Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Bestandteil des Monats: Der Kondensator

Ich freue mich riesig auf die Komponente dieses Monats: den Kondensator! Es ist eine elektronische Komponente, die eine kleine Menge Energie in einem elektrischen Feld speichert. Kappen bilden eine sehr vielfältige Familie von Komponenten! Wie üblich beginnen wir unsere Berichterstattung mit einem Auszug aus Charles Platt's stellarer Encyclopedia of Electronic Components, Vol. 1

Was es macht

Ein Kondensator, der an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, sammelt eine Ladung, die nach dem Trennen der Quelle bestehen bleibt. Auf diese Weise speichert (und kann) der Kondensator Energie wie eine kleine wiederaufladbare Batterie. Die Lade- / Entlade-Rate ist extrem schnell, kann jedoch durch einen Serienwiderstand begrenzt werden, der es ermöglicht, den Kondensator als Timing-Komponente in vielen elektronischen Schaltungen zu verwenden.

Ein Kondensator kann auch verwendet werden, um Gleichstrom zu blockieren, während er Impulse oder elektrisches Rauschen oder Wechselstrom oder Audiosignale oder andere Wellenformen durchlässt. Diese Fähigkeit ermöglicht es, die von den Netzteilen bereitgestellte Ausgangsspannung zu glätten. um Spitzen von Signalen zu entfernen, die sonst dazu neigen würden, falsche Komponenten von digitalen Schaltungen auszulösen; um die Frequenzantwort einer Audioschaltung einzustellen; oder um separate Bauteile oder Schaltungselemente zu koppeln, die vor der Übertragung von Gleichstrom geschützt werden müssen.

Auf der rechten Seite sind schematische Symbole für Kondensatoren dargestellt. Oben links befindet sich ein nicht polarisierter Kondensator, während die beiden anderen anzeigen, dass ein polarisierter Kondensator verwendet werden muss und wie gezeigt ausgerichtet sein muss. Die Variante unten wird am häufigsten in Europa verwendet. Verwirrenderweise kann das nicht polarisierte Symbol auch verwendet werden, um einen polarisierten Kondensator zu identifizieren, wenn ein Pluszeichen hinzugefügt wird. Die polarisierten Symbole werden manchmal ohne Pluszeichen gedruckt, die Symbole zeigen jedoch an, dass die Polarität beachtet werden muss.

Wie es funktioniert

In seiner einfachsten Form besteht ein Kondensator aus zwei Platten, an die jeweils eine Leitung zum Anschluss an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist. Die Platten sind durch eine dünne isolierende Schicht getrennt, die als Dielektrikum bekannt ist. Dies ist normalerweise ein Feststoff oder eine Paste, kann jedoch flüssig, gelförmig, gasförmig oder Vakuum sein.

Die Platten der meisten Kondensatoren bestehen aus einem dünnen Metallfilm oder einem metallisierten Kunststofffilm. Um die Größe des Bauteils zu minimieren, kann der Film zu einem kompakten zylindrischen Gehäuse aufgerollt werden oder mehrere flache Abschnitte können verschachtelt sein.

Elektronen von der Stromquelle wandern auf die Platte, die an der negativen Seite der Quelle befestigt ist, und neigen dazu, Elektronen von der anderen Platte abzustoßen. Dies kann als das Erzeugen von Elektronenlöchern in der anderen Platte oder als Anziehen positiver Ladungen betrachtet werden. Wenn der Kondensator von der Stromquelle getrennt wird, bleiben die entgegengesetzten Ladungen auf seinen Platten infolge ihrer gegenseitigen Anziehung im Gleichgewicht bestehen, obwohl die Spannung durch Leckagen entweder durch das Dielektrikum oder über andere Pfade allmählich abgebaut wird.

Format

Die drei gebräuchlichsten Gehäuse für Kondensatoren sind zylindrische, scheibenförmige und rechteckige Tabletts.

Ein zylindrischer Kondensator kann axiale Anschlüsse (ein an jedem Ende befestigter Draht) oder radiale Anschlüsse (beide Drähte, die aus einem Ende austreten) aufweisen. Radialkondensatoren werden häufiger eingesetzt, da sie leicht in eine Leiterplatte eingesetzt werden können. Der Kondensator ist normalerweise in einer kleinen Aluminiumdose untergebracht, die an einem Ende geschlossen ist, am anderen Ende mit einer Isolierscheibe verschlossen und mit einer dünnen Schicht aus isolierendem Kunststoff umwickelt ist.

Ein Scheibenkondensator (manchmal als Knopfkondensator bezeichnet) ist üblicherweise von einer isolierenden Keramikverbindung ummantelt und weist radiale Zuleitungen auf. Moderne Keramikkondensatoren mit geringem Wert werden eher in Epoxidharz getaucht oder sind quadratische Tabletten.

Ein oberflächenmontierter Kondensator ist quadratisch oder rechteckig, normalerweise in jeder Dimension einige Millimeter, mit zwei leitfähigen Kontaktstellen oder Kontakten an gegenüberliegenden Enden. Es scheint fast identisch mit einem Widerstand zur Oberflächenmontage. Kondensatoren mit höherem Wert sind zwangsläufig größer, können jedoch immer noch für Aufputzanwendungen konzipiert werden.

Viele Kondensatoren sind nicht polarisiert, was bedeutet, dass sie unempfindlich gegen Polarität sind. Elektrolyt- und Tantalkondensatoren müssen jedoch "an der richtigen Stelle" an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden. Wenn eine Führung länger ist als die andere, muss es die „positivere“ Führung sein. Eine Markierung oder ein Band an einem Ende des Kondensators zeigt das "negativere" Ende an. Tantalkondensatoren zeigen wahrscheinlich die positive Leitung an, indem sie ein + -Zeichen auf dem Körper der Komponente verwenden.

Ein auf der Seite eines Kondensators aufgedruckter Pfeil zeigt normalerweise auf den "mehr negativen" Anschluss. Bei einer Aluminiumdose mit axialen Anschlüssen ist die Zuleitung an einem Ende mit einer Isolierscheibe versehen, während die andere Zuleitung fest mit dem abgerundeten Ende der Dose verbunden ist. Der Draht am isolierten Ende muss "positiver" sein als der Draht am anderen Ende.

Ein Kondensatorfeld enthält zwei oder mehr Kondensatoren, die intern voneinander isoliert sind und über externe Kontakte zugänglich sind. Sie werden im Surface-Mount-Format sowie in Durchgangsbohrungen im DIP- (Dual-Inline-Package) oder SIP-Format (Single-Inline Package) angeboten. Die internen Komponenten können in einer von drei Konfigurationen angeschlossen werden: isoliert, gemeinsamer Bus oder gemeinsamer Bus mit zwei Enden. Technisch sollte die isolierte Konfiguration als Kondensatorarray bezeichnet werden, in der Praxis werden jedoch alle drei Konfigurationen üblicherweise als Kondensatornetze bezeichnet.

Haupttypen

Elektrolytkondensatoren sind relativ billig, kompakt und in großen Mengen verfügbar. Diese Eigenschaften haben sie zu einer beliebten Wahl in der Unterhaltungselektronik gemacht, insbesondere für Stromversorgungen. Die Kapazität einer Elektrolyse wird durch periodisches Anlegen von Spannung aufgefrischt. Eine feuchte Paste im Kondensator soll die dielektrische Leistung bei angelegter Spannung verbessern, kann aber über Jahre hinweg austrocknen. Wenn eine Elektrolyse etwa 10 Jahre lang gelagert wird, kann dies zu einem Kurzschluss zwischen den Leitungen führen, wenn sie mit Strom versorgt wird.

Eine bipolare Elektrolyse ist ein einzelnes Gehäuse, das zwei Elektrolytkondensatoren in Reihe und Ende mit entgegengesetzten Polaritäten enthält, so dass die Kombination verwendet werden kann, wenn die Spannung eines Signals über und unter 0 V Gleichspannung schwankt. Es besteht aus zwei Elektrolyten in Reihe mit entgegengesetzten Polaritäten. Bei dieser Art von Komponente werden wahrscheinlich "BP" (bipolar) oder "NP" (nicht polarisiert) auf die Hülle gedruckt. Es kann in Audiokreisen verwendet werden, in denen polarisierte Kondensatoren normalerweise ungeeignet sind und wahrscheinlich billiger als nichtelektrolytische Alternativen sind. Es weist jedoch die gleichen Schwächen auf wie alle Elektrolyten.

Tantalkondensatoren sind kompakt, aber relativ teuer und können anfällig für Spannungsspitzen sein. Sie reagieren empfindlich auf falsche Polung. Normalerweise werden sie in ein Epoxidharz getaucht und nicht in eine kleine Aluminiumdose wie Elektrolyse eingebaut, sodass der Elektrolyt weniger wahrscheinlich verdunsten und austrocknen kann. Tantalkondensatoren mit Oberflächenmontage werden immer beliebter, da Keramikkondensatoren mit hohem Wert verfügbar werden, mit kleineren Abmessungen und einem geringeren äquivalenten Serienwiderstand.

Einschicht-Keramikkondensatoren werden häufig für den Bypass verwendet und sind für Hochfrequenz- oder Audioanwendungen geeignet. Ihr Wert ist mit der Temperatur nicht sehr stabil, obwohl die "NPO" -Varianten stabiler sind. Mehrschichtkeramikkondensatoren sind kompakter als Einschichtkeramik und werden daher immer beliebter.

Farads

Die elektrische Speicherkapazität eines Kondensators wird in Farad gemessen, die universell durch den Buchstaben F dargestellt wird. Ein Kondensator, der mit einer Potentialdifferenz zwischen seinen Platten von 1 Volt aufgeladen werden kann, in einer Zeit von 1 Sekunde, während der er 1 Amp zieht. hat eine Kapazität von 1 Farad.

Da der Farad eine große Einheit ist, haben Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen fast immer gebrochene Werte: Mikrofarad (µF), Nanofarad (nF) und Picofarad (pF). In der Abkürzung für μF sollte der griechische Buchstabe μ (mu) verwendet werden, häufig wird jedoch ein Kleinbuchstabe u verwendet. So bedeutet zum Beispiel 10uF dasselbe wie 10uF.

1F = 1.000.000 & mgr; F und 1 & mgr; F = 1.000.000pF. Daher entspricht 1 Farad 1 Billion Picofarad - ein sehr großer Bereich möglicher Werte. Siehe Abbildung 16, „Äquivalente Werte für Picofards, Nanofarad und Mikrofarad. Die nF-Einheit wird hauptsächlich in Europa verwendet. “Und Abbildung 17,„ Äquivalente Werte für Mikrofarad und Farad. Da der Farad eine so große Einheit ist, verwenden elektronische Schaltungen fast immer gebrochene Werte. “Für Diagramme, die äquivalente Werte in verschiedenen Einheiten zeigen.

Die nF-Einheit ist in Europa häufiger als in den Vereinigten Staaten. Eine 1nF-Kapazität wird in den USA häufig als 0,001 μF oder 1.000pF ausgedrückt. In ähnlicher Weise wird eine Kapazität von 10 nF fast immer als 0,01 μF ausgedrückt, und eine Kapazität von 0,1 nF wird eher als 100 pF ausgedrückt.

In europäischen Schemata können Wertsymbole als Ersatz für Dezimalpunkte verwendet werden. Zum Beispiel kann ein 4,7 pF-Kondensator als 4p7 gezeigt werden, ein 6,8nF-Kondensator kann als 6n8 gezeigt werden und ein 3,3 uF-Kondensator kann als 3 & mgr; 3 gezeigt werden.

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