック）は、アルミニウム陽極の酸化層が、中性またはアルカリ性の電解液中では、電源を切っても安定した状態を保つことを発見しました。1896年、彼は「アルミニウム電極を備えた電気液体コンデンサ」で米国特許第672,913号を取得しました。固体電解質タンタルコンデンサは、1950年代初頭にベル研究所によって発明されました。これは、新たに発明されたトランジスタを補完する、小型で信頼性の高い低電圧サポートコンデンサでした。

第二次世界大戦中、有機化学者によるプラスチック材料の開発に伴い、コンデンサ業界では紙に代わり、より薄いポリマーフィルムが使用されるようになりました。フィルムコンデンサのごく初期の開発例の一つは、1944年の英国特許587,953に記載されています。^[18]

電気二重層コンデンサ（現在のスーパーコンデンサ）は、1957年にH・ベッカーが「多孔質炭素電極を用いた低電圧電解コンデンサ」を開発した際に発明されました。^[18]^[19]^[20]彼は、電解コンデンサのエッチング箔の細孔と同様に、コンデンサに使用されている炭素細孔にエネルギーが電荷として蓄えられると考えていました。当時、二重層のメカニズムは彼には未知であったため、特許には次のように記されています。「この部品をエネルギー貯蔵に使用した場合、正確には何が起きているのかは不明ですが、極めて高い容量につながります。」

MOSコンデンサはその後、メモリチップのストレージコンデンサとして、またイメージセンサー技術における電荷結合素子（CCD）の基本的な構成要素として広く採用されました。 ^[21] 1966年、ロバート・デナード博士は、コンデンサ1つにつきMOSトランジスタを1つ組み合わせた現代のDRAMアーキテクチャを発明しました。^[22]^[23]

動作原理

概要

コンデンサは、非導電性領域で分離された2つの導体で構成されています。 ^[24]非導電性領域は、真空または誘電体と呼ばれる電気絶縁体です。誘電体媒体の例には、ガラス、空気、紙、プラスチック、セラミック、さらには導体と化学的に同一の半導体空乏領域があります。クーロンの法則により、一方の導体上の電荷は、もう一方の導体内の電荷キャリアに力を及ぼし、反対極性の電荷を引き付け、同極性の電荷を反発するため、もう一方の導体の表面に反対極性の電荷が誘導されます。したがって、導体は対面する表面に等しく反対の電荷を保持し、^[25]誘電体は電界を発生させます。

理想的なコンデンサは、 SI単位系でファラッド（F）で表される一定の静電容量 $C$ によって特徴付けられ、各導体の正または負の電荷 $Q$ とそれらの間の電圧 $V$ の比として定義されます。 ^[24] 1ファラッド（ $C={\frac {Q}{V}}$ 1F）は、各導体上の1クーロンの電荷がデバイス全体に1ボルトの電圧を生じることを意味します。 ^[26]導体（またはプレート）が互いに近接しているため、導体上の反対の電荷は電界により互いに引き合い、コンデンサは導体が離れている場合よりも所定の電圧に対してより多くの電荷を蓄えることができ、より大きな静電容量が得られます。

実際のデバイスでは、電荷の蓄積がコンデンサに機械的な影響を与え、静電容量が変化することがあります。この場合、静電容量は増分変化によって定義されます。 $C={\frac {\mathrm {d} Q}{\mathrm {d} V}}$

水力学のアナロジー

油圧のアナロジーで言えば、コンデンサはパイプ内の弾性ダイヤフラムに相当します。このアニメーションは、ダイヤフラムが伸びたり縮んだりする様子を示しており、これはコンデンサの充電と放電に似ています。

水力学のアナロジーでは、電圧は水圧に、電線を流れる電流はパイプを通る水の流れに相当します。コンデンサはパイプ内の弾性ダイヤフラムのようなものです。水はダイヤフラムを通過できませんが、ダイヤフラムが伸びたり縮んだりすると水は移動します。

静電容量はダイヤフラムの弾力性と類似しています。静電容量値（ ⁠ ⁠ $\textstyle C={Q \over V}$ ）が大きいほど電荷差と電圧の比が大きくなるのと同様に、ダイヤフラムがより容易に曲がるほど水変位と圧力の比も大きくなります。
交流回路において、コンデンサはパイプ内のダイヤフラムのように動作し、電子は実際には通過せず、誘電体の両側で電荷が移動できるようにします。直流回路において、コンデンサは油圧アキュムレータに類似しており、圧力が解放されるまでエネルギーを蓄えます。同様に、アキュムレータが油圧ポンプのサージを抑制するのと同様に、コンデンサは整流された直流回路における電気の流れを平滑化するために使用できます。
充電されたコンデンサと伸張したダイヤフラムはどちらも位置エネルギーを蓄えます。コンデンサの充電量が増えるほど、プレート間の電圧は高くなります（⁠ ⁠ $\textstyle V={Q \over C}$ ）。同様に、押しのけられた水の体積が大きければ大きいほど、弾性位置エネルギーは大きくなります。
水の流れがダイヤフラム全体の容積差に影響を及ぼすのと同じように、電流はコンデンサ全体の電荷差に影響を及ぼします。
コンデンサが高電圧を受けると絶縁破壊を起こすのと同様に、ダイヤフラムは極度の圧力を受けると破裂します。
コンデンサが交流を通過させながら直流をブロックするのと同様に、ダイヤフラムは圧力の変化がない限り水を押しのけません。

短時間限界と長時間限界における回路の等価性

回路において、コンデンサは異なる瞬間に異なる挙動を示すことがあります。しかし、通常は短時間の限界と長時間の限界について考えるのは簡単です。

長時間の限界では、充電/放電電流がコンデンサを飽和させた後は、コンデンサのどちらの側からも電流が出入りしなくなります。したがって、コンデンサの長時間等価状態は開回路です。
短時間限界において、コンデンサが特定の電圧 $V$ で始動した場合、その瞬間のコンデンサの電圧降下は既知であるため、これを電圧 $V$ の理想的な電圧源に置き換えることができます。具体的には、 $V = 0$ （コンデンサが充電されていない状態）の場合、コンデンサの短時間等価状態は短絡です。

平行板コンデンサ

コンデンサの最も単純なモデルは、2枚の薄い平行な導電板で構成されます。それぞれの面積は⁠ ⁠ で、厚さ ⁠ の均一なギャップで隔てられており、そのギャップは誘電率⁠ ⁠の誘電体で満たされています。このギャップは、板の寸法よりもはるかに小さいと仮定されます。このモデルは、多くの実用的なコンデンサによく当てはまります。これらのコンデンサは、薄い絶縁誘電体層で隔てられた金属板で構成されています。これは、コンデンサの故障の原因となる薄い部分を避けるために、製造業者が誘電体の厚さを非常に均一に保つように努めているためです。 $A$ $d$ $\varepsilon$ $d$

プレート間の間隔はプレート領域全体にわたって均一であるため、プレート間の電界は一定であり、プレート表面に対して垂直に向いています。ただし、プレートの端付近の領域では、電界線がコンデンサの側面から「突出」するため、電界が減少します。この「フリンジ電界」領域はプレート間隔 ⁠ ⁠ とほぼ同じ幅であり、⁠ ⁠がプレートの寸法に比べて小さいと仮定すると、無視できるほど小さいです。したがって、一方のプレートともう一方のプレートに電荷 ⁠ ⁠ が印加された場合（不均一に帯電したプレートの状況については後述します）、各プレートの電荷は、各プレートの内面にある、一定電荷密度（クーロン/平方メートル）の表面電荷層に均等に分散されます。ガウスの法則から、プレート間の電界の大きさは⁠ ⁠です。プレート間の電圧（差）は、一方のプレートからもう一方のプレートまでの線（ $z$ 方向）における電界の線積分として定義されます。静電容量は⁠ ⁠と定義されます。上記をこの式に代入すると $E$ $d$ $d$ $+Q$ $-Q$ ${\textstyle \sigma =\pm {Q \over A}}$ $\textstyle E={\sigma \over \varepsilon }$ $V$ $V=\int _{0}^{d}E(z)\,\mathrm {d} z=Ed={\frac {\sigma }{\varepsilon }}d={\frac {Qd}{\varepsilon A}}$ $\textstyle C={Q \over V}$ $V$

$C={\frac {\varepsilon A}{d}}$

したがって、コンデンサでは、誘電率の高い誘電体材料、大きなプレート面積、およびプレート間の小さな間隔によって、最高の静電容量が実現されます。

プレート面積は直線寸法の二乗に比例して増加し、分離は直線的に増加するため、静電容量はコンデンサの直線寸法 ( ⁠ ⁠ )、または体積の三乗根に比例します。 $A$ $d$ $C\varpropto L$

平行板コンデンサは、絶縁破壊が起こる前に有限量のエネルギーしか蓄えられません。コンデンサの誘電体は絶縁耐力 $U d$ を持ち、これによりコンデンサの破壊電圧は $V = V bd = U d d$ となります。したがって、コンデンサが蓄えられる最大エネルギーは $E={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {\varepsilon A}{d}}\left(U_{d}d\right)^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon AdU_{d}^{2}$

最大エネルギーは、誘電体の体積、誘電率、および絶縁耐力の関数です。プレート面積とプレート間の距離を変更し、同じ体積を維持した場合、プレート間の距離がプレートの長さと幅の両方よりも十分に小さい限り、コンデンサが蓄積できる最大エネルギー量は変化しません。さらに、これらの式では、電界がプレート間の誘電体に完全に集中していると仮定しています。実際には、誘電体の外側、たとえばコンデンサプレートの側面の間にフリンジフィールドがあり、コンデンサの有効容量が増加します。これは、寄生容量と呼ばれることもあります。いくつかの単純なコンデンサ形状では、この追加の容量項は解析的に計算できます。^[27]プレート幅と距離、および長さと距離の比が大きい場合、これは無視できるほど小さくなります。

不均一に帯電したプレートの場合:

片方のプレートが⁠ ⁠で帯電し、もう片方が⁠ ⁠で帯電している場合、両方のプレートが環境内の他の物質から離れていると、最初のプレートの内面は⁠ ⁠で帯電し、2番目のプレートの内面は⁠ ⁠で帯電します。^[^要出典^]したがって、プレート間の電圧は⁠ ⁠です。両方のプレートの外面は⁠ ⁠で帯電しますが、これらの電荷はプレート間の電圧に影響を与えないことに注意してください。 $Q_{1}$ $Q_{2}$ $\textstyle {1 \over 2}(Q_{1}-Q_{2})$ $\textstyle {1 \over 2}(Q_{1}-Q_{2})$ $V$ $\textstyle V={1 \over 2C}(Q_{1}-Q_{2})$ $\textstyle {1 \over 2}(Q_{1}+Q_{2})$
片方のプレートが⁠ ⁠で帯電し、もう片方のプレートが ⁠ ⁠ で帯電している場合、もう片方のプレートが接地されていると、片方のプレートの内面は⁠ ⁠となり、もう片方のプレートの内面は⁠ ⁠となります。したがって、プレート間の電圧は⁠ ⁠となります。両方のプレートの外側の表面は電荷がゼロになることに注意してください。 $Q_{1}$ $Q_{2}$ $Q_{1}$ $-Q_{1}$ $V$ $\textstyle V={Q_{1} \over C}$

インターリーブコンデンサ

コンデンサのプレート数に応じて、総静電容量は次のようになります。は単一のプレートの静電容量、はインターリーブされたプレートの数です。 $n$ $C=\varepsilon _{o}{\frac {A}{d}}(n-1)$ ${\textstyle C={\frac {\varepsilon _{o}A}{d}}}$ $n$

右の図に示すように、インターリーブされたプレートは、互いに接続した平行プレートと見ることができます。隣接するプレートの各ペアは独立したコンデンサとして機能します。ペアの数は常にプレートの数より1つ少なく、これが乗数となります。 $(n-1)$

コンデンサに蓄えられたエネルギー

コンデンサの電荷と電圧を増加させるには、電界の反対方向に抗して電荷を負極板から正極板へ移動させる外部電源による作業を行わなければなりません。 ^[28]^[29]コンデンサの電圧が⁠ ⁠ $V$ の場合、負極板から正極板へ少量の電荷を移動させるのに必要な作業は⁠ ⁠です。エネルギーは極板間の増加した電界に蓄えられます。コンデンサに蓄えられた全エネルギー（ジュールで表す）は、電荷がない状態から電界を確立する際に行われた全作業に等しくなります。^[30]^[29]^[28]ここで、はコンデンサに蓄えられた電荷、はコンデンサにかかる電圧、は静電容量です。この位置エネルギーは電荷が除去されるまでコンデンサ内に残ります。たとえば極板間に抵抗のある回路を接続するなどして電荷を正極板から負極板へ戻すと、電界の影響下で移動する電荷が外部回路に対して作業を行います。 $\mathrm {d} W$ $\mathrm {d} q$ $\mathrm {d} W=V\mathop {} \!\mathrm {d} q$ $W$ $W=\int _{0}^{Q}V(q)\mathop {} \!\mathrm {d} q=\int _{0}^{Q}{\frac {q}{C}}\mathop {} \!\mathrm {d} q={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}={\frac {1}{2}}VQ={\frac {1}{2}}CV^{2}$ $Q$ $V$ $C$

上記の平行板モデルのように、コンデンサプレート間のギャップが一定であれば、プレート間の電界は均一になり（フリンジ電界を無視）、一定値になります。この場合、蓄積エネルギーは電界強度から計算できます。上記の最後の式は、電界内の単位体積あたりのエネルギー密度にプレート間の電界体積を乗じたものに等しく、コンデンサ内のエネルギーが電界に蓄積されていることを示しています。 $d$ $E=V/d$ $W={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {\varepsilon A}{d}}\left(Ed\right)^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon AdE^{2}={\frac {1}{2}}\varepsilon E^{2}({\text{volume of electric field}})$

電流-電圧関係

電気回路内の任意の部品を流れる電流は、その部品を通過する電荷の流量として定義されます。実際の電荷（電子）は、理想的なコンデンサの誘電体を通過できません。^{[注 1]}むしろ、正極板から電子が1個放出されるごとに負極板に1個蓄積されるため、電子が枯渇し、一方の電極に正電荷が蓄積されます。この正電荷は、もう一方の電極に蓄積された負電荷と等しく、かつ反対の電荷となります。したがって、電極の電荷は、上で説明したように、電流の積分に等しく、電圧に比例します。任意の逆微分と同様に、初期電圧を表すために積分定数が追加されます（ ⁠ ⁠）。これはコンデンサ方程式の積分形式です。^[31] $I(t)$ $Q(t)$ $V(t_{0})$

電流-電圧関係（積分形）

$V(t)={\frac {Q(t)}{C}}=V(t_{0})+{\frac {1}{C}}\int _{t_{0}}^{t}I(\tau )\,\mathrm {d} \tau$

これを微分して掛けると次の微分形が得られる: ^[32] $C$

電流-電圧関係（微分形式）

$I(t)={\frac {\mathrm {d} Q(t)}{\mathrm {d} t}}=C{\frac {\mathrm {d} V(t)}{\mathrm {d} t}}$

$C$ は時間、電圧、電荷に依存しません。

コンデンサの双対はインダクタであり、これは電界ではなく磁界にエネルギーを蓄えます。その電流-電圧関係は、コンデンサの式において電流と電圧を入れ替え、 $Cを$ インダクタンス $L$ に置き換えることで得られます。

RC回路

抵抗器、コンデンサ、スイッチ、および一定の直流電圧源 $V 0$ のみを含む直列回路は充電回路として知られています。^{[33]スイッチが開いている間コンデンサが最初は充電されておらず、} $t = 0$ でスイッチが閉じられると、キルヒホッフの電圧法則から次の式が成り立ちます。 $V_{0}=v_{\text{resistor}}(t)+v_{\text{capacitor}}(t)=i(t)R+{\frac {1}{C}}\int _{t_{0}}^{t}i(\tau )\,\mathrm {d} \tau$

導関数をとり、 $C$ を掛けると、1階微分方程式が得られます。 $RC{\frac {\mathop {} \!\mathrm {d} i(t)}{\mathop {} \!\mathrm {d} t}}+i(t)=0$

$t = 0$ において、コンデンサの両端の電圧はゼロ、抵抗器の両端の電圧は $V 0$ です。初期電流は⁠ ⁠ $\textstyle I(0)={V_{0} \over R}$ です。この仮定のもと、微分方程式を解くと次の式が得られます。ここで、 $τ$ $0$ $=$ $RCはシステムの$ 時定数です。コンデンサが電源電圧と平衡状態に達すると、抵抗器の両端の電圧と回路全体を流れる電流は指数関数的に減少します。放電中のコンデンサの場合、コンデンサの初期電圧（ $V$ $Ci$ ）が $V$ $0$ に置き換わります。方程式は次のようになります。 ${\begin{aligned}I(t)&={\frac {V_{0}}{R}}e^{-t/\tau _{0}}\\V(t)&=V_{0}\left(1-e^{-t/\tau _{0}}\right)\\Q(t)&=CV_{0}\left(1-e^{-t/\tau _{0}}\right)\end{aligned}}$ ${\begin{aligned}I(t)&={\frac {V_{\mathrm {Ci} }}{R}}e^{-t/\tau _{0}}\\V(t)&=V_{\mathrm {Ci} }\,e^{-t/\tau _{0}}\\Q(t)&=C\,V_{\mathrm {Ci} }\,e^{-t/\tau _{0}}\end{aligned}}$

AC回路

インピーダンスは、リアクタンスと抵抗のベクトル和であり、特定の周波数で正弦波状に変化する電圧と正弦波状に変化する電流の位相差と振幅の比を表します。フーリエ解析により、周波数スペクトルから任意の信号を構築でき、そこからさまざまな周波数に対する回路の反応を見つけることができます。コンデンサのリアクタンスとインピーダンスはそれぞれ、 ⁠ ⁠は虚数単位、⁠ ⁠は正弦波信号の角周波数です。 ⁠ ⁠位相は、AC 電圧⁠ ⁠が AC 電流より 90°遅れていることを示します。つまり、正の電流位相は、コンデンサが充電されるにつれて電圧が増加することに対応し、ゼロ電流は瞬間的な一定電圧に対応します。 ${\begin{aligned}X&=-{\frac {1}{\omega C}}=-{\frac {1}{2\pi fC}}\\Z&={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}=-{\frac {j}{2\pi fC}}\end{aligned}}$ $j={\sqrt {-1}}$ $\omega$ $-j$ $V=ZI$

インピーダンスは、静電容量の増加と周波数の上昇に伴って低下します。^[34]これは、高周波信号や大容量コンデンサでは、電流振幅あたりの電圧振幅が低下することを意味します。これはAC「短絡」またはAC結合です。逆に、非常に低い周波数ではリアクタンスが高く、コンデンサはAC解析においてほぼ開回路となります。つまり、これらの周波数は「フィルタリング」されているということです。

コンデンサは、インピーダンスが定義特性、つまり静電容量に反比例するという点で、抵抗器やインダクタとは異なります。

交流電圧源に接続されたコンデンサには、変位電流が流れます。電圧源が⁠ ⁠ $V_{0}\cos(\omega t)$ の場合、変位電流は次のように表されます。 $I=C{\frac {\mathop {} \!\mathrm {d} V}{\mathop {} \!\mathrm {d} t}}=-\omega {C}{V_{0}}\sin(\omega t).$

⁠ ⁠ $\sin(\omega t)=-1$ において、コンデンサは最大（またはピーク）電流を持ち、それによって⁠ ⁠となります。ピーク電圧とピーク電流の比は、 $I_{0}=\omega CV_{0}$ 容量性リアクタンス（⁠ ⁠ $X_{\mathrm {C} }$ と表記）によって決まります。 $X_{\mathrm {C} }={\frac {V_{0}}{I_{0}}}={\frac {V_{0}}{\omega CV_{0}}}={\frac {1}{\omega C}}$

$X_{\mathrm {C} }$ $ω が無限大に近づくにつれて、$ ⁠ ⁠ はゼロに近づきます。⁠ ⁠ が0 $X_{\mathrm {C} }$ に近づくと、コンデンサは高周波で電流を強く流す短い電線のような状態になります。
$X_{\mathrm {C} }$ $ω がゼロに近づくにつれて、$ ⁠ ⁠は無限大に近づきます。⁠ ⁠が $X_{\mathrm {C} }$ 無限大に近づくと、コンデンサは低周波を通しにくい開回路に似た状態になります。

コンデンサの電流は、電源の電圧とよりよく比較するために、コサインの形で表すことができます。 $I=-I_{0}\sin({\omega t})=I_{0}\cos({\omega t}+{90^{\circ }})$

この状況では、電流は電圧に対して⁠ ⁠ラジアンまたは +90 度位相がずれています。つまり、電流は電圧よりも 90° 進んでいます。 $\textstyle +{\pi \over 2}$

ラプラス回路解析（s領域）

回路解析でラプラス変換を使用する場合、初期電荷のない理想的なコンデンサのインピーダンスは $s$ 領域で次のように表されます。ここで $Z(s)={\frac {1}{sC}}$

$C$ は静電容量であり、
$s$ は複素周波数です。

回路解析

並列コンデンサ

並列接続されたコンデンサには、それぞれ同じ電圧が印加されます。それぞれの静電容量は加算され、電荷は静電容量に応じて分配されます。回路図を用いて平行板を視覚化すると、各コンデンサが全体の表面積に寄与していることがわかります。 $C_{\mathrm {eq} }=\sum _{i=1}^{n}C_{i}=C_{1}+C_{2}+\cdots +C_{n}$

直列コンデンサ

直列接続すると、回路図から、プレート面積ではなく、分離距離が加算されることがわかります。各コンデンサは、直列接続された他のすべてのコンデンサと同じ瞬間的な電荷を蓄積します。両端間の電圧差の合計は、各コンデンサの静電容量の逆数に応じて分配されます。直列接続全体は、どのコンポーネントよりも小さなコンデンサとして機能します。 $C_{\mathrm {eq} }=\left(\sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{C_{i}}}\right)^{-1}=\left({1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2}}+{1 \over C_{3}}+\dots +{1 \over C_{n}}\right)^{-1}$

コンデンサは、高電圧電源の平滑化など、より高い動作電圧を得るために直列に接続されます。各コンデンサの静電容量と漏れ電流が同じであれば、プレート間隔に基づいて決まる定格電圧は加算されます。このような用途では、直列接続されたコンデンサを並列に接続してマトリックスを形成する場合があります。その目的は、どのコンデンサにも過負荷をかけることなく、ネットワークのエネルギー貯蔵量を最大化することです。コンデンサを直列に接続して高エネルギーを貯蔵する場合、1つのコンデンサが故障して漏れ電流が発生しても、他の直列コンデンサに過度の電圧が加わらないように、安全上の配慮が必要です。

直列接続は、極性電解コンデンサをバイポーラ AC 用に適応させるためにも使用されることがあります。

並列-直列ネットワークにおける電圧分布

直列に接続されたコンデンサのチェーン（ $B$ $n$ $）に並列に接続された単一の充電コンデンサ（ A$ ）からの電圧分布をモデル化するには、次のようにします。 ${\begin{aligned}{\text{(volts)}}A_{\mathrm {eq} }&=A\left(1-{\frac {1}{n+1}}\right)\\{\text{(volts)}}B_{\text{1..n}}&={\frac {A}{n}}\left(1-{\frac {1}{n+1}}\right)\\A-B&=0\end{aligned}}$

(これは、すべての静電容量値が等しい場合にのみ正しいことに注意してください)。

この取り決めで移転される電力は次のとおりです。 $P={\frac {1}{R}}\cdot {\frac {1}{n+1}}A_{\text{volts}}\left(A_{\text{farads}}+B_{\text{farads}}\right)$

非理想的な行動

実際には、コンデンサはいくつかの点で理想的なコンデンサ方程式から外れます。これらのうち、リーク電流や寄生効果などは線形であるか、ほぼ線形として解析でき、仮想コンポーネントを追加して等価回路を形成することで考慮できます。その場合、通常のネットワーク解析手法を適用できます。^[35]ブレークダウン電圧などの場合、効果は非線形であり、通常の（通常の、たとえば線形の）ネットワーク解析は使用できず、効果を個別に考慮する必要があります。さらに、温度依存性など、線形である可能性はありますが、解析において静電容量が一定であるという仮定を無効にする別のグループのアーティファクトが存在する可能性があります。最後に、固有のインダクタンス、抵抗、誘電損失などの複合的な寄生効果は、さまざまな動作周波数で不均一な動作を示す可能性があります。

破壊電圧

特定の電界強度（誘電強度と呼ばれる）を超えると、コンデンサ内の誘電体は $E_{\mathrm {ds} }$ 導電性を持つようになります。この状態になる電圧はデバイスのブレークダウン電圧と呼ばれ、誘電強度と導体間の距離の積で表されます。^[36] $V_{\mathrm {bd} }=E_{\mathrm {ds} }d$

コンデンサに安全に蓄えられる最大エネルギーは、破壊電圧によって制限されます。この電圧を超えると、極板間の短絡が発生し、誘電体、極板、またはその両方に永久的な損傷を与える可能性があります。静電容量と破壊電圧は誘電体の厚さに比例するため、特定の誘電体で作られたすべてのコンデンサは、誘電体が体積の大部分を占める限り、ほぼ等しい最大エネルギー密度を持ちます。 ^[37]

空気誘電体コンデンサの場合、破壊電界強度は次のとおりである。2～5MV/m（キロボルト/ミリメートルに相当）；雲母の場合、内訳は100～300 MV/m ; 石油の場合、15～25 MV/mである。誘電体に他の材料が使用される場合、この値ははるかに低くなる可能性がある。^{[38]誘電体は非常に薄い層で使用されるため、コンデンサの絶対的な破壊電圧は限られている。一般的な}電子機器用途に使用されるコンデンサの典型的な定格は、数ボルトから1キロボルト。電圧が高くなると誘電体を厚くする必要があり、高電圧コンデンサは低電圧定格のコンデンサよりも静電容量が大きくなります。

破壊電圧は、コンデンサの導電部の形状などの要因に大きく影響されます。鋭利なエッジや尖端は、その箇所の電界強度を高め、局所的な破壊につながる可能性があります。一旦破壊が始まると、破壊は誘電体を急速に伝わり、反対側の電極に到達し、炭素を残して短絡（または比較的低抵抗の）回路を引き起こします。コンデンサ内の短絡により周囲の回路から電流が引き出され、エネルギーが消費されるため、爆発的な結果を招く可能性があります。^[39]しかし、特定の誘電体^[40]^[41]と薄い金属電極を備えたコンデンサでは、破壊後も短絡は発生しません。これは、破壊近傍の金属が溶融または蒸発し、コンデンサの他の部分から分離されるためです。^[42]^[43]

通常の破壊経路は、電界強度が十分に高くなり、誘電体内の電子が原子から引き離されて伝導が生じることです。他のシナリオとしては、誘電体内の不純物などが挙げられます。また、誘電体が結晶性である場合、結晶構造の欠陥が半導体デバイスで見られるようなアバランシェ破壊を引き起こすこともあります。破壊電圧は、圧力、湿度、温度にも影響されます。^[44]

等価回路

理想的なコンデンサは、電気エネルギーを蓄え、放出するだけで、消費はしません。しかし、実際には、コンデンサの材料には欠陥があり、以下のような寄生成分が生じます。^[45]

${\text{ESL}}$ リード線に起因する等価直列インダクタンス。これは通常、比較的高い周波数でのみ顕著になります。
総インピーダンスに実数値成分を追加し、電力を浪費する 2 つの抵抗:
- $R_{\text{lead}}$ リード線に小さな直列抵抗が接続されています。周波数が高くなるにつれて、その重要性は増します。
- $G_{\text{dielectric}}$ 不完全な誘電体材料を考慮するため、容量と並列に小さなコンダクタンス（または逆に大きな抵抗）が存在します。これにより、誘電体に小さな漏れ電流が発生し（「漏れ」の項を参照）、時間の経過とともにコンデンサがゆっくりと放電されます^[46]。このコンダクタンスは、非常に低い周波数では全抵抗の大部分を占めます。その値は、コンデンサの材料と品質によって大きく異なります。^[要出典]

簡略化されたRLCシリーズモデル

周波数が高くなると、容量性インピーダンス（負のリアクタンス）が減少するため、誘電体のコンダクタンスの重要性は低下し、直列成分の重要性が増します。したがって、広い周波数範囲で有効な簡略化されたRLC直列モデルは、コンデンサを、等価直列インダクタンスと、周波数に依存した等価直列抵抗と直列に接続されているものとして扱います。等価直列抵抗は周波数によってほとんど変化しません。前のモデルとは異なり、このモデルはDCおよび非常に低い周波数では有効ではありません。 ${\text{ESL}}$ ${\text{ESR}}$ $G_{\text{dielectric}}$

誘導性リアクタンスは周波数とともに増加します。その符号は正であるため、静電容量を打ち消します。

RLC回路の固有周波数では、インダクタンスが容量を完全に打ち消すため、総リアクタンスはゼロになります。における総インピーダンスはの実数値と一致するため、平均電力消費は ⁠ で最大値に達します。 $\omega _{0}{=}{\tfrac {1}{\sqrt {{\text{ESL}}\cdot {\text{C}}}}}$ $\omega _{0}$ ${\text{ESR}}$ V _RMS²/ESRここで、V _RMSはコンデンサ両端の二乗平均平方根 (RMS) 電圧です。

さらに高い周波数では、誘導性インピーダンスが支配的になるため、コンデンサは望ましくないインダクタのような挙動を示すようになります。高周波工学では、すべての接続部と部品のインダクタンスを考慮する必要があります。

Q係数

コンデンサを等価直列抵抗 ⁠ ⁠ ${\text{ESR}}$ と直列に接続された理想的なコンデンサとして簡略化したモデルでは、コンデンサの品質係数(または⁠ ⁠ $Q$ ) は、特定の周波数⁠ ⁠における容量性リアクタンスと抵抗の大きさの比です。 $X_{\mathrm {C} }$ $\omega$

$Q(\omega )={\frac {|X_{\mathrm {C} }(\omega )|}{\text{ESR}}}={\frac {1}{\omega C\cdot {\text{ESR}}}}\,.$

⁠ ⁠ $Q$ 係数はコンデンサの効率を表す指標です。コンデンサの⁠ ⁠ $Q$ 係数が高いほど、理想的なコンデンサの挙動に近づきます。損失係数はその逆数です。

リップル電流

リップル電流は、周波数が一定または変化する印加電源（多くの場合、スイッチング電源）の交流成分です。リップル電流は、変化する電界強度と、わずかに抵抗のある電源ラインまたはコンデンサ内の電解質を流れる電流によって生じる誘電損失により、コンデンサ内で発熱を引き起こします。等価直列抵抗（ESR）は、これをモデル化するために完全なコンデンサに追加される内部直列抵抗の大きさです。

一部のタイプのコンデンサ(主にタンタルおよびアルミ電解コンデンサ)および一部のフィルムコンデンサには、最大リップル電流の定格値が指定されています。

固体二酸化マンガン電解質を使用したタンタル電解コンデンサは、リップル電流によって制限され、一般的にコンデンサファミリーの中で最も高いESR定格を備えています。リップル制限を超えると、ショートや部品の焼損につながる可能性があります。
最も一般的な電解コンデンサであるアルミ電解コンデンサは、リップル電流が大きいほど寿命が短くなります。リップル電流がコンデンサの定格値を超えると、爆発的な故障につながる傾向があります。
セラミックコンデンサには、一般にリップル電流制限がなく^{[引用が必要]}、ESR 定格が最も低いコンデンサの 1 つです。
フィルムコンデンサはESR 定格が非常に低いですが、定格リップル電流を超えると劣化故障を引き起こす可能性があります。

静電容量の不安定性

特定のコンデンサは、部品の経年劣化に伴い静電容量が低下します。セラミックコンデンサの場合、これは誘電体の劣化が原因です。誘電体の種類、動作温度、保管温度が最も重要な経年劣化要因であり、動作電圧の影響は通常小さく、コンデンサの設計では電圧係数が最小限に抑えられます。この経年劣化は、部品をキュリー点以上に加熱することで回復させることができます。経年劣化は部品の寿命初期に最も速く進行し、時間の経過とともに安定します。^{[47]電解コンデンサは}、電解液が蒸発するにつれて経年劣化します。セラミックコンデンサとは異なり、これは部品の寿命末期に発生します。

静電容量の温度依存性は、通常、1℃あたり100万分の1（ppm）で表されます。通常は概ね線形関数として捉えられますが、温度範囲の極端な場合には顕著に非線形となることがあります。温度係数は、主に誘電体材料に依存して、正または負の値をとります。C0G/NP0と表記されるもののNPOと呼ばれるものもあり、ある温度ではやや負の係数、別の温度では正の係数、そしてその中間の温度ではゼロとなります。このような部品は、温度が重要な回路に用いられることがあります。^[48]

コンデンサ、特にセラミックコンデンサや紙コンデンサなどの旧式のコンデンサは、音波を吸収し、マイクロフォニック効果を引き起こすことがあります。振動によってプレートが動き、静電容量が変化して交流電流が誘導されます。一部の誘電体は圧電性も発生します。この干渉は特にオーディオ用途で問題となり、フィードバックや意図しない録音を引き起こす可能性があります。逆マイクロフォニック効果では、コンデンサプレート間の電界変化が物理的な力となり、プレートがスピーカーのように動きます。これにより可聴音が発生しますが、エネルギーが消費され、誘電体や電解質（存在する場合）にストレスがかかります。

電流と電圧の反転

電流の反転は、電流の方向が変わるときに発生します。電圧の反転は、回路における極性の変化です。反転は通常、最大定格電圧に対する極性反転の割合で表されます。直流回路では、この割合は通常100%未満、多くの場合0～90%の範囲ですが、交流回路では100%の反転が発生します。

DC回路およびパルス回路では、電流と電圧の反転はシステムの減衰の影響を受けます。電圧の反転は、減衰不足のRLC回路で発生します。電流と電圧の方向が反転し、インダクタンスと容量の間に調和振動子が形成されます。電流と電圧は振動する傾向があり、システムが平衡状態に達するまで、ピーク値が前回よりも低くなるまで、方向を数回反転することがあります。これはしばしばリンギングと呼ばれます。対照的に、臨界減衰または過剰減衰のシステムでは、通常、電圧の反転は発生しません。反転は、ピーク電流が各方向で等しいAC回路でも発生します。

コンデンサの寿命を最大限に延ばすには、通常、システムが経験する可能性のある最大の逆電圧に耐えられる必要があります。交流回路では100%の電圧逆電圧が発生しますが、減衰が不十分な直流回路では100%未満です。逆電圧は誘電体に過剰な電界を発生させ、誘電体と導体の両方に過剰な加熱を引き起こし、コンデンサの寿命を著しく短縮する可能性があります。逆電圧定格は、誘電体材料や電圧定格の選択から、使用される内部接続の種類に至るまで、コンデンサの設計上の考慮事項に影響を与えることがよくあります。^[49]

誘電吸収

あらゆる種類の誘電体材料で作られたコンデンサは、ある程度の「誘電吸収」または「ソーク」を示します。コンデンサを放電して接続を外すと、誘電体のヒステリシスにより、短時間で電圧が発生する可能性があります。この効果は、高精度サンプル・ホールド回路やタイミング回路などの用途では問題となります。吸収は時間依存プロセスであるため、吸収のレベルは、設計上の考慮事項から充電時間まで、多くの要因に依存します。しかし、主な要因は誘電体材料の種類です。タンタル電解コンデンサやポリサルフォンフィルムコンデンサは比較的高い吸収を示しますが、ポリスチレンやテフロンコンデンサでは吸収が非常に小さくなります。^[50]閃光管、テレビ、電子レンジ、除細動器など、危険な電圧やエネルギーが存在するコンデンサでは、コンデンサが短絡または放電された後、誘電吸収によって危険な電圧まで再充電されることがあります。 10ジュール以上のエネルギーを蓄えたコンデンサは一般的に危険とみなされ、50ジュール以上の場合は致命的となる可能性があります。コンデンサは数分間で元の電荷の0.01～20%を回復することがあり、一見安全に見えるコンデンサが驚くほど危険な状態になることがあります。^[51]^[52]^[53]^[54]^[55]

漏れ

完全な絶縁体はない。したがって、すべての誘電体は微量の電流を漏洩させる可能性があり、これはメガオーム計で測定できる。^[56]漏洩電流は、コンデンサと並列に接続された抵抗器と同等である。熱、機械的ストレス、湿度などの要因に常にさらされると、誘電体が劣化し、過度の漏洩電流が発生する可能性がある。これは、特にオイル紙や箔コンデンサが使用されていた古い真空管回路でよく見られる問題である。多くの真空管回路では、ある真空管のプレートから次の段のグリッド回路へ変化する信号を伝導するために、段間結合コンデンサが使用されている。漏洩コンデンサは、グリッド回路の電圧を通常のバイアス設定から上昇させ、下流の真空管に過大な電流や信号歪みを引き起こす可能性がある。パワーアンプでは、これがプレートの赤熱や電流制限抵抗の過熱、さらには故障を引き起こす可能性がある。同様の考慮事項は、コンポーネント製造されたソリッドステート（トランジスタ）アンプにも当てはまるが、発熱量の低下と現代のポリエステル誘電体バリアの使用により、かつては一般的だったこの問題は比較的まれになっている。

使用中止による電解故障

アルミ電解コンデンサは、製造時に適切な内部化学状態を生じさせるのに十分な電圧を印加することでコンディショニングされます。この状態は、機器を定期的に使用することで維持されます。電解コンデンサを使用したシステムを長期間使用しないと、コンディショニングが失われる可能性があります。次に使用したときに、短絡により故障する場合があります。

寿命

すべてのコンデンサの寿命は、その構造、動作条件、環境条件によって異なります。固体セラミックコンデンサは、通常使用では通常非常に長い寿命を示し、振動や周囲温度などの要因にはほとんど左右されませんが、湿度、機械的ストレス、疲労などの要因が故障の主な原因となります。故障モードはコンデンサによって異なります。コンデンサによっては、容量の漸進的な低下、リーク電流の増加、等価直列抵抗（ESR）の上昇が見られるものもあれば、突然、あるいは壊滅的に故障するものもあります。例えば、金属フィルムコンデンサはストレスや湿度による損傷を受けやすいですが、誘電体に破壊が発生すると自己修復します。故障箇所でグロー放電が発生すると、その箇所の金属フィルムが蒸発してアーク放電を防ぎ、容量の損失を最小限に抑えながら短絡を解消します。フィルムに十分な数のピンホールが蓄積されると、金属フィルムコンデンサは完全に故障します。これは通常、何の前触れもなく突然起こります。

電解コンデンサは一般的に寿命が最も短いです。電解コンデンサは振動や湿度の影響をほとんど受けませんが、周囲温度や動作温度などの要因が故障に大きく影響し、ESR（等価直列抵抗）の上昇（最大300%）や静電容量の20%もの減少として徐々に進行します。コンデンサには電解質が含まれており、最終的にはシールを通して拡散して蒸発します。温度上昇は内部圧力も上昇させ、化学物質の反応速度を速めます。そのため、電解コンデンサの寿命は、化学反応速度を求める際に用いられるアレニウスの式を修正したものによって一般的に定義されます。 $L=Be^{\frac {e_{A}}{kT_{o}}}$

メーカーは、設計動作温度（周囲温度、ESR、リップル電流の影響を受ける）で使用した場合の電解コンデンサの予想寿命（時間単位）を示すために、この式をよく使用します。しかし、これらの理想的な条件がすべての使用状況で実現できるとは限りません。さまざまな使用条件下での寿命を予測するための経験則は、以下の式によって決まります。 $L_{a}=L_{0}2^{\frac {T_{0}-T_{a}}{10}}$

これは、温度が10℃上昇するごとにコンデンサの寿命が半分に減少することを示しています。 ^[57]

$L_{0}$ 定格条件下での定格寿命（例：2000時間）
$T_{0}$ 定格最大/最小動作温度
$T_{a}$ 平均動作温度
$L_{a}$ 与えられた条件下での予想寿命

コンデンサの種類

実用的なコンデンサは様々な形態で市販されています。内部誘電体の種類、プレートの構造、デバイスのパッケージングはすべて、コンデンサの特性と用途に大きな影響を与えます。

使用可能な値は非常に低いもの（ピコファラッド範囲。原理的には任意の低い値が可能ですが、どの回路でも浮遊（寄生）容量が制限要因となります）から約 5 kF のスーパーコンデンサまでの範囲です。

約1マイクロファラッド以上の電解コンデンサは、他のタイプに比べて小型で低コストであるため、通常使用されます。ただし、安定性、寿命、分極特性が比較的低いため、適さない場合もあります。超高容量スーパーキャパシタは、多孔質炭素系電極材料を使用します。

誘電体材料

ほとんどのコンデンサは誘電体スペーサーを備えており、空気や真空に比べて静電容量が増加します。コンデンサが保持できる電荷量を最大化するには、誘電体材料の誘電率を可能な限り高くすると同時に、絶縁破壊電圧も可能な限り高くする必要があります。また、誘電体は周波数による損失を可能な限り低く抑える必要があります。

しかし、極板間の真空度が高い低容量コンデンサも利用可能であり、これにより極めて高い電圧動作と低損失が実現します。極板が大気に開放された可変コンデンサは、ラジオの同調回路でよく使用されていました。その後の設計では、可動極板と固定極板の間にポリマー箔誘電体が使用され、極板間に大きな空気層はなくなりました。

固体誘電体には、紙、プラスチック、ガラス、マイカ、セラミックなど、いくつかの種類があります。^[18]

紙は昔のコンデンサに広く使用されており、比較的高い電圧性能を有していました。しかし、紙は吸湿性が高いため、現在ではプラスチックフィルムコンデンサに大きく置き換えられています。

現在使用されているプラスチックフィルムの多くは、油紙などの古い誘電体に比べて安定性と経年変化に優れた特性を備えているため、タイマー回路に適しています。ただし、使用されているプラスチックフィルムの制約により、動作温度と動作周波数が比較的低い場合が考えられます。大型プラスチックフィルムコンデンサは、抑制回路、モーター始動回路、力率改善回路などで広く使用されています。

セラミックコンデンサは一般的に小型で安価であり、高周波用途に適していますが、電圧と温度によって静電容量が大きく変化し、経年劣化が激しいという欠点があります。また、圧電効果の影響を受けることもあります。セラミックコンデンサは、温度による静電容量の変化が予測可能なクラス1誘電体と、より高い電圧で動作可能なクラス2誘電体に大別されます。現代の多層セラミックコンデンサは通常非常に小型ですが、一部のタイプは本質的に値の許容範囲が広く、マイクロフォニックの問題があり、物理的に脆い傾向があります。

ガラスコンデンサとマイカコンデンサは、信頼性、安定性、高温・高電圧への耐性に優れていますが、主流の用途には高価すぎます。

電解コンデンサとスーパーコンデンサはそれぞれ少量と多量のエネルギーを蓄積するために使用され、セラミックコンデンサは共振器でよく使用され、寄生容量は回路レイアウトの構成によって単純な導体-絶縁体-導体構造が意図せず形成される回路で発生します。

電解コンデンサは、酸化物誘電体層を備えたアルミニウムまたはタンタルのプレートを使用します。2 番目の電極は液体電解質で、別の箔プレートによって回路に接続されています。電解コンデンサは非常に高い静電容量を提供しますが、許容差が狭く、不安定性が高く、特に熱にさらされると静電容量が徐々に低下し、リーク電流が大きいという欠点があります。品質の悪いコンデンサは電解液が漏れる場合があり、プリント基板に悪影響を及ぼします。電解液の導電性は低温で低下するため、等価直列抵抗が増加します。電源調整に広く使用されていますが、高周波特性が悪いため、多くのアプリケーションには適していません。電解コンデンサは、一定期間 (約 1 年) 使用しないと自己劣化を起こし、最大電力が適用される場合は短絡してコンデンサに恒久的な損傷を与え、通常はヒューズが切れるか整流ダイオードが故障する可能性があります。たとえば、古い機器では、これによって整流管でアーク放電が発生する可能性があります。使用前に動作電圧を徐々に印加することで回復させることができます。これは、古い真空管機器では、可変トランスを用いて交流電源を供給し、30分かけて行うことがよくあります。この方法は、一部のソリッドステート機器では満足のいく結果が得られない場合があります。これらの機器は、通常の電力範囲を下回る動作によって損傷を受ける可能性があり、その場合はまず電源を消費回路から分離する必要があります。このような対策は、入力電圧が低下しても最大出力電圧を出力する現代の高周波電源には適用できない可能性があります。^[要出典]

タンタルコンデンサはアルミニウムよりも周波数特性と温度特性に優れていますが、誘電吸収と漏れ電流が大きくなります。^[58]

ポリマーコンデンサ(OS-CON、OC-CON、KO、AO) は、固体導電性ポリマー (または重合有機半導体) を電解質として使用し、標準の電解コンデンサよりも長寿命と低ESRを実現しますが、コストは高くなります。

フィードスルーコンデンサは、主な用途ではないものの、静電容量を持ち、導電性シートを通じて信号を伝導するために使用されるコンポーネントです。

特殊な用途には、他のいくつかのタイプのコンデンサが利用できます。スーパーコンデンサは大量のエネルギーを蓄えます。カーボンエアロゲル、カーボンナノチューブ、または高度に多孔質の電極材料から作られたスーパーコンデンサは、非常に高い静電容量（2010年現在で最大5kF）を提供し、一部の用途では充電式バッテリー^[update]の代わりに使用できます。交流コンデンサは、特にライン（主電源）電圧のAC電力回路で動作するように設計されています。これらは電動モーター回路でよく使用され、大電流を扱えるように設計されていることが多いため、物理的に大きくなる傾向があります。通常は頑丈にパッケージ化されており、簡単に接地できる金属ケースに入っていることがよくあります。また、少なくとも最大AC電圧の5倍の直流破壊電圧で設計されています。

電圧依存コンデンサ

多くの非常に有用な誘電体（例えば強誘電体）の誘電率は、印加電界の関数として変化するため、これらのデバイスの静電容量はより複雑になります。例えば、このようなコンデンサを充電する場合、電荷量に対する電圧の微分増加は次式で表されます。ここで、静電容量の電圧依存性 $C$ $($ $V$ $)$ は、静電容量が電界強度の関数であることを示唆しており、大面積平行板デバイスでは、電界強度は $ε$ $=$ $V$ $/$ $d$ で表されます。この電界は誘電体を分極させますが、強誘電体の場合、この分極は電界の非線形S字関数であり、大面積平行板デバイスの場合は、電圧の非線形関数である静電容量に変換されます。^[59]^[60] $\mathop {} \!\mathrm {d} Q=C(V)\mathop {} \!\mathrm {d} V$

電圧に依存する静電容量に対応して、コンデンサを電圧 $V$ まで充電するための積分関係が見つかります。これは、 $C が電圧$ $V$ に依存しない場合にのみ、 $Q$ $=$ $CV$ と一致します。 $Q=\int _{0}^{V}C(V)\mathop {} \!\mathrm {d} V$

同様に、コンデンサに蓄えられたエネルギーは次のように表される。 $\mathop {} \!\mathrm {d} W=Q\mathop {} \!\mathrm {d} V=\left[\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\,C(V')\right]\mathop {} \!\mathrm {d} V.$

積分:積分の順序の交換が使用されます。 $W=\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\,C(V')=\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\int _{V'}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V\,C(V')=\int _{0}^{V}\mathop {} \!\mathrm {d} V'\left(V-V'\right)C(V'),$

強誘電体表面に沿って走査される顕微鏡プローブの非線形容量は、強誘電体材料のドメイン構造を研究するために使用されます。^[61]

電圧依存容量のもう一つの例は半導体ダイオードなどの半導体デバイスで発生し、電圧依存性は誘電率の変化ではなくコンデンサの両側の電荷間の間隔の電圧依存性から生じます。^{[62]この効果は}バリキャップと呼ばれるダイオードのようなデバイスで意図的に利用されています。

周波数依存コンデンサ

コンデンサが時間とともに変化する電圧で駆動され、その電圧が十分に急速に変化すると、ある周波数では誘電体の分極が電圧に追従できなくなります。このメカニズムの起源の例として、誘電率に寄与する内部の微視的双極子は瞬時に移動できないため、印加される交流電圧の周波数が増加すると双極子の応答が制限され、誘電率が減少します。周波数に応じて変化する誘電率は誘電分散と呼ばれ、デバイ緩和などの誘電緩和過程によって支配されます。過渡条件下では、変位場は次のように表すことができます（電気感受性を参照）。 ${\boldsymbol {D(t)}}=\varepsilon _{0}\int _{-\infty }^{t}\varepsilon _{r}(t-t'){\boldsymbol {E}}(t')\,\mathop {} \!\mathrm {d} t',$

$ε r$ の時間依存性によって応答の遅れを示す。これは原理的には、誘電体における双極子挙動などの微視的解析から計算される。例えば、線形応答関数を参照のこと。^[63]^[64]積分は過去の履歴全体から現在時刻まで及ぶ。時間に関してフーリエ変換を行うと、以下のようになる。 ${\boldsymbol {D}}(\omega )=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}(\omega ){\boldsymbol {E}}(\omega )\,,$

ここで、ε _r ( ω ) は複素関数となり、虚数部は媒質による場からのエネルギー吸収に関係します。誘電率を参照してください。静電容量は誘電率に比例するため、この周波数挙動を示します。ガウスの法則を変位場についてフーリエ変換すると、次のようになります。

${\begin{aligned}I(\omega )&=j\omega Q(\omega )=j\omega \oint _{\Sigma }{\boldsymbol {D}}({\boldsymbol {r}},\omega )\cdot \mathop {} \!\mathrm {d} {\boldsymbol {\Sigma }}\\&=\left[G(\omega )+j\omega C(\omega )\right]V(\omega )={\frac {V(\omega )}{Z(\omega )}}\,,\end{aligned}}$ ここで、 $j$ は虚数単位、 $V (ω)は角周波数$ $ω$ における電圧成分、 $G (ω)$ は電流の実数部でコンダクタンスと呼ばれ、 $C (ω)$ は電流の虚数部を決定し、は静電容量です。Z $(ω) は$ 複素インピーダンスです。

平行板コンデンサに誘電体が充填されている場合、媒体の誘電特性の測定は次の関係式に基づきます。ここで、単一のプライムは実部、二重のプライムは虚部を表します $。Z$ $($ $ω$ $)$ は誘電体が存在する場合の複素インピーダンス、 $C$ $cmplx$ $($ $ω$ $)$ は誘電体が存在する場合のいわゆる複素容量、 $C$ $0$ は誘電体がない場合の容量です。^[65]^[66]（「誘電体なし」の測定は、原理的には自由空間での測定を意味しますが、量子真空でさえ二色性などの非理想的な挙動を示すと予測されるため、これは達成不可能な目標です。実用的には、測定誤差を考慮すると、地球真空での測定、または単にC ₀を計算するだけで十分な精度が得られる場合が多いです。^[67]） $\varepsilon _{r}(\omega )=\varepsilon '_{r}(\omega )-j\varepsilon ''_{r}(\omega )={\frac {1}{j\omega Z(\omega )C_{0}}}={\frac {C_{\text{cmplx}}(\omega )}{C_{0}}}\,,$

この測定法を用いると、誘電率は、誘電率に寄与する物質の特性応答周波数（励起エネルギー）に対応する特定の周波数で共鳴を示す可能性がある。これらの共鳴は、欠陥を検出するための多くの実験技術の基礎となっている。コンダクタンス法は、吸収を周波数の関数として測定する。^{[68]あるいは、}深準位過渡分光法のように、静電容量の時間応答を直接用いることもできる。^[69]

周波数依存の静電容量のもう一つの例はMOSコンデンサで、少数キャリアの生成が遅いため、高周波数では静電容量は多数キャリアの応答のみを測定しますが、低周波数では両方のタイプのキャリアが応答します。^[62]^[70]

光周波数において、半導体の誘電率は固体のバンド構造に関連した構造を示す。圧力やその他の応力によって結晶構造を変調させ、それに伴う光の吸収や反射の変化を観察する高度な変調分光測定法は、これらの材料に関する知識を進歩させた。^[71]

スタイル

プレートと誘電体の配置には、コンデンサの必要な定格に応じてさまざまなスタイルのバリエーションがあります。小さな値の静電容量 (マイクロファラッド以下) の場合、セラミックディスクは金属コーティングを使用し、ワイヤリードがコーティングに結合されます。より大きな値は、プレートとディスクを複数重ねることで作成できます。値の大きいコンデンサでは通常、誘電体フィルムの表面に堆積された金属箔または金属フィルム層を使用してプレートを作成し、含浸紙またはプラスチックの誘電体フィルムを使用します。これらは、スペースを節約するために巻かれます。長いプレートの直列抵抗とインダクタンスを減らすために、プレートと誘電体は、プレートを構成する箔または金属化フィルムストリップの端ではなく、巻かれたプレートの共通エッジで接続されるように交互に配置されます。

誘電体への水分の侵入を防ぐため、アセンブリはケースに収められています。初期の無線機器では、ワックスで密封された段ボール製の筒が使用されていました。現代の紙製またはフィルム製の誘電体コンデンサは、硬質熱可塑性樹脂に浸されています。高電圧用の大型コンデンサでは、ロール状のコンデンサを圧縮して長方形の金属ケースに収め、接続用のボルト締め端子とブッシングを備えたものもあります。大型コンデンサの誘電体には、特性を向上させるために液体が含浸されていることがよくあります。

コンデンサの接続リード線は、軸方向や放射状など、様々な配置で配置されています。「軸方向」とは、リード線が共通軸（通常はコンデンサの円筒形本体の軸）上にあり、両端からリード線が伸びていることを意味します。放射状リード線は本体の円周の半径に沿って並んでいることは稀なので、慣例的にこの用語が使用されています。リード線は（曲げられるまでは）通常、コンデンサの平面状の本体と平行な平面上にあり、同じ方向に伸びています。製造時には、リード線は多くの場合平行になっています。

小型で安価な円板状セラミックコンデンサは1930年代から存在し、現在でも広く使用されています。1980年代以降、コンデンサ用の表面実装パッケージが広く使用されるようになりました。これらのパッケージは非常に小型で接続リードがないため、プリント基板の表面に直接はんだ付けすることができます。表面実装部品は、リードによる望ましくない高周波効果を回避し、自動組立を簡素化しますが、サイズが小さいため手作業での取り扱いは困難です。

機械制御式可変コンデンサは、例えば可動プレートを回転またはスライドさせて固定プレートと一列に並べるなど、プレート間隔の調整が可能です。低コストの可変コンデンサは、アルミニウムとプラスチックの層を交互に重ね、ネジで締め付けて固定します。静電容量の電気的制御は、バラクタ（またはバリキャップ）によって実現されます。バラクタは逆バイアスされた半導体ダイオードで、印加電圧に応じて空乏層の幅が変化します。位相同期回路（PLL）などの用途に使用されます。

コンデンサのマーキング

大型部品のマーキングコード

ほとんどのコンデンサには、電気的特性を示すために本体に表示が印刷されています。電解コンデンサなどの大型コンデンサでは、通常、220 μFのように明確な単位付きの静電容量値が表示されます。

印刷上の理由から、一部のメーカーはコンデンサにマイクロファラッド（μF）を示すためにMFと印刷しています。 ^[72]

小型コンデンサの3文字/4文字マーキングコード

セラミックコンデンサなどの小型コンデンサでは、3桁の数字と任意の文字からなる略記法が用いられることが多い。数字（XYZ ）はピコファラッド（pF）単位の静電容量（ XY × 10 ^Z）を表し、文字は許容差を表す。一般的な許容差は±5%、±10%、±20%で、それぞれJ、K、Mで表される。

コンデンサには、動作電圧、温度、その他の関連特性を示すラベルが付けられることもあります。

例: 473K 330Vとラベルまたは指定されているコンデンサの静電容量は47 × 10 ³ pF = 47 nF (±10%)、最大動作電圧は 330 V です。コンデンサの動作電圧は、通常、誘電体層を破壊する過度のリスクなしにコンデンサに適用できる最大電圧です。

小型コンデンサの2文字マーキングコード

E3、E6、E12 、またはE24シリーズの推奨値に従う静電容量については、旧ANSI/EIA-198-D:1991、ANSI/EIA-198-1-E:1998、ANSI/EIA-198-1-F:2002、およびIEC 60062の修正版IEC 60062:2016/AMD1:2019において、上記の3/4文字コードを印刷するスペースがない非常に小型の部品用コンデンサに対して、特別な2文字のマーキングコードが定義されている。このコードは、値の有効2桁を表す大文字と、それに続く乗数を表す数字で構成される。EIA規格では、E24にはない数値を指定するために、小文字の英字も定義されている。^[73]

コード	シリーズ	桁
手紙^{[注 1]}	E24	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8
あ	1.0	0.10 pF	1.0 pF	10 pF	100 pF	1.0 nF	10nF	100nF	1.0μF	10μF	100μF
B	1.1	0.11 pF	1.1 pF	11 pF	110 pF	1.1 nF	11nF	110nF	1.1μF	11μF	110μF
C	1.2	0.12 pF	1.2 pF	12 pF	120 pF	1.2 nF	12nF	120nF	1.2μF	12μF	120μF
D	1.3	0.13 pF	1.3 pF	13 pF	130 pF	1.3 nF	13nF	130nF	1.3μF	13μF	130μF
E	1.5	0.15 pF	1.5 pF	15 pF	150 pF	1.5nF	15nF	150nF	1.5μF	15μF	150μF
F	1.6	0.16 pF	1.6 pF	16 pF	160 pF	1.6nF	16nF	160nF	1.6μF	16μF	160μF
G	1.8	0.18 pF	1.8 pF	18 pF	180 pF	1.8nF	18nF	180nF	1.8μF	18μF	180μF
H	2.0	0.20 pF	2.0 pF	20 pF	200 pF	2.0nF	20nF	200nF	2.0μF	20μF	200μF
J	2.2	0.22 pF	2.2 pF	22 pF	220 pF	2.2 nF	22nF	220nF	2.2μF	22μF	220μF
K	2.4	0.24 pF	2.4 pF	24 pF	240 pF	2.4nF	24nF	240nF	2.4μF	24μF	240μF
L	2.7	0.27 pF	2.7 pF	27 pF	270 pF	2.7nF	27nF	270nF	2.7μF	27μF	270μF
M	3.0	0.30 pF	3.0 pF	30 pF	300 pF	3.0 nF	30nF	300nF	3.0μF	30μF	300μF
北	3.3	0.33 pF	3.3 pF	33 pF	330 pF	3.3 nF	33nF	330 nF	3.3μF	33μF	330μF
P	3.6	0.36 pF	3.6 pF	36 pF	360 pF	3.6 nF	36nF	360nF	3.6μF	36μF	360μF
質問	3.9	0.39 pF	3.9 pF	39 pF	390 pF	3.9 nF	39nF	390 nF	3.9μF	39μF	390μF
R	4.3	0.43 pF	4.3 pF	43 pF	430 pF	4.3nF	43nF	430nF	4.3μF	43μF	430μF
S	4.7	0.47 pF	4.7 pF	47 pF	470 pF	4.7nF	47nF	470nF	4.7μF	47μF	470μF
T	5.1	0.51 pF	5.1 pF	51 pF	510 pF	5.1 nF	51nF	510nF	5.1μF	51μF	510μF
あなた	5.6	0.56 pF	5.6 pF	56 pF	560 pF	5.6 nF	56nF	560 nF	5.6μF	56μF	560μF
V	6.2	0.62 pF	6.2 pF	62 pF	620 pF	6.2 nF	62nF	620 nF	6.2μF	62μF	620μF
W	6.8	0.68 pF	6.8 pF	68 pF	680 pF	6.8 nF	68nF	680 nF	6.8μF	68μF	680μF
X	7.5	0.75 pF	7.5 pF	75 pF	750 pF	7.5nF	75nF	750nF	7.5μF	75μF	750μF
はい	8.2	0.82 pF	8.2 pF	82 pF	820 pF	8.2 nF	82nF	820 nF	8.2μF	82μF	820μF
Z	9.1	0.91 pF	9.1 pF	91 pF	910 pF	9.1 nF	91nF	910 nF	9.1μF	91μF	910μF

コード	シリーズ	桁
手紙	環境影響評価	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8
1つの	2.5	0.25 pF	2.5 pF	25 pF	250 pF	2.5nF	25nF	250nF	2.5μF	25μF	250μF
b? ^[74]	3.0？^[74]	0.30 pF	3.0 pF	30 pF	300 pF	3.0 nF	30nF	300nF	3.0μF	30μF	300μF
b? ^[73] /c? ^[74]	3.5	0.35 pF	3.5 pF	35 pF	350 pF	3.5 nF	35nF	350nF	3.5μF	35μF	350μF
d	4.0	0.40 pF	4.0 pF	40 pF	400 pF	4.0nF	40nF	400nF	4.0μF	40μF	400μF
e	4.5	0.45 pF	4.5 pF	45 pF	450 pF	4.5nF	45nF	450nF	4.5μF	45μF	450μF
f	5.0	0.50 pF	5.0 pF	50 pF	500 pF	5.0 nF	50nF	500nF	5.0μF	50μF	500μF
メートル	6.0	0.60 pF	6.0 pF	60 pF	600 pF	6.0 nF	60nF	600nF	6.0μF	60μF	600μF
n	7.0	0.70 pF	7.0 pF	70 pF	700 pF	7.0 nF	70nF	700nF	7.0μF	70μF	700μF
t	8.0	0.80 pF	8.0 pF	80 pF	800 pF	8.0 nF	80nF	800nF	8.0μF	80μF	800μF
グラム	9.0	0.90 pF	9.0 pF	90 pF	900 pF	9.0nF	90nF	900nF	9.0μF	90μF	900μF

RKMコード

IEC 60062およびBS 1852に準拠したRKMコードは、回路図においてコンデンサの容量を表す表記法です。小数点記号を使用せず、その小数点記号を特定の容量を表すSI接頭辞記号（および質量1を表す文字F）に置き換えます。このコードは部品のマーキングにも使用されます。例：4.7nFの場合は4n7、2.2Fの場合は2F2。

歴史的

1960年代以前の文献や、最近まで一部のコンデンサパッケージでは、^[18]電子書籍、^[75]雑誌、電子機器カタログなどにおいて、廃止された静電容量単位が使用されていました。^[76]旧単位「mfd」および「mf」はマイクロファラッド（μF）を意味し、「mmfd」、「mmf」、「uuf」、「μμf」、「pfd」はピコファラッド（pF）を意味していましたが、現在ではほとんど使用されていません。^{[77]また、「マイクロマイクロファラッド」または「マイクロマイクロファラッド」も廃止された単位で、古い文献には}ピコファラッド（pF）と同等のものとして記載されています。^[75]

廃止された静電容量単位の概要: (大文字/小文字の違いは示されていません)

μF（マイクロファラッド） = mf、mfd
pF（ピコファラッド）= mmf、mmfd、pfd、μμF

アプリケーション

エネルギー貯蔵

コンデンサは充電回路から切り離された状態でも電気エネルギーを蓄えることができるため、一時的なバッテリーのように、あるいは他の充電式エネルギー貯蔵システムのように使用することができます。^[78]コンデンサは電子機器において、バッテリー交換中に電力供給を維持するために一般的に使用されています。（これにより、揮発性メモリ内の情報の損失を防ぎます。）

コンデンサは荷電粒子の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、蓄えることができます。^[79]

蓄電デバイスとしてのコンデンサと電池の間には、トレードオフの関係があります。外部抵抗やインダクタが不要なため、コンデンサは電池に比べて非常に短時間で蓄電エネルギーを放出できます。一方、電池はサイズ当たりの電荷量をはるかに多く蓄えることができます。従来のコンデンサは1kgあたり360ジュール未満の比エネルギーしか供給できませんが、従来のアルカリ電池の密度は590kJ/kgです。中間的な解決策として、スーパーキャパシタがあります。スーパーキャパシタは電池よりもはるかに高速に電荷を受電・放出でき、充電式電池よりもはるかに多くの充放電サイクルに耐えることができます。しかし、一定の電荷量を得るには、従来の電池の10倍の大きさが必要です。一方、薄膜コンデンサの誘電体層に蓄えられる電荷量は、電極に蓄えられる電荷量と同等、あるいはそれを上回ることさえあることが示されています。^[80]

カーオーディオシステムでは、アンプが必要に応じて使用できるよう、大容量のコンデンサがエネルギーを蓄えます。また、フラッシュ管では、高電圧を保持するためにコンデンサが使われます。

デジタルメモリ

1930年代、ジョン・アタナソフはコンデンサのエネルギー貯蔵の原理を応用し、電子管を論理演算に使用した最初のバイナリコンピュータ用のダイナミックデジタルメモリを構築しました。^[81]

パルス電力と兵器

パルスパワーは、多くの用途において、ある量のエネルギー（ジュール）を非常に短時間に放出することで、その量のエネルギーの電力強度（ワット）を高めるために用いられています。ナノ秒単位のパルスからギガワット単位の電力まで実現可能です。短いパルスには、多くの場合、特別に設計された低インダクタンス・高電圧のコンデンサが必要となり、これらのコンデンサは、多くのパルスパワー用途に巨大な電流パルスを供給するために、大規模なグループ（コンデンサバンク）で使用されることがよくあります。これらの用途には、電磁成形、マルクス発生器、パルスレーザー（特にTEAレーザー）、パルス成形ネットワーク、レーダー、核融合研究、粒子加速器などがあります。^[82]

大型コンデンサバンク（リザーバー）は、核兵器やその他の特殊兵器における爆発式ブリッジワイヤ起爆装置やスラッパー起爆装置のエネルギー源として使用されています。コンデンサバンクを電磁装甲、電磁レールガン、電磁コイルガンの電源として使用する実験作業が進行中です。

電力調整

蓄電コンデンサは、電源において全波整流器または半波整流器の出力を平滑化するために使用されます。また、チャージポンプ回路において、入力電圧よりも高い電圧を生成するためのエネルギー貯蔵素子としても使用できます。

コンデンサは、ほとんどの電子機器や大規模システム（工場など）の電源回路に並列に接続され、主電源からの電流変動を遮断・隠蔽することで、信号回路や制御回路に「クリーン」な電源を供給します。例えば、オーディオ機器では、複数のコンデンサを並列に接続することで、電源ラインのハムノイズが信号回路に入る前に遮断します。コンデンサはDC電源のローカルリザーブとして機能し、電源からのAC電流をバイパスします。これはカーオーディオ用途で、補強コンデンサが鉛蓄電池へのリード線のインダクタンスと抵抗を補償する際に使用されます。

力率改善

電力配電において、コンデンサは力率改善に使用されます。このようなコンデンサは、多くの場合、3つのコンデンサが三相負荷として接続された形で提供されます。通常、これらのコンデンサの値はファラッドではなく、無効電力（Var）で表されます。その目的は、電動モーターや送電線などの機器からの誘導負荷を打ち消し、負荷をほぼ抵抗負荷のように見せることです。個々のモーターやランプ負荷には力率改善用のコンデンサが取り付けられている場合もあれば、建物内の負荷センターや大規模な変電所に、より大規模なコンデンサセット（通常は自動開閉装置付き）が設置されている場合もあります。

抑制と結合

信号結合

コンデンサは（印加されたDC電圧まで充電されると）交流信号を通過させ、直流信号を遮断するため、信号の交流成分と直流成分を分離するためによく使用されます。この方法はAC結合または「容量結合」と呼ばれます。この場合、容量値を正確に制御する必要はないものの、信号周波数におけるリアクタンスが小さい大きな容量値が用いられます。

デカップリング

デカップリングコンデンサは、回路の一部を他の部分の影響から保護するために使用されるコンデンサです。例えば、ノイズや過渡現象を抑制するために使用されます。他の回路要素によって発生したノイズはコンデンサを介して分流され、回路の他の部分への影響を低減します。最も一般的には、電源とグランドの間に使用されます。電源や回路内の他の高インピーダンス部品をバイパスするために使用されるため、バイパスコンデンサとも呼ばれます。

デカップリングコンデンサは必ずしも個別の部品である必要はありません。これらの用途で使用されるコンデンサは、プリント回路基板内の各層の間に組み込むことができます。これらはしばしば埋め込みコンデンサと呼ばれます。^[83]基板内の容量特性に寄与する層は、電源プレーンとグランドプレーンとしても機能し、その間に誘電体が存在するため、平行板コンデンサとして動作します。

ハイパスフィルタとローパスフィルタ

ノイズ抑制、スパイク、スナバ

誘導回路が開くと、インダクタンスを流れる電流が急激に減少し、スイッチまたはリレーの開回路全体に大きな電圧が発生します。インダクタンスが十分に大きい場合、エネルギーによって火花が発生し、接点が酸化、劣化、または場合によっては溶着したり、ソリッドステートスイッチが破壊されたりする可能性があります。新しく開いた回路の両端にスナバコンデンサを接続すると、このインパルスが接点を迂回する経路が作成され、接点の寿命が延長されます。これは、たとえば接点ブレーカーの点火システムでよく見られました。同様に、小規模回路では、火花はスイッチを損傷するほどではありませんが、望ましくない無線周波数干渉（RFI）を放射する可能性があります。これはフィルタコンデンサによって吸収されます。スナバコンデンサは通常、エネルギーを消散させてRFIを最小限に抑えるために、小さな値の抵抗器と直列に使用されます。このような抵抗器とコンデンサの組み合わせは、1つのパッケージで提供されています。

高圧遮断器の遮断ユニットと並列にコンデンサが接続され、これらのユニット間で電圧を均等に分配します。これらは「グレーディングコンデンサ」と呼ばれます。

回路図では、主に直流電荷の蓄積に使用されるコンデンサは、多くの場合、垂直方向に描かれ、下側の負極側のプレートは円弧状に描かれます。極性がある場合は、まっすぐなプレートが正極側を示します（電解コンデンサを参照）。

モータースターター

単相かご形モータでは、モータハウジング内の一次巻線はロータの回転を開始させることはできませんが、回転を維持することは可能です。モータを始動させるために、二次側の「始動」巻線には、正弦波電流に進みを発生させるための無極性始動コンデンサが直列に接続されています。二次側（始動）巻線を一次側（運転）巻線に対して斜めに配置すると、回転電界が生成されます。回転電界の力は一定ではありませんが、ロータの回転を開始するには十分です。ロータが動作速度に近づくと、遠心スイッチ（または主巻線に直列に接続された電流感応リレー）がコンデンサを切断します。始動コンデンサは通常、モータハウジングの側面に取り付けられています。これらはコンデンサ始動モータと呼ばれ、比較的高い始動トルクを有します。通常、分相モータの最大4倍の始動トルクを持つことができ、コンプレッサー、高圧洗浄機、および高い始動トルクを必要とする小型機器などの用途に使用されます。

コンデンサ駆動型誘導モータは、二次巻線に直列に接続された位相シフトコンデンサを備えています。このモータは、二相誘導モータによく似ています。

モーター始動用コンデンサは通常、非極性電解タイプですが、運転用コンデンサは従来の紙またはプラスチックフィルム誘電体タイプです。

信号処理

コンデンサに蓄えられたエネルギーは、DRAMのようにバイナリ形式でも、アナログサンプリングフィルタやCCDのようにアナログ形式でも、情報を表現するために使用できます。コンデンサは、アナログ回路において積分器やより複雑なフィルタの構成要素として、また負帰還ループの安定化にも使用されます。信号処理回路でも、電流信号を積分するためにコンデンサが使用されます。

同調回路

コンデンサとインダクタは、特定の周波数帯域の情報を選択するために、同調回路に組み合わされています。例えば、ラジオ受信機は放送局の周波数を調整するために可変コンデンサを使用しています。スピーカーはパッシブアナログクロスオーバーを使用し、アナログイコライザーはコンデンサを使用して異なるオーディオ帯域を選択します。

同調回路の共振周波数 f は、直列のインダクタンス ( L ) と静電容量 ( C ) の関数であり、次のように表されます。ここで、 $L$ の単位はヘンリー、 $C の$ 単位はファラドです。 $f={\frac {1}{2\pi {\sqrt {LC}}}}$

センシング

ほとんどのコンデンサは、固定された物理的構造を維持するように設計されています。しかし、様々な要因によってコンデンサの構造が変化する可能性があり、その結果生じる静電容量の変化を利用してそれらの要因を検知することができます。

誘電体の変更: 誘電体の特性変化による効果は、センシング用途に利用できます。例えば、露出した多孔質誘電体を持つコンデンサは、空気中の湿度を測定するために使用できます。コンデンサは飛行機の燃料レベルを正確に測定するために使用されています。燃料が一対の極板を覆う量が増えるほど、回路の静電容量が増加します。誘電体を圧縮すると、コンデンサの圧力が数十バールで変化し、圧力センサーとして使用できます。^[84]特定のポリマー誘電体コンデンサ（ただし、それ以外は標準的なもの）は、適合するガスまたは液体に浸漬すると、数百バールまでの非常に低コストの圧力センサーとして有効に機能します。
プレート間の距離を変える: フレキシブルプレートを備えたコンデンサは、ひずみや圧力の測定に使用できます。プロセス制御に使用される工業用圧力トランスミッタは、発振回路のコンデンサプレートを形成する圧力検知ダイヤフラムを使用します。コンデンサはコンデンサマイクロフォンのセンサーとして使用され、一方のプレートは、もう一方のプレートの固定位置に対して空気圧によって移動します。一部の加速度計は、チップ上にエッチングされた MEMSコンデンサを使用して、加速度ベクトルの大きさと方向を測定します。これらは、加速度の変化の検出、傾斜センサー、自由落下の検出、エアバッグ展開をトリガーするセンサーなど、多くの用途に使用されます。一部の指紋センサーはコンデンサを使用しています。さらに、手を動かすことで、ユーザーの手とアンテナ間の有効静電容量が変化するため、テルミン楽器の音程を調整できます。
プレートの有効面積の変更: 静電容量式タッチスイッチは、多くの民生用電子製品に使用されています。

発振器

コンデンサは発振回路においてバネのような特性を持つことがあります。画像の例では、コンデンサはNPNトランジスタのベースバイアス電圧に影響を与える役割を果たしています。分圧抵抗の抵抗値とコンデンサの静電容量値の組み合わせによって、発振周波数が制御されます。

光を生み出す

発光コンデンサは、リン光を利用して光を生成する誘電体で作られています。導電板の1つを透明材料で作ると、光は目に見えるようになります。発光コンデンサは、ノートパソコンのバックライトなどの用途のエレクトロルミネッセンスパネルの構造に使用されます。この場合、パネル全体が光を生成するためのコンデンサとなります。

危険と安全

コンデンサの危険性は、通常、蓄えられるエネルギー量によって決まり、電気火傷や心房細動を引き起こす可能性があります。電圧や筐体材質といった要因は二次的な考慮事項であり、損傷の程度よりもショックの発生しやすさに大きく関係しています。^[55] 通常は火傷を負いませんが、表面の導電性、既往症、空気の湿度、あるいは体内を伝わる経路など、特定の条件下では、1ジュール程度の低エネルギーショックでも死に至るケースが報告されています（つまり、体幹、特に心臓を伝わるショックは、四肢に限局するショックよりも危険です）。10ジュールを超えるショックは一般的に皮膚に損傷を与えるため、危険とみなされます。50ジュール以上を蓄えられるコンデンサは、潜在的に致命的であると考えられています。^[85]^[55]

コンデンサは、回路から電源を切った後も長時間電荷を保持することがあります。この電荷は、危険な、あるいは致命的なショックを引き起こしたり、接続された機器に損傷を与えたりする可能性があります。例えば、使い捨てカメラのフラッシュには、15ジュール以上のエネルギーを蓄え、300ボルト以上に充電される可能性のあるフラッシュコンデンサが搭載されています。電子機器のサービス手順には通常、大型または高電圧のコンデンサを放電するための指示が含まれています。大型コンデンサには、電源を切った後数秒以内に蓄積されたエネルギーを安全なレベルまで放散するための放電抵抗が内蔵されている場合があります。高電圧コンデンサは、誘電吸収による潜在的に危険な電圧、または静電気や気象現象によってコンデンサが拾う可能性のある過渡電圧から保護するため、端子を短絡した状態で保管されます。^[55]

古い大型のオイル封入紙コンデンサやプラスチックフィルムコンデンサの中には、ポリ塩化ビフェニル（PCB）が含まれているものがあり、埋立地から地下水に流出する可能性があります。PCBを含むコンデンサには、「アスカレル」などの商品名でラベルが貼られていました。PCB封入紙コンデンサは、1975年以前の蛍光灯安定器などに使用されています。このようなコンデンサは、セラミック製の貫通型コネクタを備えた金属缶に封入されている場合があります。

コンデンサは、定格を超える電圧や電流がかかったり、有極性コンデンサの場合は逆極性が印加されたりすると、壊滅的な故障を起こす可能性があります。故障によりアークが発生し、誘電液が加熱・蒸発して加圧ガスが蓄積し、膨張、破裂、爆発を引き起こす可能性があります。大型コンデンサには、故障時に圧力を逃がすための通気口などの機構が付いている場合があります。RFまたは持続的な高電流用途で使用されるコンデンサは、特にコンデンサロールの中央部が過熱する可能性があります。高エネルギーコンデンサバンク内で使用されるコンデンサは、1 つのコンデンサの短絡によってバンクの残りの部分に蓄積されたエネルギーが故障したユニットに突然放出され、激しく爆発する可能性があります。高電圧真空コンデンサは、通常動作中でも軟 X 線を発生する可能性があります。適切な封じ込め、ヒューズの設置、予防保守を行うことで、これらの危険を最小限に抑えることができます。

高電圧コンデンサは、高電圧直流（HVDC）回路の電源投入時に突入電流を制限するために、プリチャージを行うことで効果を発揮する場合があります。これにより、部品の寿命が延び、高電圧による危険が軽減される可能性があります。

膨張した電解コンデンサ。上部の通気孔は、故障時に蓄積した加圧ガスを放出し、爆発を防ぎます。
除細動器のこの高エネルギーコンデンサには、安全のために端子間に抵抗器が接続されており、蓄積されたエネルギーを消散させます。
紙や金属箔の破片が見える、爆発した電解コンデンサ

参照

注記

^ 実際のコンデンサのほとんどは、プレート間の抵抗性誘電体層を通過する小さな誘電体漏れ電流を持っています。

^ 読み取りエラーのリスクを減らすために、文字Iおよびは、Oそのグリフが他の文字や数字と似ているため使用されません。

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外部リンク

最初のコンデンサー - ビールグラス - SparkMuseum
コンデンサの仕組み – Howstuffworks
コンデンサチュートリアル

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v t e デジタルエレクトロニクス
コンポーネント	トランジスタ抵抗器インダクタコンデンサプリンテッドエレクトロニクスプリント基板電子回路フリップフロップメモリセル組み合わせ論理シーケンシャルロジック論理ゲートブール回路集積回路（IC）ハイブリッド集積回路（HIC）ミックスドシグナル集積回路三次元集積回路（3D IC）エミッタ結合ロジック（ECL）消去可能なプログラマブルロジックデバイス（EPLD）マクロセルアレイプログラマブルロジックアレイ（PLA）プログラマブルロジックデバイス（PLD）プログラマブルアレイロジック（PAL）汎用アレイロジック（GAL）複合プログラマブルロジックデバイス（CPLD）フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）フィールドプログラマブルオブジェクトアレイ（FPOA）特定用途向け集積回路（ASIC）テンソルプロセッシングユニット（TPU）
理論	デジタル信号ブール代数論理合成コンピュータサイエンスにおける論理コンピュータアーキテクチャデジタル信号デジタル信号処理回路の最小化スイッチング回路理論ゲート相当
デザイン	論理合成場所とルート配置ルーティングトランザクションレベルのモデリングレジスタ転送レベルハードウェア記述言語高位合成形式的な等価性検証同期ロジック非同期ロジック有限状態機械階層型ステートマシン
アプリケーション	コンピューターハードウェアハードウェアアクセラレーションデジタルオーディオ無線デジタル写真デジタル電話デジタルビデオ映画撮影テレビ電子文学
設計上の問題	準安定性ラントパルス

権限管理データベース
国際的	GND
全国	アメリカ合衆国フランス BnFデータ日本チェコ共和国イスラエル
他の	イェール・ラックス

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デザイン	論理合成場所とルート配置ルーティングトランザクションレベルのモデリングレジスタ転送レベルハードウェア記述言語高位合成形式的な等価性検証同期ロジック非同期ロジック有限状態機械階層型ステートマシン
アプリケーション	コンピューターハードウェアハードウェアアクセラレーションデジタルオーディオ無線デジタル写真デジタル電話デジタルビデオ映画撮影テレビ電子文学
設計上の問題	準安定性ラントパルス

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