Praktische Überlegungen – Kondensatoren

Kondensatoren unterliegen wie alle elektrischen Komponenten Einschränkungen, die aus Gründen der Zuverlässigkeit und des ordnungsgemäßen Betriebs der Schaltung beachtet werden müssen.

Kondensator-Arbeitsspannung

Arbeitsspannung :Da Kondensatoren nichts anderes als zwei Leiter sind, die durch einen Isolator (das Dielektrikum) getrennt sind, müssen Sie auf die maximal zulässige Spannung achten. Wenn zu viel Spannung angelegt wird, kann die „Durchschlagsleistung“ des dielektrischen Materials überschritten werden, was zu einem internen Kurzschluss des Kondensators führt.

Kondensatorpolarität

Polarität :Einige Kondensatoren werden so hergestellt, dass sie die angelegte Spannung nur in einer Polarität tolerieren, aber nicht in der anderen. Dies liegt an ihrer Konstruktion:Das Dielektrikum ist eine mikroskopisch dünne Isolationsschicht, die während der Herstellung durch eine Gleichspannung auf eine der Platten aufgebracht wird. Diese werden als elektrolytisch bezeichnet Kondensatoren , und ihre Polarität ist deutlich gekennzeichnet.

Das Umkehren der Spannungspolarität an einem Elektrolytkondensator kann zur Zerstörung dieser superdünnen dielektrischen Schicht führen, wodurch die Vorrichtung zerstört wird. Die Dünne dieses Dielektrikums ermöglicht jedoch extrem hohe Kapazitätswerte bei relativ kleiner Packungsgröße. Aus dem gleichen Grund haben Elektrolytkondensatoren im Vergleich zu anderen Arten von Kondensatorkonstruktionen eine niedrige Nennspannung.

Kondensator-Äquivalentschaltung

Ersatzschaltung: Da die Platten in einem Kondensator einen gewissen Widerstand haben und kein Dielektrikum ein perfekter Isolator ist, gibt es keinen „perfekten“ Kondensator. Im wirklichen Leben hat ein Kondensator sowohl einen Serienwiderstand als auch einen parallelen (Ableit-)Widerstand, die mit seinen rein kapazitiven Eigenschaften interagieren:

Glücklicherweise ist es relativ einfach, Kondensatoren mit sehr kleinen Serienwiderständen und sehr hohen Ableitwiderständen herzustellen!

Physische Größe des Kondensators

Für die meisten Anwendungen in der Elektronik ist die minimale Baugröße das Ziel im Komponenten-Engineering. Je kleiner die Komponenten sind, desto mehr Schaltungen können in ein kleineres Gehäuse eingebaut werden, und normalerweise wird auch Gewicht gespart. Bei Kondensatoren gibt es zwei Haupteinschränkungsfaktoren für die Mindestgröße einer Einheit:Arbeitsspannung und Kapazität . Und diese beiden Faktoren stehen in der Regel im Gegensatz zueinander. Bei jeder gegebenen Auswahl an dielektrischen Materialien besteht die einzige Möglichkeit, die Nennspannung eines Kondensators zu erhöhen, darin, die Dicke des Dielektrikums zu erhöhen. Dies hat jedoch, wie wir gesehen haben, den Effekt einer Verringerung der Kapazität. Die Kapazität kann durch Vergrößern der Plattenfläche wieder erhöht werden. aber das macht für eine größere einheit. Aus diesem Grund können Sie die Nennleistung eines Kondensators in Farad nicht einfach nach der Größe beurteilen. Ein Kondensator jeder gegebenen Größe kann eine relativ hohe Kapazität und eine niedrige Arbeitsspannung haben, oder umgekehrt, oder ein Kompromiss zwischen den beiden Extremen. Nehmen Sie zum Beispiel die folgenden zwei Fotos:

Dies ist ein ziemlich großer Kondensator in der physikalischen Größe, aber er hat einen recht niedrigen Kapazitätswert:nur 2 µF. Seine Arbeitsspannung ist jedoch ziemlich hoch:2000 Volt! Wenn dieser Kondensator so umgebaut würde, dass er eine dünnere Dielektrikumsschicht zwischen seinen Platten hat, könnte eine mindestens hundertfache Erhöhung der Kapazität erreicht werden, jedoch auf Kosten einer erheblichen Verringerung seiner Arbeitsspannung. Vergleichen Sie das obige Foto mit dem unteren. Der im unteren Bild gezeigte Kondensator ist eine Elektrolyteinheit, ähnlich groß wie der obige, aber mit sehr verschiedene Werte von Kapazität und Arbeitsspannung:

Die dünnere dielektrische Schicht verleiht ihm eine viel größere Kapazität (20.000 µF) und eine drastisch reduzierte Arbeitsspannung (35 Volt kontinuierlich, 45 Volt intermittierend).

Hier sind einige Beispiele verschiedener Kondensatortypen, die alle kleiner als die zuvor gezeigten Einheiten sind:

Die Elektrolyt- und Tantalkondensatoren sind polarisiert (polaritätsempfindlich) und sind immer als solche gekennzeichnet. Die negativen (-) Leitungen der Elektrolyteinheiten sind durch Pfeilsymbole auf ihren Gehäusen gekennzeichnet. Bei einigen polarisierten Kondensatoren wird die Polarität durch die Markierung des Pluspols gekennzeichnet. Der Pluspol (+) der großen Elektrolyseeinheit mit 20.000 µF ist in aufrechter Position mit einem „Plus“ gekennzeichnet. Keramik-, Mylar-, Plastikfolien- und Luftkondensatoren haben keine Polaritätsmarkierungen, da diese Typen nicht polarisiert sind (sie sind nicht polaritätsempfindlich).

Kondensatoren sind sehr verbreitete Komponenten in elektronischen Schaltungen. Schauen Sie sich das folgende Foto genau an – jedes mit „C“ gekennzeichnete Bauteil auf der Leiterplatte ist ein Kondensator:

Einige der auf dieser Platine gezeigten Kondensatoren sind Standard-Elektrolytkondensatoren:C₃₀ (Oberseite der Tafel, Mitte) und C₃₆ (linke Seite, 1/3 von oben). Einige andere sind eine spezielle Art von Elektrolytkondensatoren namens Tantal , weil dies die Art von Metall ist, aus dem die Platten hergestellt werden. Tantalkondensatoren haben für ihre physikalische Größe eine relativ hohe Kapazität. Die folgenden Kondensatoren auf der oben gezeigten Platine sind Tantal:C₁₄ (direkt unten links von C₃₀ ), C₁₉ (direkt unter R₁₀ , was unter C₃₀ liegt ), C₂₄ (untere linke Ecke der Tafel) und C₂₂ (unten rechts).

Beispiele für noch kleinere Kondensatoren sind auf diesem Foto zu sehen:

Die Kondensatoren auf dieser Platine sind wie alle Widerstände aus Platzgründen „Surface Mount Devices“. Gemäß der Konvention zur Kennzeichnung von Komponenten können die Kondensatoren durch Etiketten identifiziert werden, die mit dem Buchstaben „C“ beginnen.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt Kondensatoren