Praktische Aspekte bei Auswahl und Einsatz von Kondensatoren

Kondensatoren, wie jedes elektronische Bauteil, haben Betriebsgrenzen, die beachtet werden müssen, um Schaltungszuverlässigkeit und -leistung zu gewährleisten.

Arbeitsspannung des Kondensators

Arbeitsspannung: Ein Kondensator besteht im Wesentlichen aus zwei Leitern, getrennt durch ein Dielektrikum. Wird die Durchbruchspannung des Dielektrikums überschritten, entsteht ein interner Kurzschluss und irreversibler Schaden. Wählen Sie stets einen Kondensator mit einer Arbeitsspannung mindestens 20 % höher als die maximal erwartete Spannung in der Schaltung.

Kondensatorpolarität

Polarität: Bestimmte Kondensatoren, insbesondere Elektrolytkondensatoren, werden mit einer dünnen Isolierschicht auf einer Elektrode gefertigt. Diese Konstruktion macht sie empfindlich gegenüber Spannungspolarität; das Umkehren der Polarität zerstört das Dielektrikum und kurzschließt das Bauelement. Elektrolytkondensatoren sind eindeutig mit Polaritätspfeilen oder einem Pluszeichen gekennzeichnet. Unpolarisierte Typen – Keramik, Folie, Mylar, Luft – tragen solche Markierungen nicht und können in beide Richtungen angeschlossen werden.

Ersatzschaltbild des Kondensators

Ersatzschaltbild: Reale Kondensatoren weisen einen endlichen Serienwiderstand (ESR) und einen parallelen Leckwiderstand (R_L) auf. Diese parasitären Elemente beeinflussen Rippelstrombehandlung, Wärmeabfuhr und Frequenzgang. Moderne Fertigungstechniken ermöglichen ESR-Werte im Sub-Milliohm-Bereich und Leckwiderstände über 10¹² Ω, was Kondensatoren für die meisten Anwendungen nahezu ideal macht.

Physische Größe von Kondensatoren

Die Minimierung des Bauraums ist ein zentrales Ziel moderner Elektronik. Doch die Größe wird durch den Zielkonflikt zwischen Arbeitsspannung und Kapazität begrenzt. Um die Spannungsfestigkeit zu erhöhen, muss die Dielektrikumdicke wachsen, was die Kapazität verringert, es sei denn, die Plattenfläche wird erweitert – was die Größe erhöht. Daher können zwei Kondensatoren gleicher Abmessungen völlig unterschiedliche Kapazitäts- und Spannungswerte aufweisen, je nach Dielektrikumswahl.

Ein 2 µF Kondensator für 2000 V beansprucht ein relativ großes Gehäuse. Wäre das Dielektrikum dünner, könnte die Kapazität um das Hundertfache steigen, aber die Spannungsfestigkeit würde drastisch sinken. Im Gegensatz dazu kann ein ähnlich großer Elektrolytkondensator 20 000 µF bei nur 35 V Dauerbetrieb (45 V intermittierend) bieten, dank seines ultradünnen Dielektrikums.

Nachfolgend sind repräsentative Beispiele verschiedener Kondensatortypen gezeigt, alle kleiner als die oben genannten:

Elektrolyt- und Tantal-Kondensatoren sind polarisiert und tragen klare Polaritätsmarkierungen. Elektrolytkondensatoren zeigen einen Pfeil am Minuspol; manche polarisierten Typen kennzeichnen den Pluspol. Unpolarisierte Typen – Keramik, Folie, Mylar, Luft – haben keine Polaritätsanzeigen.

Kondensatoren sind allgegenwärtig auf Leiterplatten. Auf der unten gezeigten Platine ist jedes mit „C“ gekennzeichnete Bauteil ein Kondensator:

Die Platine enthält Standard-Elektrolytkondensatoren (C₃₀, C₃₆) und Tantal-Kondensatoren (C₁₄, C₁₉, C₂₄, C₂₂), die hohe Kapazität in kompakter Form bieten.

Noch kleinere SMD-Kondensatoren erscheinen auf der unten gezeigten Platine, was den Trend zu dichten, oberflächenmontierten Designs verdeutlicht:

Alle SMD-Bauteile, einschließlich dieser Kondensatoren und der Widerstände, wurden ausgewählt, um Platinenplatz zu sparen.

WEITERFÜHRENDE ARBEITSBLÄTTER:

• Kondensatoren Arbeitsblatt