1 電容的定義我們最早接觸電容是在中學物理中關于電路的部分。電容器的定義為：兩個相互靠近的導體，中間夾一層不導電的絕緣物質，這就構成了電容器。當電容器的兩個極板之間加上電壓時，電容器就會儲存電荷。電容器的電容量在數值上等于一個導電極板上的電荷量與兩個極板之間的電壓之比。電容器的電容量的基本單位是法拉（F）。在電路圖中通常用字母C表示電容元件。

從這個定義來說，電容值的大?。?/p>

那么電容就是是指在給定電位差下自由電荷的儲藏量，表征容納儲存電荷的能力。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上，造成電荷的累積儲存，儲存的電荷量則稱為電容。

根據麥克斯韋方程中高斯電場定律，通過任意封閉空間的電通量等于該空間中的總電量。

電壓就是兩個平板的電勢差，就是沿著電場線方向把電荷Q從A點移動到B點產生的能量損失，即：

因此電容的表達式也就可以表述為：

通過上式可以看出電容與電荷量或者電勢無關，只與電場強度有關。從物理意義上來說，電容就是在電學系統中儲存電能或者等效電通量的能力。

我們接著回到電容的最初定義，C=Q/（V1-V2）。

上式是基于電場強度不變的均勻電場推導出來的電容公式。其中，UA-UB為兩平行板間的電勢差，εr為相對介電常數，k為靜電力常量，S為兩板正對面積，d為兩板間距離。這個可以得出一個比較有意義的結論：電容正比于電容器面積和介電常數e，反比于電容器的距離d。也就是說，面積越大，介電常數越高，電容越大，距離越遠，電容越小。

任何靜電場都是由許多個電容組成，有靜電場就有電容，電容是用靜電場描述的。一般認為：孤立導體與無窮遠處構成電容，導體接地等效于接到無窮遠處，并與大地連接成整體。但是在射頻電路中，這個電容的容抗值就不是恒定的，如同我們在《詳解射頻電路中的電阻，電容和電感》介紹的一樣，電容首先呈容抗特性然后在諧振點出容抗和感抗平衡，之后呈現感抗特性。

NO.2 電容的單位電容的單位：法拉（Farad），簡稱法F，這個就是為了紀念偉大的法拉第先生。但是法拉是個很大的單位，究竟有多大呢？根據國際單位制的定義：1法拉等于秒的四次方安培的平方每千克每平方米。

當1法拉的電容器上的電壓以1伏特每秒（1 V/s）的速度變化時，就會產生1安培的電流。1法拉的電容上如果帶有1庫倫（1C）的電荷就會產生1伏特的勢能差。

當電容應用在射頻電路中時，這個法拉就更大了，實際應用中幾乎沒有直接用法拉這么大單位計量的電容器。

所以常用的電容單位通常有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）等，他們之間的換算關系如下：

1法拉（F）

= 10^3毫法（mF）

=10^6微法（μF）

=10^9納法（nF）

=10^12皮法（pF）

NO.3 集成電容

電容的種類很多，根據電容器的制作工藝可分為：CBB電容（聚乙烯），滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨石電容、電解電容、鉭電容等。書中詳細介紹了一種利用MOS晶體管的柵電容來實現的一種高密度的電容，但其電容值非線性，如下圖所示，截取了書中所示的一個40nm常規NMOS管電容與柵極電壓的仿真曲線。根據柵極電壓不同，NMOS晶體管可以工作在積累區（Vgs《0），耗盡區（0《Vgs《Vth）或者反型區（Vgs》Vth）。

文中介紹是在積累區或者反型區，NMOS的電容值達到最大，近似等于Cox。但是這兩個區，電容值最大。但是在反型區，器件的偏置電壓應該大于闕值電壓，這對于低電源電壓的場合不太適用，因此就有了下圖所示的積累型MOS電容，其電容特性曲線如下圖所示。

那么還有一種電容形式在CMOS工藝中較為常見，即梳狀電容，因為在CMOS工藝中，金屬線可以靠的很近，獲得很強的邊緣電場。

CMOS相關工藝制作的梳狀電容在書中有比較詳細的介紹。在工藝所允許的最小空間內走最小寬度的金屬線，構成梳狀結構，連接在每一端的多層金屬放在各自的頂層，進一步增加密度。

進一步，利用MOS的柵極電容和梳狀電容相連，進一步提高電場密度，增加電容值。

今天就學到這里，下次我們接著學射頻元件之電感部分。
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