コンデンサの種類

従来のコンデンサは、2枚の電極板間の電界における電荷分離によって、静電気として電気エネルギーを蓄積します。電荷キャリアは通常、電子です。単位電圧あたりに蓄積される電荷​​量は、基本的に電極板のサイズ、電極板の材質特性、電極板間に配置された誘電体材料の特性、および電極間の距離（すなわち誘電体の厚さ）によって決まります。電極板間の電位差は、誘電体材料の特性と電極間の距離によって制限されます。

フィードスルーコンデンサなどの特殊なタイプを除き、従来の工業用コンデンサのほぼすべては、電極と誘電体が巻線または圧延されている場合でも、「プレートコンデンサ」として構成されています。プレートコンデンサの静電容量Cは

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

静電容量は、電極板の面積Aと誘電体材料の誘電率εに比例して増加し、電極板間の距離dに比例して減少する。したがって、誘電率が高く、電極板の面積が大きく、電極板間の距離が小さい材料で作られたデバイスでは、静電容量が最大となる。

もう1つのタイプである 電気化学キャパシタ は、電気エネルギーを蓄えるために2つの異なる蓄電原理を利用します。セラミックキャパシタ、フィルムキャパシタ、電解キャパシタとは異なり、スーパーキャパシタ（電気二重層キャパシタ（EDLC）またはウルトラキャパシタとも呼ばれる）は従来の誘電体を持っていません。電気化学キャパシタの静電容量値は、2つの高容量蓄電原理によって決まります。これらの原理は次のとおりです。

• 電極表面と電解質との間の相界面に生じるヘルムホルツ二重層内での静電蓄積（二重層容量）；
• 電気化学的蓄電は、酸化還元反応を伴う特定の吸着イオンによるファラデー電子電荷移動（擬似容量）によって実現される。電池とは異なり、これらの反応では、イオンは化学結合の形成や切断を起こさずに電極の原子構造に付着するだけであり、充放電に伴う化学的変化は皆無、あるいはごくわずかである。

各原理から得られる蓄電量の比率は、電極設計や電解質組成によって大きく変化する可能性があります。擬似容量は、二重層単独の場合よりも容量値を最大で1桁増加させることができます。^{[ 1 ]}

コンデンサは、容量が一定の固定容量コンデンサと可変コンデンサの2つの機械的グループに分けられます。可変コンデンサは、回路校正時のみ調整されるトリマーとして、または電子機器の動作中に調整可能なデバイスとして製造されます。

最も一般的なグループは固定コンデンサです。多くは誘電体の種類に基づいて命名されています。しかし、体系的な分類にはこれらの特性は使えません。なぜなら、最も古いコンデンサの一つである電解コンデンサは、陰極の構造に基づいて命名されているからです。したがって、最もよく使われる名称は単に歴史的な由来によるものです。

最も一般的なコンデンサの種類は以下のとおりです。

• セラミックコンデンサはセラミック誘電体を使用している。
• フィルムコンデンサと紙コンデンサは、その誘電体にちなんで名付けられている。
• アルミニウム、タンタル、ニオブの電解コンデンサは、陽極として使用される材料と陰極（電解質）の構造にちなんで名付けられています。
• ポリマーコンデンサは、導電性ポリマーを電解質として用いた、アルミニウム、タンタル、またはニオブの電解コンデンサである。
• スーパーキャパシタとは、以下のものの別名です。
  • 二重層コンデンサという名称は、ヘルムホルツ二重層という物理現象に由来する。
  • 擬似キャパシタは、可逆的なファラデー電荷移動によって電気化学的に電気エネルギーを蓄積する能力があることからその名が付けられました。
  • ハイブリッドコンデンサは、二重層コンデンサと擬似コンデンサを組み合わせることで、電力密度を高める。
• 銀雲母コンデンサ、ガラスコンデンサ、シリコンコンデンサ、エアギャップコンデンサ、真空コンデンサは、その誘電体にちなんで命名されている。

上記に示したコンデンサの種類は、歴史的な発展に由来する名称を持つものですが、用途に基づいて命名されたコンデンサも数多く存在します。それらには以下のようなものがあります。

• 電力コンデンサ、モーターコンデンサ、DCリンクコンデンサ、サプレッションコンデンサ、オーディオクロスオーバーコンデンサ、照明バラストコンデンサ、スナバコンデンサ、カップリングコンデンサ、デカップリングコンデンサ、バイパスコンデンサ。

これらの用途では、多くの場合、複数の種類のコンデンサが使用されます。たとえば、干渉抑制にはセラミックコンデンサやフィルムコンデンサを使用できます。

その他の種類のコンデンサについては、「特殊コンデンサ」のセクションで説明します。

最も一般的な誘電体は以下のとおりです。

• セラミックス
• プラスチックフィルム
• 金属（アルミニウム、タンタル、ニオブ）上の酸化層
• 雲母、ガラス、紙、空気、SF6、_真空などの天然素材

それらはすべて、2つの（平行な）電極間の電場内に静電気を蓄積する。

これらの従来のコンデンサの下位に位置するのが、スーパーキャパシタと呼ばれる電気化学コンデンサの一種である。スーパーキャパシタは従来の誘電体を持たない。電気電荷は、ヘルムホルツ二重層に静的に蓄積され、電極表面ではファラデー反応によって蓄積される。

• 二重層コンデンサの静的二重層容量と
• 擬似キャパシタにおける擬似容量（ファラデー電荷移動）
• あるいは、両方の蓄電原理を組み合わせたハイブリッドコンデンサ。

使用される各種誘電体の最も重要な材料パラメータと、おおよそのヘルムホルツ層の厚さを以下の表に示す。

コンデンサの電極板面積は、所望の静電容量値に合わせて調整できます。誘電率と誘電体層の厚さは、コンデンサの特性を決定する重要なパラメータです。加工の容易さも重要です。薄くて機械的に柔軟なシートは、容易に巻き付けたり積み重ねたりできるため、高静電容量の大型設計が可能になります。一方、金属電極で覆われた極薄の金属化焼結セラミック層は、SMD方式の回路の小型化に最適な条件を提供します。

上記の表の数値は、いくつかの単純な事実を説明するものです。

• スーパーキャパシタは、その特殊な電荷蓄積原理により、最も高い静電容量密度を持つ。
• 電解コンデンサは、スーパーキャパシタに比べて静電容量密度は低いものの、誘電体が薄いため、従来のコンデンサの中では最も高い静電容量密度を持つ。
• セラミックコンデンサのクラス2は、誘電率が高いため、同じ条件下ではクラス1のコンデンサよりも高い静電容量値を示す。
• フィルムコンデンサは、使用されるプラスチックフィルム材料が異なるため、同じ静電容量／電圧値であっても、寸法にわずかなばらつきが生じる。これは、フィルム材料によって誘電体フィルムの最小厚さが異なるためである。

静電容量はピコファラドから数百ファラド以上まで幅広く、定格電圧は100キロボルトに達することもあります。一般的に、静電容量と電圧は物理的なサイズとコストに相関関係があります。

電子機器の他の分野と同様に、体積効率は単位体積あたりの電子機能の性能を測定する指標です。コンデンサの場合、体積効率は「CV積」で測定され、これは静電容量（C）に最大定格電圧（V）を乗じ、体積で割ることによって算出されます。1970年から2005年にかけて、体積効率は劇的に向上しました。

• コンデンサの小型化
• 
  電信線におけるノイズ分離（遮断）のために1923年に開発された積層紙コンデンサ。
• 
  1930年代初頭の巻線式金属化紙コンデンサ。硬質紙ケース入り。静電容量値はcgs単位系で「cm」で表記。5,000cm は0.0056μFに相当 。
• 
  折り畳み式湿式ア​​ルミ電解コンデンサ、ベルシステム社製、1929年。折り畳まれた陽極を正面から見た図。陽極は、液体電解質で満たされた四角いハウジング（図示せず）に取り付けられていた。
• 
  1930年代のラジオから取り出した、紙製の筐体にタールで密封された、 8μF  、 525Vの巻線式湿式アルミ電解コンデンサ2個。 

これらの個々のコンデンサは、上述のコンデンサの種類に所属することなく、それぞれの用途において独立した性能を発揮できるため、異なる種類のコンデンサ間で用途が重複する範囲が存在する。

セラミックコンデンサは、セラミックと金属の2層以上を交互に積層した無極性の固定コンデンサであり、セラミック材料が誘電体として、金属が電極として機能します。セラミック材料は、常誘電体または強誘電体の微粉末を混合し、コンデンサの所望の特性を実現するために必要な混合酸化物で改質したものです。セラミック材料の電気的挙動は、2つの安定性クラスに分類されます。

1. 共振回路用途において温度の影響を補償する、高安定性かつ低損失のクラス1セラミックコンデンサ。一般的なEIA / IECコードの略称は、C0G /NP0、P2G/N150、R2G/N220、U2J/N750などです。
2. バッファ、バイパス、カップリング用途向けの高体積効率のクラス2セラミックコンデンサ。一般的なEIA/IECコードの略語は、X7R/2XI、Z5U/E26、Y5V/2F4、X7S/2C1などです。

セラミック原料の可塑性は、多くの特殊用途に適しており、セラミックコンデンサの多様な形状、スタイル、寸法を実現可能にします。例えば、最小の個別コンデンサは、わずか0.4mm  ×0.2mmの「01005」チップコンデンサです 。

主に交互に積層された層で構成されるセラミック多層コンデンサは、並列接続された単一のコンデンサとして機能します。この構成により、静電容量が増加し、損失と寄生インダクタンスが減少します。セラミックコンデンサは、高周波および大電流パルス負荷に適しています。

セラミック誘電体層の厚さは、所望の適用電圧に応じて容易に制御・製造できるため、定格電圧が30kVまでのセラミックコンデンサが入手可能である 。

特殊な形状やスタイルのセラミックコンデンサは、電源への接続用の RFI/EMI 抑制コンデンサ（安全コンデンサとも呼ばれる）^{[ 8 ]} 、バイパスおよびデカップリング用途の X2Y および 3 端子コンデンサ^{[ 9 ] [ 10 ]} 、ローパスフィルタによるノイズ抑制用のフィードスルーコンデンサ^{[ 11 ]} 、送信機および HF 用途のセラミック電力コンデンサ^{[ 12 ] [ 13 ]}など、特殊な用途のコンデンサとして使用されています。

• 多様な種類のセラミックコンデンサ
• 
  SMD実装用多層セラミックコンデンサ（MLCCチップ）
• 
  セラミックX2Yデカップリングコンデンサ
• 
  電源接続用セラミックEMI抑制コンデンサ（安全コンデンサ）
• 
  高電圧セラミック電力コンデンサ

フィルムコンデンサ、またはプラスチックフィルムコンデンサは、絶縁性プラスチックフィルムを誘電体とする無極性コンデンサです。誘電体フィルムは薄い層に引き伸ばされ、金属電極が設けられ、円筒状に巻かれます。フィルムコンデンサの電極は、プラスチックフィルムの片面または両面に金属メッキされたアルミニウムまたは亜鉛を用いることができ、これにより金属メッキフィルムコンデンサが作られます。また、フィルムの上に別の金属箔を重ねたフィルム/箔コンデンサもあります。

金属化フィルムコンデンサは自己修復特性を備えています。誘電破壊や電極間の短絡が発生しても、部品が破損することはありません。金属化構造により、 フィルム／箔構造よりも小型の筐体で、より大きな静電容量値（最大100μF以上）を持つ巻線コンデンサを製造することが可能です。

フィルム/箔コンデンサ、または金属箔コンデンサは、誘電体として2枚のプラスチックフィルムを使用します。各フィルムは、電極を形成するために、主にアルミニウムなどの薄い金属箔で覆われています。この構造の利点は、金属箔電極の接続が容易であることと、優れた電流パルス強度が得られることです。

フィルムコンデンサの内部構造における重要な利点は、巻線の両端の電極に直接接触していることです。この接触により、すべての電流経路が短く保たれます。この設計は、多数の個々のコンデンサが並列接続されたような動作をするため、内部のオーム損失（等価直列抵抗、ESR）と等価直列インダクタンス（ESL）が低減されます。フィルムコンデンサ構造の固有の形状により、オーム損失と寄生インダクタンスが低く抑えられるため、高サージ電流（スナバ回路など）を伴う用途や、交流電源用途、高周波用途に適しています。

フィルムコンデンサの誘電体として使用されるプラスチックフィルムは、ポリプロピレン（PP）、ポリエステル（PET）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）です。ポリプロピレンは市場シェア約50％、ポリエステルは約40％を占め、最もよく使用されるフィルム材料です。残りの10％は、PPSや紙など、それぞれ約3％のその他の材料を使用しています。^{[ 14 ] [ 15 ]}

特殊な形状やスタイルのフィルムコンデンサは、電源への接続用のRFI/EMI抑制コンデンサ（安全コンデンサとも呼ばれる） ^{[ 16 ]} 、非常に高いサージ電流用のスナバコンデンサ^{[ 17 ]} 、モータ運転用コンデンサ、モータ運転用ACコンデンサ^{[ 18 ]など、特殊な用途のコンデンサとして使用されています。}

• 高パルス電流負荷はフィルムコンデンサの最も重要な特性であるため、市販されている多くのタイプには高電流用の特殊な端子が備えられている。
• 
  プリント基板へのスルーホールはんだ付け実装用ラジアル型（片側接続）
• 
  プリント基板表面実装用のSMDタイプで、対向する2つの端に金属接点があります。
• 
  スナバ回路や高サージパルス負荷に対応する、高耐久性はんだ端子を備えたラジアル型。
• 
  ネジ端子付きの高耐久性スナバコンデンサ

関連するタイプとして、パワーフィルムコンデンサがあります。大型パワーフィルムコンデンサに使用される材料と製造技術は、ほとんどが通常のフィルムコンデンサと同様です。しかし、電力系統や電気設備で使用される高出力から超高出力のコンデンサは、歴史的な理由から、しばしば別個に分類されます。通常のフィルムコンデンサの標準化は、電気的および機械的パラメータに重点​​を置いています。一方、パワーコンデンサの標準化は、地域の規制当局が定める人員と設備の安全性を重視しています。

現代の電子機器が、これまで「電力」部品の専有領域であった電力レベルを処理できるようになったことで、「電子」電力定格と「電気」電力定格の区別は曖昧になってきた。歴史的に見ると、これら2つの系統の境界は、おおよそ無効電力200ボルトアンペア付近であった。

フィルム型電力コンデンサは、誘電体として主にポリプロピレンフィルムを使用する。その他の種類としては、メタライズドペーパーコンデンサ（MPコンデンサ）や、ポリプロピレン誘電体を用いた混合誘電体フィルムコンデンサなどがある。MPコンデンサは、コスト重視の用途や、高交流負荷または高電流パルス負荷用の電界フリーキャリア電極（湿式箔コンデンサ）として用いられる。巻線には、気泡を減らし短絡を防ぐために、絶縁油またはエポキシ樹脂を充填することができる。

これらは、電圧、電流、周波数を変換したり、電気エネルギーを急激に蓄積または供給したり、力率を改善したりするコンバータとして使用されます。これらのコンデンサの定格電圧範囲は、約 120  V  AC (容量性照明バラスト) から 100  kV です。^{[ 19 ]}

• 電力システム、電気設備、プラント用途向けのパワーフィルムコンデンサ
• 
  交流力率改善（PFC）用パワーフィルムコンデンサ。円筒形の金属缶にパッケージ化されている。
• 
  長方形の筐体に入ったパワーフィルムコンデンサ
• 
  ドイツ、ハンブルクのDESYサイトにあるハドロン電子リング加速器（HERA ）の磁場生成用エネルギー貯蔵用フィルムコンデンサバンクのうちの1つ。
• 
   150kVの75MVAR変電所用コンデンサバンク

電解コンデンサは、誘電体として酸化層で覆われた金属陽極と、非固体（湿式）または固体の電解質から構成されます。電解コンデンサは分極型です。誘電体の種類によって3つの系統に分類されます。

• 誘電体として酸化アルミニウムを用いたアルミニウム電解コンデンサ
• 誘電体として五酸化タンタルを用いたタンタル電解コンデンサ
• 誘電体として五酸化ニオブを用いたニオブ電解コンデンサ。

陽極は表面積を増やすために高度に粗面化されている。この粗面化と酸化膜層の比較的高い誘電率により、これらのコンデンサはフィルムコンデンサやセラミックコンデンサに比べて単位体積あたりの静電容量が非常に高くなる。

五酸化タンタルの誘電率は酸化アルミニウムの約3倍であり、これにより大幅に小型の部品を製造できます。ただし、誘電率は寸法のみを決定します。電気的特性、特に導電率は、電解質の材料と組成によって決まります。電解質には大きく分けて3種類あります。

• 非固体（湿潤、液体）—導電率は約10  mS/cmで、最も低コストです
• 固体酸化マンガン—導電率約100  mS/cm、高品質かつ安定
• 固体導電性ポリマー（ポリピロールまたはPEDOT:PSS）は、導電率が約100～500  S/cmであり、^{[ 20 ] [ 21 ]}  10 mΩ未満という低いESR値を提供する。

デカップリングやバッファリング用途で広く用いられている電解コンデンサの内部損失は、電解液の種類によって決まる。

電解コンデンサは単位体積あたりの静電容量が大きいため、比較的電流が大きく周波数が低い電気回路、例えば電源フィルタで不要な交流成分を直流電源から分離したり、オーディオアンプのカップリングコンデンサとして低周波信号を通過またはバイパスして大量のエネルギーを蓄積したりする用途で重宝されます。電解コンデンサの比較的高い静電容量値と、ポリマーコンデンサのポリマー電解質の非常に低いESR（等価直列抵抗）の組み合わせは、特にSMDタイプの場合、パーソナルコンピュータの電源においてMLCチップコンデンサの有力な競合製品となっています。

バイポーラ型アルミ電解コンデンサ（無極性コンデンサとも呼ばれる）は、2枚の陽極酸化アルミニウム箔で構成されており、直列に逆接続された2つのコンデンサのように動作します。

特殊用途向け電解コンデンサには、モーター始動用コンデンサ^{[ 22 ]} 、懐中電灯用コンデンサ^{[ 23 ]}、オーディオ周波数用コンデンサ^{[ 24 ]などがあります。}

• 模式図
• 
  非固体（液体）電解質を用いた巻線型アルミニウム電解コンデンサの構造の概略図
• 
  固体電解質と陰極接触層を備えた焼結タンタル電解コンデンサの構造の概略図

• アルミニウム、タンタル、ニオブ電解コンデンサ
• 
  アルミニウム電解コンデンサの軸方向、放射状（片側接続）、およびVチップ型
• 
  電源用途向けスナップイン式アルミ電解コンデンサ
• 
  ポリマー電解質を用いたアルミ電解コンデンサの表面実装用SMDスタイル
• 
  表面実装用タンタル電解チップコンデンサ

スーパーキャパシタ（SC）^{[ 25 ]}は、電気化学キャパシタの一種です。スーパーキャパシタは、ウルトラキャパシタとも呼ばれ、電気二重層キャパシタ（EDLC）、擬似キャパシタ、ハイブリッドキャパシタの総称です。これらは従来の固体誘電体を持っていません。電気化学キャパシタの静電容量値は、2つの蓄積原理によって決定され、どちらもキャパシタの総静電容量に寄与します。^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

• 二重層容量– 電荷の蓄積は、導体表面と電解質溶液の界面におけるヘルムホルツ二重層での電荷分離によって実現されます。二重層における電荷分離距離は数オングストローム（0.3～0.8 nm ）程度です。この蓄積は静電的な起源を持ちます。^{[ 1 ]} 
• 擬似容量– 蓄電は、電極表面での酸化還元反応、電気吸着またはインターカレーション、あるいは可逆的なファラデー電荷移動をもたらす特定の吸着イオンによって実現されます。擬似容量はファラデー起源です。^{[ 1 ]}

各原理から得られる蓄電量の比率は、電極設計や電解質組成によって大きく変化する可能性がある。擬似容量は、二重層単独の場合よりも容量値を最大で1桁増加させることができる。^{[ 25 ]}

スーパーキャパシタは、電極の設計に基づいて3つの種類に分類されます。

• 二重層キャパシタ–ファラデー擬似容量よりもはるかに高い静的二重層容量を持つ炭素電極またはその誘導体
• 擬似キャパシタ– 金属酸化物または高ファラデー擬似容量を有する導電性ポリマーからなる電極を備えたキャパシタ
• ハイブリッドコンデンサとは、リチウムイオンコンデンサのように、大きな二重層容量と擬似容量の両方を示す、特殊で非対称な電極を備えたコンデンサのことである。

^{スーパーキャパシタは、}従来のコンデンサと充電式バッテリーの間のギャップを埋めるものです。単位体積あたりの利用可能な静電容量値が最も高く、すべてのコンデンサの中で最大のエネルギー密度^を持っています。最大 12,000ファラッド/ 1.2 ボルトをサポートし、^静電容量値は電解コンデンサの最大 10,000 倍です。^{[ 25 ]}既存のスーパーキャパシタのエネルギー密度は従来のバッテリーの約 10% ですが、電力密度は一般的に 10 ～ 100 倍です。電力密度は、エネルギー密度と負荷にエネルギーが供給される速度の積として定義されます。電力密度が高いと、バッテリーが可能なよりもはるかに短い充放電サイクルと、多数の充放電サイクルに対する耐性が高くなります。このため、バッテリーとの並列接続に適しており、電力密度の点でバッテリーの性能を向上させる可能性があります。

電気化学キャパシタでは、電解質が2つの電極間の導電接続部として機能する。この点が、電解質が陰極（第2の電極）のみを形成する電解キャパシタとの違いである。

スーパーキャパシタは分極しており、正しい極性で動作させる必要があります。極性は、非対称電極を用いた設計によって制御されるか、対称電極の場合は製造工程中に印加される電位によって制御されます。

スーパーキャパシタは、電力およびエネルギー要件に関する幅広い用途をサポートしており、以下のような用途が含まれます。

• 電子機器のメモリバックアップ（ SRAM ）における長時間の低供給電流
• フォーミュラ1カーのKERSシステムのように、非常に短時間で大電流を必要とするパワーエレクトロニクス
• バスや電車などの車両における制動エネルギーの回生

スーパーキャパシタは、特にエネルギー密度が高いものに関しては、互換性はほとんどありません。IEC規格62391-1「電子機器用固定電気二重層コンデンサ」では、 4つのアプリケーションクラスが規定されています。

• クラス1、メモリバックアップ、放電電流（mA）= 1 • C（F）
• クラス2、エネルギー貯蔵、放電電流（mA）= 0.4 • C（F）• V（V）
• クラス3、電力、放電電流（mA）= 4 • C（F）• V（V）
• クラス4、瞬時電力、放電電流（mA）= 40 • C（F）• V（V）

• 二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、スーパーキャパシタ
• 
  電源オフ時のデータ保持のため、 5.5Vで1Fの容量を持つ二層コンデンサを搭載。 
• 
  高エネルギー密度を実現するラジアル（シングルエンド）型リチウムイオンキャパシタ
• 
  スーパーキャパシタ

多くの安全規制では、コンデンサが故障した場合でもガルバニック絶縁を保証するために、「短絡故障」が人体に危険を及ぼす可能性がある場合は、クラスXまたはクラスYのコンデンサを使用することが義務付けられています。

落雷やその他の原因により、主電源に高電圧サージが発生します。安全コンデンサは、サージエネルギーを接地へ逃がすことで、人や機器を高電圧サージから保護します。^{[ 30 ]}

特に、安全規制では、クラスXおよびクラスYの電源フィルタコンデンサの特定の配置が義務付けられています。^{[ 31 ]}

原理的には、クラス X およびクラス Y コンデンサの製造には任意の誘電体を使用できます。安全性を向上させるために内部ヒューズを含めることもできます。^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}実際には、クラス X およびクラス Y 仕様を満たすコンデンサは、通常、セラミック RFI/EMI 抑制コンデンサまたはプラスチックフィルム RFI/EMI 抑制コンデンサです。

上記で説明したコンデンサは、ディスクリートコンデンサ市場のほぼ全体を網羅していますが、電子機器分野では、いくつかの新しい開発や非常に特殊なタイプのコンデンサ、そして古いタイプのコンデンサも見られます。

可変コンデンサは、機械的な動きによって静電容量が変化する可能性がある。主な種類は2つある。

• 同調コンデンサー – ラジオの発振回路やその他の同調回路を意図的に繰り返し同調させるための可変コンデンサー
• トリマーコンデンサー – 通常は発振回路の内部調整を一度だけ行うための小型可変コンデンサー

可変コンデンサとは、機械的な構造を用いて電極板間の距離、あるいは電極板の重なり合う表面積を変化させるコンデンサのことである。誘電体としては主に空気が用いられる。

半導体可変容量ダイオードは、受動部品としてのコンデンサとは異なりますが、印加される逆バイアス電圧に応じて容量が変化するため、可変コンデンサのように使用できます。これらは、チューニングコンデンサやトリマーコンデンサの多くを置き換えています。

• 可変コンデンサ
• 
  エアギャップチューニングコンデンサ
• 
  真空チューニングコンデンサ
• 
  スルーホール実装用トリマーコンデンサ
• 
  表面実装用トリマーコンデンサ

個々のコンデンサは、理想的なコンデンサとは特性が異なります。理想的なコンデンサは、電気エネルギーを蓄積・放出するだけで、エネルギーの損失は一切ありません。しかし、コンデンサの構成要素には損失や寄生的な誘導成分が存在します。こうした材料や構造上の不完全性は、クラス1セラミックコンデンサにおける線形な周波数特性や温度特性といった好ましい結果をもたらすことがあります。一方、クラス2セラミックコンデンサにおける非線形な電圧依存性容量や、コンデンサの絶縁が不十分なために漏洩電流が発生するといった好ましくない結果をもたらすこともあります。

すべての特性は、理想化された静電容量と、コンデンサのすべての損失と誘導パラメータをモデル化する追加の電気部品から構成される直列等価回路によって定義および指定できます。この直列等価回路では、電気的特性は次のように定義されます。

• Cはコンデンサの静電容量です。
• R _{insul は}誘電体の絶縁抵抗であり、ハウジングの絶縁抵抗とは混同しないように注意する必要がある。
• R_リークは、コンデンサの漏れ電流を表す抵抗値である。
• R _ESRは、コンデンサのすべてのオーム損失をまとめた等価直列抵抗であり、通常は「ESR」と略されます。
• L _{ESL は}等価直列インダクタンスであり、コンデンサの実効自己インダクタンスで、通常は「ESL」と略されます。

並列等価回路の代わりに直列等価回路を使用することは、IEC /EN 60384-1で規定されています。

定格容量C _Rまたは公称容量C _Nは、コンデンサが設計された値です。実際の容量は、測定周波数と周囲温度によって異なります。標準測定条件は、20  °C の温度で周波数が以下の低電圧 AC 測定法です。

• 非電解コンデンサ（CR≦1 nF）の場合、₁₀₀ kHz 、 1  MHz（推奨）、または10 MHz。 
• _{1 nF < C R} ≤ 10 μFの非電解コンデンサの場合は1  kHz または 10 kHz 
•  電解コンデンサ用100/ 120Hz
• 非電解コンデンサ（CR > 10 μF）の場合は_50/60 Hzまたは 100/120 Hz 

スーパーキャパシタの場合、静電容量の値を測定するために電圧降下法が用いられる。

コンデンサは、IEC/EN 60063で規定されている幾何級数的に増加する推奨値（Eシリーズ規格）で入手可能です。10年ごとの値の数に応じて、これらはE3、E6、E12、E24などのシリーズと呼ばれていました。コンデンサの値を指定するために使用される単位の範囲は、ピコファラッド（pF）、ナノファラッド（nF）、マイクロファラッド（μF）からファラッド（F）まで、あらゆるものを含むように拡大しました。ミリファラッドとキロファラッドは一般的ではありません。

定格値からの許容偏差の割合を許容誤差と呼びます。実際の静電容量値は許容誤差の範囲内である必要があり、そうでなければ規格外となります。IEC/EN 60062では、各許容誤差に文字コードが割り当てられています。

必要な許容誤差は、用途によって異なります。高精度発振器やタイマーなどの高品質回路には、E24～E96の狭い許容誤差が使用されます。非クリティカルなフィルタリング回路やカップリング回路などの一般的な用途には、E12またはE6が使用されます。フィルタリングコンデンサやバイパスコンデンサとしてよく使用される電解コンデンサは、通常± 20 %の許容誤差範囲を持ち、E6（またはE3）シリーズの値に適合する必要があります。

静電容量は一般的に温度によって変化します。誘電体の種類によって温度感度は大きく異なります。温度係数は、クラス1セラミックコンデンサの場合は摂氏1度あたりの百万分率 （ppm）で、その他のコンデンサの場合は全温度範囲におけるパーセント（% ）で表されます。

ほとんどの個別コンデンサは、周波数の増加に伴い、容量が多かれ少なかれ変化します。クラス2セラミックおよびプラスチックフィルムの誘電強度は、周波数の上昇とともに低下します。したがって、これらのコンデンサの容量値は、周波数の増加とともに減少します。クラス2セラミックおよびプラスチックフィルム誘電体におけるこの現象は、誘電緩和に関連しており、誘電率の周波数依存性は、電気双極子の時定数に起因します。以下のグラフは、セラミックおよびフィルムコンデンサの容量の典型的な周波数特性を示しています。

• セラミックコンデンサおよびフィルムコンデンサの静電容量の周波数依存性
• 
  セラミッククラス2コンデンサの静電容量の周波数依存性（比較のためにNP0クラス1も示す）
• 
  異なるフィルム材料を用いたフィルムコンデンサの静電容量の周波数依存性

非固体電解質を用いた電解コンデンサでは、イオンの機械的な運動が生じる。イオンの移動には限界があるため、高周波では粗面化された陽極構造のすべての領域が電荷を運ぶイオンで覆われるわけではない。陽極構造の粗面化が進むほど、周波数の増加に伴って静電容量の値は減少する。粗面化が進んだ低電圧タイプの陽極では、100  kHzにおける静電容量は、100 Hzで測定した値の約10～20%となる 。

静電容量は印加電圧によって変化する場合もあります。この効果はクラス2セラミックコンデンサでより顕著です。クラス2強誘電体材料の誘電率は印加電圧に依存します。印加電圧が高いほど誘電率は低下します。静電容量の変化は、標準測定電圧0.5Vまたは1.0Vで測定された値の80%まで低下する可能性があります。 この挙動は、低歪みフィルタやその他のアナログアプリケーションにおいて、非線形性の小さな原因となります。オーディオアプリケーションでは、これが歪み（THDで測定）を引き起こす可能性があります。

フィルムコンデンサと電解コンデンサは、電圧依存性がほとんどない。

• いくつかの異なるクラス2セラミックコンデンサの静電容量の電圧依存性
• 
   異なる種類のセラミックグレードの25Vコンデンサにおける、印加電圧に対する静電容量の変化を簡略化した図
• 
  定格電圧の異なるX7Rセラミックスにおける、印加電圧に対する静電容量の変化を簡略化した図。

誘電体が導電性になる電圧を絶縁破壊電圧といい、絶縁耐力と電極間の距離の積で表されます。絶縁耐力は、温度、周波数、電極の形状などによって変化します。コンデンサの絶縁破壊は通常短絡であり、部品を破壊するため、動作電圧は絶縁破壊電圧よりも低くなります。動作電圧は、コンデンサの寿命全体にわたって電圧を連続的に印加できるように規定されています。

IEC/EN 60384-1では、許容動作電圧を「定格電圧」または「公称電圧」と呼びます。定格電圧（UR）とは、定格温度範囲内の任意の温度において連続的に印加できる最大直流電圧またはピークパルス電圧のことです。

ほぼすべてのコンデンサの耐電圧は、温度の上昇とともに低下します。用途によっては、より広い温度範囲が求められる場合があります。高温時に印加する電圧を下げることで、安全マージンを維持できます。そのため、一部のコンデンサタイプでは、IEC規格により、より高い温度範囲に対応する第2の「温度ディレーティング電圧」、すなわち「カテゴリ電圧」が規定されています。カテゴリ電圧（UC）とは、カテゴリ温度範囲内の任意の温度において、コンデンサに連続的に印加できる最大直流電圧またはピークパルス電圧のことです。

電圧と温度の関係は右の図に示されています。

一般的に、コンデンサは電気エネルギーを蓄える部品として認識されています。しかし、これはコンデンサの機能の一つに過ぎません。コンデンサは交流抵抗器としても機能します。多くの場合、コンデンサはデカップリングコンデンサとして使用され、不要なバイアス交流周波数をフィルタリングしたり、グランドにバイパスしたりします。その他の用途では、交流信号の容量結合にコンデンサが使用され、誘電体は直流を遮断するためだけに用いられます。このような用途では、交流抵抗値は静電容量値と同様に重要です。

周波数に依存する交流抵抗はインピーダンスと呼ばれる。${\displaystyle \scriptstyle Z}$インピーダンスは、交流回路における電圧と電流の複素比です。インピーダンスは、抵抗の概念を交流回路に拡張したもので、特定の周波数において大きさと位相の両方を持ちます。これは、大きさのみを持つ抵抗とは異なります。

${\displaystyle \ Z=|Z|e^{j\theta }}$

大きさ${\displaystyle \scriptstyle |Z|}$は電圧差振幅と電流振幅の比を表し、${\displaystyle \scriptstyle j}$は虚数単位であり、引数は${\displaystyle \scriptstyle \theta }$電圧と電流の間の位相差を示します。

コンデンサのデータシートでは、インピーダンスの大きさ|Z|のみが指定され、「Z」とだけ表記されるため、インピーダンスの式を直交座標形式で記述することができます。

${\displaystyle \ Z=R+jX}$

ここで、インピーダンスの実数部は抵抗である。${\displaystyle \scriptstyle R}$（コンデンサの場合）${\displaystyle \scriptstyle ESR}$）虚数部はリアクタンスである${\displaystyle \scriptstyle X}$。

コンデンサの直列等価回路に示すように、実数部には理想的なコンデンサが含まれる。${\displaystyle C}$インダクタンス${\displaystyle L(ESL)}$抵抗器${\displaystyle R(ESR)}$角周波数における全リアクタンス${\displaystyle \omega }$したがって、容量性リアクタンス（容量）の幾何学的（複素）加算によって与えられます。${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$そして誘導リアクタンス（インダクタンス）：${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$。

インピーダンスを計算するには${\displaystyle \scriptstyle Z}$抵抗は幾何学的に加算され、${\displaystyle Z}$は

${\displaystyle Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}}$インピーダンスは、コンデンサが交流電流を流す能力の尺度です。この意味で、インピーダンスはオームの法則のように使用できます。

${\displaystyle Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath }}}={\frac {U_{\mathrm {eff} }}{I_{\mathrm {eff} }}}.}$

電流または電圧のピーク値または実効値を計算する。

共振の特殊なケースでは、両方のリアクタンスが

${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$そして${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$

同じ値を持つ（${\displaystyle X_{C}=X_{L}}$) の場合、インピーダンスは によってのみ決定されます${\displaystyle {ESR}}$。

データシートに記載されているインピーダンスは、多くの場合、異なる静電容量値に対する典型的な曲線を示しています。周波数が高くなるにつれてインピーダンスは最小値まで減少します。インピーダンスが低いほど、交流電流はコンデンサをより容易に通過します。共振点である頂点では、XCとXLが同じ値となり、コンデンサのインピーダンス値は最小になります。ここでは、ESRのみがインピーダンスを決定します。共振周波数を超えると、コンデンサのESLによりインピーダンスは再び増加します。コンデンサはインダクタンスになります。

グラフに示すように、静電容量の値が大きいほど低周波数によく適合し、静電容量の値が低いほど高周波数によく適合することがわかります。

アルミ電解コンデンサは、その大きな静電容量値により、約1MHzまでの低周波数帯域において比較的良好なデカップリング特性を示します。これが、平滑化用途において、標準電源やスイッチング電源の整流器の後ろ に電解コンデンサが使用される理由です。

セラミックコンデンサとフィルムコンデンサは、数百MHzまでの高周波に適した小さな静電容量値を超えています 。また、電極の端面接触構造により寄生インダクタンスが大幅に低いため、高周波アプリケーションに適しています。周波数範囲を広げるために、セラミックコンデンサまたはフィルムコンデンサと並列に電解コンデンサを接続することがよくあります。^{[ 47 ]}

多くの新しい開発は、寄生インダクタンス（ESL）の低減を目的としています。これによりコンデンサの共振周波数が上昇し、例えば、デジタル回路の絶えず増加するスイッチング速度に対応できます。小型化、特にSMD多層セラミックチップコンデンサ（MLCC）では、共振周波数が上昇します。電極をチップの側面ではなく縦方向に配置することで、寄生インダクタンスはさらに低減されます。タンタル電解コンデンサのマルチアノード技術に関連する「フェイスダウン」構造は、ESLをさらに低減します。いわゆるMOSコンデンサやシリコンコンデンサなどのコンデンサファミリーは、GHz帯までの周波数でコンデンサが必要な場合にソリューションを提供します。

工業用コンデンサにおける等価直列インダクタンス（ESL）は、主にコンデンサの電極板を外部に接続するために使用されるリード線と内部接続によって生じます。大型コンデンサは小型コンデンサよりもESLが高くなる傾向があります。これは、電極板までの距離が長く、1mmごとにインダクタンスとしてカウントされるためです。

任意の個別コンデンサには、DCを超える周波数で純粋なコンデンサとして動作しなくなる周波数が存在する。この周波数は、${\displaystyle X_{C}}$は${\displaystyle X_{L}}$は自己共振周波数と呼ばれます。自己共振周波数とは、インピーダンスが最小値をとる最低周波数のことです。交流回路においては、自己共振周波数はコンデンサを容量性部品として使用できる最高周波数となります。

これは、高速ロジック回路を電源から切り離す上で非常に重要です。デカップリングコンデンサは、チップに過渡電流を供給します。デカップラがない場合、回路の一部が高速にオン/オフを繰り返すため、ICは電源への接続が供給できる電流よりも速い電流を要求します。この潜在的な問題に対処するため、回路では複数のバイパスコンデンサがよく使用されます。高周波定格の小型（100 nF以下）コンデンサ、低周波定格の大型電解コンデンサ、そして場合によっては中間値のコンデンサです。

個別コンデンサにおける損失は、オーム性交流損失です。直流損失は「漏洩電流」または「絶縁抵抗」として規定され、交流仕様においては無視できる程度です。交流損失は非線形であり、周波数、温度、経年劣化、湿度などによって変化する可能性があります。損失は、以下の2つの物理的条件によって生じます。

• 内部電源ライン抵抗、電極接触部の接触抵抗、電極のライン抵抗、および「湿式」アルミニウム電解コンデンサ、特にスーパーキャパシタでは液体電解質の限られた導電率を含むライン損失と
• 誘電分極による誘電損失。

大型コンデンサにおけるこれらの損失の大部分は、通常、周波数依存性のオーム誘電損失です。小型部品、特に湿式電解コンデンサの場合、液体電解質の導電率が誘電損失を上回る可能性があります。これらの損失を測定するには、測定周波数を設定する必要があります。市販の部品は、pF（10⁻¹² F）からスーパーキャパシタの約1000 Fまで、15桁の容量値を提供しているため^、  1 つの周波数だけで全範囲を捉えることは不可能です。IEC 60384-1では、オーム損失は容量の測定に使用する周波数と同じ周波数で測定する必要があると規定されています。これらは次のとおりです。

• 非電解コンデンサ（CR≦1 nF）の場合、₁₀₀ kHz 、 1  MHz（推奨）、または10 MHz。 
• _{1 nF < C R} ≤ 10 μFの非電解コンデンサの場合は1  kHz または 10 kHz 
•  電解コンデンサ用100/ 120Hz
• 非電解コンデンサ（CR > 10 μF）の場合は_50/60 Hzまたは 100/120 Hz 

コンデンサの総合的な抵抗損失は、用途の要件に応じて、ESR、損失係数（DF、tan δ）、または品質係数（Q）として指定される場合があります。

リップル電流が大きいコンデンサ${\displaystyle I_{R}}$ 電解コンデンサなどの負荷は、等価直列抵抗（ESR）で規定されます。ESRは、上記のベクトル図においてオーム成分として表すことができます。ESRの値は、各タイプごとのデータシートに記載されています。

フィルムコンデンサと一部のクラス2セラミックコンデンサの損失は、主に損失係数tan δで規定されます。これらのコンデンサは電解コンデンサよりも損失が小さく、主に数百MHzまでの高周波で使用されます。ただし、同じ周波数で測定された損失係数の数値は、静電容量の値とは無関係であり、静電容量の範囲を持つコンデンサシリーズに対して規定することができます。損失係数は、リアクタンスの正接として決定されます（${\displaystyle X_{C}-X_{L}}$） とESRは、虚数軸とインピーダンス軸の間の角度δとして表すことができます。

インダクタンスが${\displaystyle ESL}$ が小さい場合、散逸係数は次のように近似できます。

${\displaystyle \tan \delta =ESR\cdot \omega C}$

セラミック製のクラス1およびクラス2コンデンサなど、損失が非常に低いコンデンサは、品質係数（Q）で抵抗損失を規定します。セラミック製のクラス1コンデンサは、GHz帯までの周波数を持つLC共振回路や、高精度なハイパスフィルタおよびローパスフィルタに特に適しています。電気的に共振するシステムの場合、Qは電気抵抗の影響を表し、共振器の帯域幅を特徴づけます。${\displaystyle B}$中心周波数または共振周波数に対して${\displaystyle f_{0}}$Qは散逸係数の逆数として定義される。

${\displaystyle Q={\frac {1}{\tan \delta }}={\frac {f_{0}}{B}}\ }$

共振回路において、高いQ値は共振の質の高さを示す指標となる。

コンデンサは交流抵抗器として機能し、2点間で交流電圧と交流電流を結合します。コンデンサを流れる交流電流はすべて、コンデンサ内部で熱を発生させます。この熱は電力損失となります。${\displaystyle P}$原因は${\displaystyle ESR}$そして、は実効電流（RMS電流）の二乗値である。${\displaystyle I}$

${\displaystyle P=I^{2}\cdot ESR}$

同じ電力損失は、散逸係数を用いて表すことができる。${\displaystyle \tan \delta }$として

${\displaystyle P={\frac {U^{2}\cdot \tan \delta }{2\pi f\cdot C}}}$

内部で発生した熱は周囲に放出されなければなりません。コンデンサの温度は、発生熱と放出熱のバランスによって決まりますが、コンデンサに規定された最大温度を超えてはなりません。したがって、ESR（等価直列抵抗）または損失係数は、コンデンサが対応できる最大電力（交流負荷、リップル電流、パルス負荷など）を示す指標となります。

交流電流は、以下の種類に分類できます。

• リップル電流—直流バイアスが重畳された交流電圧から生じる実効（RMS）交流電流、
• パルス電流 - 電圧ピークまたは
• 交流電流 ― 実効値（RMS）正弦波電流

リップル電流と交流電流は主にコンデンサ本体を加熱します。これらの電流によって内部で発生する温度は、誘電体の絶縁破壊電圧に影響を与えます。温度が高くなると、すべてのコンデンサの耐電圧が低下します。湿式電解コンデンサでは、高温によって電解液が蒸発し、コンデンサの寿命が短くなります。フィルムコンデンサでは、高温によってプラスチックフィルムが収縮し、コンデンサの特性が変化する可能性があります。

パルス電流、特に金属化フィルムコンデンサでは、端部スプレー（スクーパージュ）と金属化電極との接触面が加熱されます。これにより電極との接触面積が減少し、誘電正接が増加する可能性があります。

安全な動作のためには、コンデンサを流れる交流電流によって発生する最高温度が制限要因となり、それが交流負荷、リップル電流、パルス負荷などを制限します。

交流電流

無極性コンデンサには交流負荷のみを印加できます。交流用途のコンデンサとしては、主にフィルムコンデンサ、メタライズドペーパーコンデンサ、セラミックコンデンサ、およびバイポーラ電解コンデンサが挙げられます。

交流コンデンサの定格交流負荷とは、指定された温度範囲内でコンデンサに連続的に印加できる最大正弦波実効交流電流（rms）のことです。データシートでは、交流負荷は次のように表されます。

• 低周波での定格交流電圧、
• 中間周波数における定格無効電力、
• 高周波では交流電圧または定格交流電流が低下する。

フィルムコンデンサの定格交流電圧は、一般的に、内部温度上昇が8～10K以内となるように計算され、 安全な動作が保証されます。誘電損失は周波数の上昇とともに増加するため、規定の交流電圧は高周波域では低減する必要があります。フィルムコンデンサのデータシートには、高周波域における交流電圧の低減に関する特別な曲線が記載されています。

フィルムコンデンサやセラミックコンデンサに直流仕様しかない場合、印加する交流電圧のピーク値は、規定の直流電圧よりも低くなければならない。

交流負荷は、交流モータの運転コンデンサ、電圧倍増、スナバ回路、照明バラスト、および送電網の安定性と効率を向上させるための位相シフトを行う力率改善回路（PFC）などで発生します。これは、大型電力コンデンサの最も重要な用途の1つです。これらの大型PPフィルムコンデンサまたはメタライズドペーパーコンデンサは、定格無効電力VArによって制限されます。

交流電圧が印加される可能性のあるバイポーラ電解コンデンサは、定格リップル電流によって規定されます。

誘電体の抵抗は有限であるため、一定レベルの直流「漏れ電流」が発生し、充電されたコンデンサは時間とともに電荷を失います。セラミックコンデンサやフィルムコンデンサの場合、この抵抗は「絶縁抵抗 R _{ins 」と呼ばれます。この抵抗は、コンデンサの直列等価回路において、コンデンサと並列に接続された抵抗 R ins}で表されます。絶縁抵抗は、部品と周囲環境との外部絶縁とは混同してはなりません。

絶縁抵抗による自己放電の時間曲線は、コンデンサ電圧の低下に伴い、次の式に従う。

${\displaystyle u(t)=U_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-t/\tau _{\mathrm {s} }},}$

蓄積された直流電圧${\displaystyle U_{0}}$ 自己放電定数

${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }=R_{\mathrm {ins} }\cdot C}$

したがって、${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }\,}$ 電圧${\displaystyle U_{0}}$ 初期値の37%まで下落する。

自己放電定数は、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサの電極間の誘電体の絶縁性を決定する重要なパラメータです。例えば、コンデンサは、タイムリレーの時間決定部品として、あるいはサンプルホールド回路や演算増幅器のように電圧値を記憶するために使用できます。

クラス 1 のセラミックコンデンサは、少なくとも 10  GΩ の絶縁抵抗を持ち、クラス 2 のコンデンサは、少なくとも 4  GΩ または少なくとも 100 秒の自己放電定数を持ちます。プラスチックフィルムコンデンサの絶縁抵抗は通常 6 ～ 12  GΩ です。これは、約 2000 ～ 4000 秒の自己放電定数を持つ μF 範囲のコンデンサに相当します 。^{[ 54 ]}

絶縁抵抗、すなわち自己放電定数は、湿気が巻線内部に浸透すると低下する可能性がある。これは部分的に温度に強く依存し、温度の上昇とともに減少する。両方とも温度の上昇とともに減少する。

電解コンデンサにおいて、絶縁抵抗は漏洩電流として定義される。

電解コンデンサの場合、誘電体の絶縁抵抗は「漏洩電流」と呼ばれます。この直流電流は、電解コンデンサの直列等価回路において、コンデンサと並列に接続された抵抗R_{_leak}で表されます。コンデンサの端子間のこの抵抗も有限です。電解コンデンサのR _{_leak}は、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサよりも小さくなります。

漏洩電流には、不要な化学反応や機械的損傷によって生じる誘電体のあらゆる微細な欠陥が含まれます。また、電圧印加後に誘電体を流れる直流電流でもあります。漏洩電流は、電圧が印加されていない期間（保管時間）、はんだ付けによる熱応力、印加電圧、コンデンサの温度、および測定時間に依存します。

直流電圧印加後、最初の数分間で漏洩電流は低下します。この期間中、誘電体酸化膜は新たな層を形成することで弱点を自己修復することができます。必要な時間は一般的に電解質の種類によって異なります。固体電解質は非固体電解質よりも速やかに低下しますが、わずかに高いレベルを維持します。

非固体電解コンデンサおよび酸化マンガン固体タンタルコンデンサにおける漏洩電流は、自己修復効果により、電圧接続時間の経過とともに減少します。電解コンデンサの漏洩電流は、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサの絶縁抵抗を流れる電流よりも大きいものの、最新の非固体電解コンデンサの自己放電には数週間を要します。

電解コンデンサの特有の問題の一つは、保管時間です。保管時間が長くなると、漏洩電流が増加する可能性があります。このような現象は、水分含有量の多い電解液に限られます。GBLなどの有機溶媒は、保管時間が長くても漏洩電流の増加は見られません。

漏洩電流は通常、定格電圧を印加してから2分または5分後に測定されます。

すべての強誘電体材料は圧電効果を示します。クラス2セラミックコンデンサは強誘電体セラミック誘電体を使用しているため、これらのタイプのコンデンサはマイクロフォニックスと呼ばれる電気的効果を示す可能性があります。マイクロフォニックス（マイクロフォニー）とは、電子部品が機械的振動を望ましくない電気信号（ノイズ）に変換する仕組みを指します。^{[ 55 ]}誘電体は、厚さや電極間隔を変化させることで衝撃や振動による機械的力を吸収し、静電容量に影響を与え、その結果交流電流を誘起します。結果として生じる干渉は、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、コンデンサの電極間の電界を変化させることで物理的な力が加わり、コンデンサがオーディオスピーカーに変わります。高電流インパルス負荷や高リップル電流は、コンデンサ自体から可聴音を発生させ、エネルギーを消費し、誘電体にストレスを与えます。^{[ 56 ]}

誘電吸収とは、長時間充電されたコンデンサが短時間放電された際に、完全に放電されない現象です。理想的なコンデンサは放電後にゼロボルトになりますが、実際のコンデンサは時間遅延を伴う双極子放電によってわずかな電圧が発生します。この現象は誘電緩和、ソーク、またはバッテリー作用とも呼ばれます。

コンデンサの多くの用途では、誘電体吸収は問題になりませんが、長時間の時定数を持つ積分器、サンプルホールド回路、スイッチドキャパシタ型アナログ-デジタル変換器、非常に低歪みのフィルタなどの用途では、コンデンサは完全放電後に残留電荷を回復してはならないため、吸収率の低いコンデンサが指定されます。^{[ 59 ]} 誘電体吸収によって発生する端子電圧は、場合によっては電子回路の機能に問題を引き起こしたり、作業員に安全上のリスクをもたらしたりする可能性があります。感電を防ぐため、非常に大きなコンデンサのほとんどは、使用前に取り外す必要がある短絡線付きで出荷されます。^{[ 60 ]}

静電容量の値は、誘電体材料（ε）、電極の表面積（A）、および電極間の距離（d）に依存し、平板コンデンサの式で表されます。

${\displaystyle C\approx {\frac {\varepsilon A}{d}}}$

電極間の距離と誘電体材料の耐電圧によって、コンデンサの絶縁破壊電圧が決まります。絶縁破壊電圧は誘電体の厚さに比例します。

理論的には、機械的寸法と誘電体が同じ2つのコンデンサがあるとして、一方の誘電体の厚さが半分であるとします。同じ寸法であれば、この半分の厚さのコンデンサは、内部に2倍の平行平板面積を配置できます。このコンデンサは、理論的には最初のコンデンサの4倍の静電容量を持ちますが、耐電圧は半分になります。

コンデンサに蓄えられるエネルギー密度は次のように表される。

${\displaystyle E_{\mathrm {stored} }={\frac {1}{2}}CV^{2},}$

したがって、誘電体の厚さが別のコンデンサの半分であるコンデンサは、静電容量が4倍になるが、耐電圧は1/2となり、最大エネルギー密度は同等になる。

したがって、誘電体の厚さは、全体の寸法が一定のコンデンサ内のエネルギー密度には影響しない。厚い誘電体層を数層使用すると、高電圧を支えることができるが、静電容量は低くなる。一方、薄い誘電体層を使用すると、絶縁破壊電圧は低くなるが、静電容量は高くなる。

これは、電極表面も誘電体の誘電率も電圧印加によって変化しないことを前提としています。既存の2つのコンデンサシリーズを比較することで、理論と現実が一致するかどうかを確認できます。比較は容易です。なぜなら、メーカーはシリーズ内の異なる静電容量/電圧値に対して、標準化されたケースサイズまたは筐体を使用しているからです。

実際には、現代のコンデンサシリーズは理論に合致しません。電解コンデンサの場合、陽極箔のスポンジ状の粗い表面は電圧が高くなるにつれて滑らかになり、陽極の表面積が減少します。しかし、エネルギーは電圧の二乗に比例して増加し、陽極の表面積の減少は電圧の減少よりも小さいため、エネルギー密度は明らかに増加します。フィルムコンデンサの場合、誘電率は誘電体の厚さやその他の機械的パラメータによって変化するため、理論からのずれには別の理由があります。^{[ 63 ]}

表のコンデンサを、最もエネルギー密度の高いコンデンサファミリーであるスーパーキャパシタと比較します。このために、 Maxwell HCシリーズの 寸法D×H=16mm  ×  26mmの25F/2.3Vコンデンサを、表のほぼ同じサイズの電解コンデンサと比較します。このスーパーキャパシタは、4700/10電解コンデンサよりも約5000倍高い静電容量を持ち、電圧は1/4で、約66,000mWs （0.018Wh ）の蓄積電気エネルギーを持ち、^{[ 64 ]}電解コンデンサよりも約100倍高いエネルギー密度（40～280倍）を持っています。  

コンデンサの電気的特性は、保管中や使用中に時間とともに変化する可能性があります。特性変化の原因は様々で、誘電体の特性、環境要因、化学反応、非固体材料の場合は乾燥効果などが考えられます。

エージング

強誘電体クラス2セラミックコンデンサでは、静電容量は時間とともに減少します。この挙動は「エージング」と呼ばれます。このエージングは​​強誘電体で発生し、誘電体中の分極ドメインが全体の分極に寄与します。誘電体中の分極ドメインの劣化により、誘電率が低下し、したがって静電容量も時間とともに減少します。^{[ 65 ] [ 66 ]}エージングは​​対数法則に従います。これは、定義された温度での半田付け回復時間後の時間デケードにおける静電容量の減少を一定の割合として定義します。たとえば、 20  °Cで1時間から10時間の期間です。法則は対数であるため、静電容量の減少率は1 時間から100時間の間で2倍になり、1時間から1,000時間 の間で3倍になります。エージングは​​初期付近で最も速く、絶対静電容量値は時間とともに安定します。  

クラス2セラミックコンデンサの劣化率は主にその材料に依存します。一般的に、セラミックの温度依存性が高いほど、劣化率も高くなります。X7Rセラミックコンデンサの典型的な劣化率は10年あたり約2.5%です。^{[ 67 ]} Z5Uセラミックコンデンサの劣化率は著しく高く、10年あたり最大7%に達することがあります。

クラス2セラミックコンデンサの劣化プロセスは、部品をキュリー点以上に加熱することで逆転させることができる。

クラス1のセラミックコンデンサとフィルムコンデンサは、強誘電体に関連する劣化を起こしません。ただし、高温、高湿度、機械的ストレスなどの環境要因は、長期間にわたって静電容量値にわずかな不可逆的な変化を引き起こす可能性があり、これもまた劣化と呼ばれることがあります。

 P 100およびN 470クラス1セラミックコンデンサの静電容量の変化は 1%未満であり、N  750～N  1500セラミックを使用したコンデンサでは 2%以下です。フィルムコンデンサは、自己修復プロセスにより静電容量が減少したり、湿度の影響により静電容量が増加したりする場合があります。40℃で2年間における典型的な変化は 、例えばPEフィルムコンデンサで±3%、PPフィルムコンデンサで±1%です。

一生

Electrolytic capacitors with non-solid electrolyte age as the electrolyte evaporates. This evaporation depends on temperature and the current load the capacitors experience. Electrolyte escape influences capacitance and ESR. Capacitance decreases and the ESR increases over time. In contrast to ceramic, film and electrolytic capacitors with solid electrolytes, "wet" electrolytic capacitors reach a specified "end of life" reaching a specified maximum change of capacitance or ESR. End of life, "load life" or "lifetime" can be estimated either by formula or diagrams^[68] or roughly by a so-called "10-degree-law". A typical specification for an electrolytic capacitor states a lifetime of 2,000 hours at 85 °C, doubling for every 10 degrees lower temperature, achieving lifespan of approximately 15 years at room temperature.

Supercapacitors also experience electrolyte evaporation over time. Estimation is similar to wet electrolytic capacitors. Additional to temperature the voltage and current load influence the life time. Lower voltage than rated voltage and lower current loads as well as lower temperature extend the life time.

Capacitors are reliable components with low failure rates, achieving life expectancies of decades under normal conditions. Most capacitors pass a test at the end of production similar to a "burn in", so that early failures are found during production, reducing the number of post-shipment failures.

Reliability for capacitors is usually specified in numbers of Failures In Time (FIT) during the period of constant random failures. FIT is the number of failures that can be expected in one billion component-hours of operation at fixed working conditions (e.g. 1000 devices for 1 million hours, or 1 million devices for 1000 hours each, at 40 °C and 0.5 U_R). For other conditions of applied voltage, current load, temperature, mechanical influences and humidity the FIT can recalculated with terms standardized for industrial^[69] or military^[70] contexts.

Capacitors may experience changes to electrical parameters due to environmental influences like soldering, mechanical stress factors (vibration, shock) and humidity. The greatest stress factor is soldering. The heat of the solder bath, especially for SMD capacitors, can cause ceramic capacitors to change contact resistance between terminals and electrodes; in film capacitors, the film may shrink, and in wet electrolytic capacitors the electrolyte may boil. A recovery period enables characteristics to stabilize after soldering; some types may require up to 24 hours. Some properties may change irreversibly by a few per cent from soldering.

Electrolytic capacitors with non-solid electrolyte are "aged" during manufacturing by applying rated voltage at high temperature for a sufficient time to repair all cracks and weaknesses that may have occurred during production. Some electrolytes with a high water content react quite aggressively or even violently with unprotected aluminum. This leads to a "storage" or "disuse" problem of electrolytic capacitors manufactured before the 1980s. Chemical processes weaken the oxide layer when these capacitors are not used for too long, leading to failure or poor performance such as excessive leakage. New electrolytes with "inhibitors" or "passivators" were developed during the 1980s to lessen this problem.^[71][72]

"Pre-conditioning" may be recommended for electrolytic capacitors with non-solid electrolyte, even those manufactured recently, that have not been in use for an extended period. In pre-conditioning a voltage is applied across the capacitor and a deliberately limited current is passed through the capacitor. Sending a limited current through the capacitor repairs oxide layers damaged during the period of disuse. The applied voltage is lower than or equal to the capacitor's rated voltage. Current may be limited using, for instance, a series resistor. Pre-conditioning is stopped once leakage current is below some acceptable level at the desired voltage. As of 2015 one manufacturer indicates that pre-conditioning may be usefully carried out for capacitors with non-solid electrolytes that have been in storage for more than 1 to 10 years, the maximum storage time depending on capacitor type.^[73]

The tests and requirements to be met by capacitors for use in electronic equipment for approval as standardized types are set out in the generic specification IEC/EN 60384–1 in the following sections.^[74]

Generic specification

• IEC/EN 60384-1—Fixed capacitors for use in electronic equipment

Ceramic capacitors

• IEC/EN 60384-8—Fixed capacitors of ceramic dielectric, Class 1
• IEC/EN 60384-9—Fixed capacitors of ceramic dielectric, Class 2
• IEC/EN 60384-21—Fixed surface mount multilayer capacitors of ceramic dielectric, Class 1
• IEC/EN 60384-22—Fixed surface mount multilayer capacitors of ceramic dielectric, Class 2

Film capacitors

• IEC/EN 60384-2—Fixed metallized polyethylene-terephthalate film dielectric d.c. capacitors
• IEC/EN 60384-11—Fixed polyethylene-terephthalate film dielectric metal foil d.c. capacitors
• IEC/EN 60384-13—Fixed polypropylene film dielectric metal foil d.c. capacitors
• IEC/EN 60384-16—Fixed metallized polypropylene film dielectric d.c. capacitors
• IEC/EN 60384-17—Fixed metallized polypropylene film dielectric a.c. and pulse
• IEC/EN 60384-19—Fixed metallized polyethylene-terephthalate film dielectric surface mount d.c. capacitors
• IEC/EN 60384-20—Fixed metallized polyphenylene sulfide film dielectric surface mount d.c. capacitors
• IEC/EN 60384-23—Fixed metallized polyethylene naphthalate film dielectric chip d.c. capacitors

Electrolytic capacitors

• IEC/EN 60384-3—Surface mount fixed tantalum electrolytic capacitors with manganese dioxide solid electrolyte
• IEC/EN 60384-4—Aluminium electrolytic capacitors with solid (MnO2) and non-solid electrolyte
• IEC/EN 60384-15—Fixed tantalum capacitors with non-solid and solid electrolyte
• IEC/EN 60384-18—Fixed aluminium electrolytic surface mount capacitors with solid (MnO₂) and non-solid electrolyte
• IEC/EN 60384-24—Surface mount fixed tantalum electrolytic capacitors with conductive polymer solid electrolyte
• IEC/EN 60384-25—Surface mount fixed aluminium electrolytic capacitors with conductive polymer solid electrolyte
• IEC/EN 60384-26—Fixed aluminium electrolytic capacitors with conductive polymer solid electrolyte

Supercapacitors

• IEC/EN 62391-1—Fixed electric double-layer capacitors for use in electric and electronic equipment – Part 1: Generic specification
• IEC/EN 62391-2—Fixed electric double-layer capacitors for use in electronic equipment – Part 2: Sectional specification – Electric double-layer capacitors for power application

• Polarity marking
• 
• 

Aluminum e-caps with non-solid electrolyte have a polarity marking at the cathode (minus) side. Aluminum, tantalum, and niobium e-caps with solid electrolyte have a polarity marking at the anode (plus) side. Supercapacitors are marked at the minus side.