電容器尺寸計算器
根據電容量、工作電壓與介電特性，計算平行板電容器的物理尺寸、儲能與功率密度。
輸入所需電容量、工作電壓、介電常數與介電強度，即可計算極板尺寸、儲能與功率密度。
電容器尺寸計算器
根據電容量、工作電壓與介電特性，計算平行板電容器的物理尺寸、儲能與功率密度。
計算範例
點擊範例即可載入到計算器中。
| 電容器參數 | 計算結果 | 應用情境 |
|---|---|---|
| C = 1 μF, V = 12 V, εᵣ = 1 (空氣), DS = 3 MV/m | 面積 ≈ 0.452 m²，能量 = 72 μJ，功率密度 ≈ 39.8 J/m³ | 用於基礎電子電路的簡單空氣介質電容器；因 εᵣ = 1，需要較大的極板面積。 |
| C = 10 μF, V = 1000 V, εᵣ = 8 (陶瓷), DS = 8 MV/m | d = 0.125 mm，面積 ≈ 17.65 m²，能量 = 5 J，功率密度 ≈ 2.27 kJ/m³ | 高壓陶瓷電容器；即使 εᵣ = 8，要達到如此大的電容量仍需要相當大的極板面積。 |
| C = 100 mF, V = 50 V, εᵣ = 2.2 (聚合物), DS = 5 MV/m | d = 10 μm，面積 ≈ 51,337 m²，能量 = 125 J，功率密度 ≈ 243.5 J/m³ | 50 V 下的 100 mF 需要極其龐大的極板面積——這也說明為何大電容量通常更適合採用電解電容結構。 |
| C = 0.1 μF, V = 5 V, εᵣ = 100 (陶瓷), DS = 2 MV/m | d = 2.5 μm，面積 ≈ 2.82×10⁻⁴ m²，能量 = 1.25 μJ，功率密度 ≈ 1.77 kJ/m³ | 微型高 εᵣ 陶瓷電容器；較高的介電常數帶來非常緊湊的尺寸。 |
關於電容器尺寸計算器
電容器是一種基礎的無源電子元件，它透過位於兩塊導電極板之間的絕緣材料（稱為介電質）在電場中儲存電能。電容器尺寸計算器可協助工程師、學生與電子愛好者，根據電氣規格推算平行板電容器的物理尺寸。
核心公式是平行板電容公式：C = ε₀ × εᵣ × A / d，其中 C 代表電容量（法拉），ε₀ = 8.854 × 10⁻¹² F/m 是真空介電常數，εᵣ 是絕緣材料的相對介電常數，A 是極板面積（平方公尺），d 是極板間距（公尺）。整理後可得所需極板面積 A = C × d / (ε₀ × εᵣ)。
極板間距 d 由工作電壓與材料的介電強度決定。介電強度表示材料在擊穿前可承受的最大電場強度，單位為伏每公尺。令 d = V / dielectricStrength，即可得到在指定電壓下避免擊穿所需的最小厚度。實際設計中，工程師通常會加入安全裕量——工作電壓一般不應超過額定擊穿電壓的 50%。
一旦知道了極板面積與厚度，其他關鍵參數也可直接推得。電容器儲能公式為 E = ½ CV²，說明能量與電壓平方成正比——電壓加倍，儲能會變為四倍。介質體積為 Vol = A × d，而體積能量密度（功率密度）為 E / Vol = ½ ε₀ εᵣ Eₘₐₓ²，其中 Eₘₐₓ 是電場強度。提高介電常數並盡量接近（但低於）擊穿電場，就能最大化能量密度。
介電材料的選擇是實現小型化最關鍵的因素。空氣的 εᵣ = 1，介電強度約為 3 MV/m。聚丙烯薄膜（εᵣ ≈ 2.2，DS ≈ 600 MV/m）在高頻性能方面表現優異。陶瓷材料的 εᵣ 範圍很大，從約 8（I 類，穩定）到 10,000 以上（II/III 類，受溫度影響較大）。電解電容使用極薄的氧化層作為介電質，在很小體積內獲得極高電容量，但通常只適用於單極性應用。
本計算器採用理想的平行板幾何模型。真實電容器會受到邊緣效應（極板邊緣附近的漏場）、繞卷或疊層結構、寄生電阻與寄生電感、介質的溫度係數以及老化等因素影響。對於精密設計，應始終參考製造商資料表，並採用適當的降額設計——通常工作電壓不應超過額定值的 60%–70%，且需保持在規定溫度範圍內。
如何使用電容器尺寸計算器
- 輸入所需的法拉單位電容量。若為微法，請使用科學記號（例如 1 μF = 1e-6）或對應的小數值（0.000001）。
- 輸入工作電壓（伏）。這是電容器在電路中實際承受的直流電壓；對於交流電路，請使用峰值電壓。
- 輸入所選材料的介電常數（εᵣ）。空氣≈1，聚丙烯≈2.2，聚酯≈3.2，陶瓷≈8–10,000。
- 輸入介電強度（V/m）。空氣≈3×10⁶，聚丙烯≈600×10⁶，陶瓷≈8×10⁶。此值決定了安全工作的最小極板間距。
- 點擊計算。結果會顯示極板間距、極板面積、儲存能量、介質體積、功率密度與工作電壓下的電場強度。也可以使用範例按鈕載入典型電容器配置。
常見問題
為什麼空氣電容器算出的極板面積這麼大？
空氣的介電常數只有 1，介電強度也相對較低（約 3 MV/m）。由於電容量與 εᵣ × A / d 成正比，要在 εᵣ = 1 的情況下達到較大的電容量，就必須使用非常大的極板面積。這也是實際電容器常採用陶瓷等高 εᵣ 材料的原因：介電常數為 1000 時，所需極板面積可縮小 1000 倍。
什麼是介電強度，它為什麼重要？
介電強度是材料在絕緣層擊穿、電流開始通過並永久損壞電容器之前所能承受的最大電場（V/m）。它決定了給定工作電壓下的最小極板間距 d = V / DS。介電強度越高，就能使用越薄的介質，從而提升電容量（因為 C ∝ 1/d），並在相同電容量與額定電壓下減小物理尺寸。
介電性質如何影響能量密度？
體積能量密度為 ½ × ε₀ × εᵣ × E²，其中 E 是電場強度。要最大化能量密度，就需要較高的介電常數，並盡量接近擊穿電場工作。不過，高 εᵣ 材料往往介電強度較低，因此最佳材料需要在兩者之間取得平衡。例如，聚丙烯薄膜的 εᵣ 只有約 2.2，但介電強度極高，約 600 MV/m，因此非常適合高能量密度應用。
我應該給計算出的極板間距留多少安全裕量？
多數電容器製造商都會按比預期擊穿電壓至少高 1.5–2 倍的標準來額定。電路設計中，通常建議電容器工作在額定電壓的 60%–70% 以內。對於本計算器，結果中的極板間距是假設直接工作在介電強度極限上得出的；為了長期可靠運行，建議至少再留出 2 倍的安全裕量（或者等效地將有效電壓額定值減半）。
這個計算器適用於圓柱形或繞卷式電容器嗎？
本計算器採用理想平行板幾何模型。電解電容與薄膜電容中常見的圓柱形（繞卷式）結構，本質上是將薄金屬箔捲成圓筒，因此計算出的極板面積可以直接對應——它代表的是金屬箔的總有效面積。邊緣效應、引線電感與等效串聯電阻未包含在模型中，在高頻條件下會變得很重要。
如何比較不同介電材料在同一應用中的表現？
先固定所需電容量與工作電壓，再比較不同材料的介電常數與介電強度。計算器會顯示每種材料對應的極板面積、體積與能量密度。相同能量下體積越小，效率越高。同時也要考慮溫度穩定性、頻率響應與成本：I 類陶瓷（NP0/C0G）非常穩定，但容量較小；II 類（X7R、X5R）則具備更高的容量密度，但電壓與溫度依賴性較明顯。