ELModules©

Kerüljön közelebb az elektronikához, lépésről lépésre!

 

Kondenzátor

Az elektromos töltés tárolására készített technikai eszköz. Minden kondenzátor legalább két párhuzamos vezető anyagból (fegyverzet), és a közöttük lévő szigetelő anyagból (dielektrikum) áll.

A kondenzátor legfőbb jellemzője a kapacitás, ami definíció szerint a kondenzátorban felhalmozódott töltések és az ezek által létrehozott feszültség hányadosa, vagyis
       , ahol C a kapacitás, Q a töltés, U a feszültség.

Kondenzátor áramköri jele:   ;
A típus alapján találkozhatunk specializált rajzjelekkel is.
Kerámia: , Fólia: , Elektrolit: , Trimmer:
SI mértékegysége a Farad (F). 1 F = 1 As / V. Ez igen nagy érték, ezért a gyakorlati életben ennek több nagyságrenddel kisebb értékei használatosak: pF (piko farad = ×10-12), nF (nano farad = ×10-9), µF (mikro farad = ×10-6). Ez az elterjedt értékrend a magyarázata, hogy pl. a 10.000 µF helyett nem 10 mF értéket mondunk.

A kapacitás értékének kiszámításához az elméleti síkkondenzátor alkalmazható, melyben két, párhuzamos sík lemez (fegyverzet) van egymással szemben.
, ahol
  C : a kapacitás,
  ɛ0 : a vákuum dielektromos állandója
  ɛr : a fegyverzetek közötti dielektrikum permittivitása
  A : a fegyverzetek felülete
  d : a fegyverzetek távolsága

A képletből jól látszik a kapacitás növelésének törekvése: „nagy felületeket egymástól igen közel, jól elszigetelni”. A technikai fejlődésnek köszönhetően a kondenzátorok mérete folyamatosan csökken, ahogy sikerül egyre jobb szigetelő anyagokat készíteni.

Az elektronikában a kondenzátorokat kétféle módon csoportosíthatjuk:

  • A dielektrikum fajtája szerint
    • kerámia
    • műanyag (például stiroflex)
    • fém-oxid (elektrolit kondenzátorok)
    • tantál
    • levegő
    • transzformátorolaj
    • papír+transzformátorolaj

A gyakorlati életben ma már zömmel csak az első 4 fajta használatos.

  • Szerkezeti felépítés szerint
    • fix értékű
    • változtatható kapacitású (trimmer)

Az ellenállásokhoz hasonlóan a kondenzátorok is használhatók kombinációban. A két alapkapcsolás itt is a soros és a párhuzamos. A számolások is hasonlóak az ellenállásnál megismertekhez, azzal a különbséggel, hogy itt a párhuzamos kapcsolásban adódnak össze a kapacitás értékek, a sorosnál pedig a replusz szabály érvényes.

Párhuzamos kapcsolás: CE = C1 + C2 + ... + Cn   

 

Soros kapcsolás: 1/CE = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn  

Névleges feszültség:

A kondenzátorra kapcsolt feszültség a vékony dielektrikumot (anyagától és vastagságától függő értéknél) „átüti”, ami károsítja a kondenzátort. Azt a maximális feszültséget, ami mellett a kondenzátor még biztonságosan használható, névleges feszültségének nevezzük. Ezt az értéket a gyártók a kapacitás mellett szokták feltüntetni.

Gyakorlati alkalmazás: (természetesen a teljesség igénye nélkül)

A kerámiakondenzátorok kis méretű kerámia lapkák, melyek 2 oldalára fém gőzöléssel alakítják ki a fegyverzeteket. A pF és nF tartományban és elsősorban szűrő feladatra, vagyis az apró, nagyfrekvenciás feszültség tüskék simítására / elnyelésére használják őket. Ezek a kondenzátorok elég érzékenyek a hőmérséklet változásra.

A nagyobb kapacitás elérése érdekében akár több lemezkét is rakhatnak egymásra, így kapjuk a multilayer (=több rétegű) kondenzátorokat.

A fóliakondenzátorok leginkább olyan, jelfeldolgozó áramkörökben jelennek meg, ahol a kerámia kondenzátorok pontatlansága és érzékenysége nem megengedhető. Tömb vagy tekercselt kivitelben készülnek. A tömb kivitel szórt induktivitása és ekvivalens soros ellenállása alacsonyabb, ezért magasabb frekvenciákon jobban használható. A tekercselt kivitelt viszont egyszerűbb gyártani, ezért ára is alacsonyabb.

 

Az elektrolitkondenzátorok (ELCO) nagyobb kapacitásuknak köszönhetően inkább olyan kapcsolásokban jelennek meg, ahol nagy mennyiségű töltést kell befogadni és kibocsátani (pl. tápegységekben a feszültség ingadozás, hullámzás kisimítása). Igen fontos megjegyezni, hogy az elektrolitkondenzátoroknál számít a tartósan rákapcsolt feszültség polaritása. Ezt jelzik is a külső burkolatukon. Fordított polaritás hatására olyan kémiai reakciók játszódnak le a kondenzátor dielektrikumában, ami a kondenzátor tönkremenetelét okozzák, sőt akár fel is robbanhatnak, ezért az ilyen kondenzátoroknál (különösen a nagy kapacitásúak esetében) fokozott körültekintés szükséges. Továbbá arról sem szabad elfeledkezni, hogy a feltöltött kondenzátor az áramkör kikapcsolása után is tárol(hat) töltéseket, vagyis a kivezetéseit megérintve áramütést is okozhatnak. Nagyfeszültségű és kellően nagy kondenzátor komoly sérülést vagy akár halált is okozhat!
Nem árt tudni, hogy az elektrolitkondenzátorok kapacitása a rájuk adott feszültség függvényében is, általában -20% és +50% között változhat. Ez a változás csökkenthető a kondenzátorok úgynevezett formázásával, ami gyakorlati tapasztalat szerint a rájuk írt maximális feszültségérték 50%-án történik, mintegy 3 órán keresztül. A megfelelő formázással és a maximális feszültségérték 50%-án történő használattal (túlméretezés) az elektrolitkondenzátorok élettartama lényegesen megnövelhető.

A tantálkondenzátorok tulajdonságai hasonlóak az alumínium-elektrolit kondenzátorokéhoz. Fajlagos kapacitásuk magasabb, nagy frekvenciás tulajdonságai pedig sokkal jobbak. Kevésbé öregszenek és szélesebb hőmérséklet tartományt viselnek el. Az áruk ennek megfelelően lényegesen magasabb, ezért az alkalmazásuk körültekintést igényel.