Kondensator

Was ist Kapazität?

Ein Kondensator in einer elektrischen Schaltung ist ein Bauelement, das elektrische Ladung aufnimmt, speichert und auch wieder abgibt. Eine solche Schaltung hat mehrere Anwendungen. Er kann verwendet werden, um Spannungsschwankungen zu glätten, die Spannung dosiert (gepulst) abzugeben oder (in Kombination mit einer Spule) die Spannung auf eine bestimmte Frequenz abzustimmen (wie bei einem Radio). Jeder Kondensatortyp hat seine eigenen Spezifikationen, arbeitet aber immer auf der Basis von zwei getrennten Leitern. Elektrische Ladung kann zwischen zwei voneinander elektrisch isolierten Flachten passieren. Schließt man die Flachten mit einem Serienwiderstand an eine Spannungsquelle an, so fließt ein Strom und Elektronen werden von einer Flachte zur anderen transportiert. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld zwischen den beiden Flachten, in dem Energie gespeichert wird. Wenn die Spannungsquelle entfernt und ein Widerstand an die Flachten angeschlossen wird, fließt ein entgegengesetzter Strom, der die im elektrischen Feld gespeicherte Energie freisetzt. Dies führt dazu, dass die Spannung über den beiden Flachten wieder abfällt. Je höher die Kapazität, desto länger dauert es, bis ein Kondensator geladen und wieder entladen ist.

Bezeichnung

Kapazität wird in der physikalischen Größe Farad ausgedrückt. Diese physikalische Größe ist nach dem englischen Wissenschaftler und Forscher Michael Faraday benannt. Viele Kondensatoren, die in der Elektronik verwendet werden, haben eine Kapazität, die viel kleiner als ein Farad ist. Deshalb werden die SI-Präfixe u für micro 10-6 , n für nano 10-9 und p für pico 10-12 oft verwendet, um eine kleinere Kapazität anzugeben. Allekabel.de bietet Kondensatoren mit Kapazitäten ab 0,6 µF an. Nachfolgend eine Übersicht der verwendeten Symbole.

Aufbau eines Kondensators

Der in der Elektronik verwendete Kondensator besteht aus zwei elektrisch leitenden Schichten, die dicht beieinander liegen und durch eine Isolierschicht getrennt sind. An beiden Leitern ist ein Verbindungsdraht angebracht. Je nach Typ können die leitenden Schichten aus Aluminiumfolie oder einem Isolator mit einer darauf aufgebrachten leitenden Aluminiumschicht bestehen. Die Isolierschicht kann eine dünne Folie oder eine isolierende Keramikflachte sein. Bei einem Folienkondensator wird die Folie oft aufgerollt, anschließend wird die Rolle mit einer Kunststoffisolierschicht versehen oder in einer Aluminiumdose untergebracht. Wenn Sie einen Kondensator mit der richtigen Kapazität kaufen wollen, hängt dies von einer Reihe von Konstruktionsfaktoren ab. Die erste ist die Oberfläche der beiden Leiter. Je größer die Oberfläche, desto höher die Kapazität. Der zweite Faktor ist der Leiterabstand. Je kleiner der Abstand zwischen den Leitern ist, desto größer ist die Kapazität. Der dritte Faktor ist die relative Permittivität des Isolationsmaterials. Dies ist der Grad, in dem ein Material durch ein elektrisches Feld polarisiert wird. Mit zunehmender relativer Dielektrizitätskonstante des Materials steigt auch die Kapazität.

Welchen Kondensator soll ich kaufen?

Es gibt viele verschiedene Arten, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Bei einem Folienkondensator besteht die Isolationsschicht aus einer Kunststofffolie. Die leitende Schicht wird oft auf die Folie aufgebracht. Jede Lage ist mit einem Verbindungsdraht versehen. Danach werden zwei dieser Lagen übereinander gelegt und zu einem flachen oder runden Paket aufgerollt. Dieses Paket wird dann in ein Kunststoffgehäuse gelegt. Bei einem Keramikkondensator besteht der Isolator zwischen den Leitern aus keramischem Material. Die Kapazität dieses Typs ist relativ gering, aber sie ist stabil und bleibt über einen großen Frequenzbereich gleich. Deshalb findet man diesen Typ häufig in Hochfrequenzschaltungen. Dieser Typ kann aus einer Keramikflachte bestehen oder es können mehrere Flachten gestapelt werden, um die Kapazität zu erhöhen. Jeder Typ hat auch eine maximale Arbeitsspannung. Wenn ein Kondensator oberhalb dieser Spannung aufgeladen wird, besteht die Möglichkeit, dass das elektrische Feld über der Isolationsschicht so hoch wird, dass die Isolationsschicht durchbricht. Dies kann einen Kurzschluss verursachen, der zu hohen Strömen führt, die einen Kondensator weiter beschädigen.

Der Elektrolytkondensator

Der Elektrolytkondensator, kurz Elektrolytkondensator, ist ein Kondensator mit einer hohen Kapazität. Bei einem Elektrolytkondensator wird einer der beiden Aluminiumleiter aufgeraut, wodurch Rillen entstehen, die die Oberfläche um den Faktor zehn bis hundert vergrößern. Anschließend wird eine dünne Schicht aus gut isolierendem Aluminiumoxid aufgetragen. Diese dünne Schicht ist die eigentliche Isolierschicht. Der Raum zwischen den beiden Blechen wird dann mit einer leitfähigen elektrolytischen Lösung gefüllt, die auch die Rillen füllt. Diese Methode der Oberflächenvergrößerung der Flachte führt zu einer deutlichen Kapazitätserhöhung. Die Aluminiumoxidschicht ist nur wenige Mikrometer dick, was die Kapazität weiter erhöht. Mit dieser Technik ist es möglich, kleine Elektrolytkondensatoren mit einer hohen Kapazität herzustellen. Der Nachteil des Elektrolytkondensators ist, dass er polaritätsempfindlich ist und daher einen Plus- und einen Minuspolig hat. Das bedeutet, dass es nur eine Möglichkeit gibt, eine Gleichspannung an einen Elektrolytkondensator anzuschließen. Wird die Spannung falsch herum angeschlossen, bricht durch den Ionentransport die Oxidschicht auf, es entsteht ein Kurzschluss und der Kondensator verliert seine Fähigkeit, Ladung zu speichern.