A kondenzátor ( latinul condensus: sűrítés, tömörítés ) egy elektromos alkatrész, az elektromos mező energiáját tárolja.
Leegyszerűsítve, a kondenzátorok két egymással szemben elhelyezkedő fém lapból (fegyverzetek) és a közöttük lévő légrésből állnak. Ha a lemezeket vezetékekkel feszültségforrás pólusaira kapcsoljuk, a vezetékekben elektromos áram kezd folyni, amelynek áramerőssége az idővel exponenciálisan csökken. Közben az egyik lemez pozitív, a másik negatív töltést kap. A kondenzátor az áramforrásról történő lekapcsolás után is megtartja a töltését. Az egymással szemközt elhelyezett lemezek mechanikailag többféleképpen variálhatók, például úgy, hogy összetekert alufólia fegyverzetek közé szigetelőanyagot (dielektrikumot) helyeznek, így a légrést és a kondenzátort is a lehető legkisebbre csökkentik. A kapacitás a kondenzátor legfontosabb tulajdonsága, amely azt mutatja meg, hogy egy adott feszültség hatására mennyi energiát képes tárolni. Az elektromos kapcsolásokban különféle célokkal használják a kondenzátorokat.
A kondenzátoron, a diszkrét alkatrészen kívül számos más, a környezetünkben megtalálható tárgynak és berendezésnek is vannak kondenzátor tulajdonságai. Ilyenek például a két (vagy több) fém vezetékkel ellátott, hatalmas kiterjedésű tengeralatti kábelek. A távírásban korábban egyenáramot használtak, amely minden impulzusnál először a kábelvezeték teljes felületét töltötte fel és csak utána volt fogható a jel a kábel másik végén. Ez a távírást nagyon lelassította.
A kezdetek:
A legrégebbi kondenzátor a leideni palack, ami lényegében egy kívül-belül fémmel körülvett üvegedény. Az üveg szigetelésként működött. A leideni palackot és a működési elvét egymástól függetlenül ketten is felfedezték. Az egyikük Ewald Jürgen Georg von Kleist esperes Camminban ( település Pommeránia porosz tartományban) 1745-ben találta fel, a másik Pieter van Musschenbroek fizikus volt, aki egy évvel később, Leydenben találta fel ugyanezt, amikor a laboratóriumában üveggel és fémdarabokkal elektromos kísérleteket végzett.
A leideni palack élőállítója tapasztalta első ízben – nem kis rémületére – a testén átugró szikra alakjában az áramütést .A leideni palackot és a hozzá hasonló laboratóriumi eszközöket a későbbiekben már nem az áramütés szemléltetésére használták, az elektromosság és az áramforrások természetét bemutató kísérletek nélkülözhetetlen kellékei lettek. A leideni palackok hihetetlenül nagy feszültséget képesek tárolni, ezért ma a magasfeszültséggel végzett kísérletekhez használják őket.
A leideni palackok manapság már polietilén -PET- palackokból készülnek, melyek lényegesen jobb tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az üvegpalackok. A vékony falvastagság és a műanyag nagy dielektromos állandója miatt ennek a leideni palacknak sokkal nagyobb a kapacitása, mint egy hasonló méretű üvegből készült palacknak.
Nagy kapacitású kondenzátorok:
A nagy kapacitású kondenzátorokat általában akkor használják, ha a kapcsolás nem igényel különösebben se szabályozást, se finombeállítást. A műszaki követelményektől (nagyság, feszültségtűrés, stb.) és a gazdasági kívánalmaktól (ár) függően többféle kiszerelésű kondenzátor létezik, melyek a dielektrikum típusában, az elektródák méretében vagy geometriai formájukban különböznek egymástól.
A fémbevonatú kondenzátor két feltekert műanyag fóliából áll, a melynek mindkét oldalára alumíniumot gőzöltek.
Formáját tekintve olyan, mint a rétegkondenzátor – az egyes rétegek egy nagy tömbben, szendvicsszerűen helyezkednek el. A rétegkondenzátorok indukciós képessége alacsony. Ezek a kondenzátorok akár két rétegű fóliából is állhatnak és az is előfordulhat, hogy a fóliák csak az egyik oldalon kapnak fémbevonatot. Ha ez a fajta kondenzátor kilyukad, akkor képes arra, hogy önmagát helyreállítsa, mert a lyuk körüli vékony fémréteg elpárolog.
– Impulzusbiztos kondenzátorok
– A kerámia kondenzátorok egy dielektrikumból, amely egy kerámia csövecske vagy egy vékony kerámia tárcsa és egy fém bevonatú elektródából állnak.
A kerámia tárcsa állhat egyetlen egy, mindkét oldalán bevont tárcsából, vagy több tárcsából, azaz lehet egy többrétegű kondenzátor is.
– Az elektrolit kondenzátor (elko) egyik elektródája egy alumíniumfólia, a másik elektródája pedig elektrolit. Az alumíniumfóliára alumíniumoxid réteg rakódik, ami szigetelő dielektrikumként muködik. Az elektrolit egy vezető folyadék. Az elektrolitkondenzátornak az egyszerűsége ellenére is nagy az elektromos kapacitása, elérheti az 1 F értéket is. A többi kondenzátorral ellentétben, az elektrolitkondenzátornak meghatározott polaritása van. Az alumíniumfólia mindig pozitív, az elektrolit mindig a negatív töltésű elektróda. A negatív elektróda mechanikailag egy fémkehely, ez a kondenzátor háza, az elektrolitot és a pozitív anódot tartalmazza.
Az alábbiakban felsorolunk néhány további kondenzátor formát: > Alumínium elektrolit kondenzátor > Tantál elektrolit kondenzátor > Kétrétegű kondenzátor, pl.: Gold Cap > Bipoláris elektrolit kondenzátor (polaritás nélküli elektrolit kondenzátor, váltakozó feszültség esetén alkalmazzák )
Változó kapacitású kondenzátor:
A változó kapacitású kondenzátorok kapacitásértékét változtatni lehet adott értéktartományon belül. A változó kapacitású kondenzátorokat áramköri beszabályzáshoz vagy finombeállításokhoz használják.
– A forgó- vagy trimmerkondenzátor olyan fémlapokból áll, amelyek szemben levő felületeit egy forgószerkezet segítségével változtatni lehet. A kapacitás megsokszorozására egymásba kapcsolódó lemezcsomagokat építenek össze. Ezeket az áramkörön belüli rezgőkörök frekvenciájának megváltoztatására használják, például rádiókban az adók beállításához. Ma már, különösen az URH sávban kapacitásdiódákkal váltják fel.
– A kondenzátormikrofonnak egy nagyon vékony, ezred milliméternyi vastagságú membránja van, amelyre gyűrű alakban fémet gozölögtetnek. A membrán a szigetelő, azaz a dielektrikum, a felgozolt fém pedig a fegyverzet. Az odaérkező hang megrezegteti a membránt, ezáltal a két fegyverzet közötti távolság és ezzel együtt a kondenzátor kapacitása is megváltozik. A kapacitás váltakozása elektromos jelet hoz létre. Ez a jel azonban olyan gyenge és olyan nagy a mikrofon impedanciája, hogy a jel kábeleken keresztül nem továbbítható. Ezért a mikrofonházba eloerősítőt – preamplifiert- építenek, ami jelet felerősíti és adott esetben frekvenciakorrekcióról is gondoskodik.
– A kapacitásdióda, amelyet varikapnak, varaktornak, beállító diódának illetve töltés tároló diódának is neveznek, egy elektromos félvezető alkatrész. Ha a dióda záró irányába muködik, akkor a pn átmenetnél egy ritka töltésű sáv és ezzel együtt egy elektromos mező keletkezik. A feszültség növekedésével a ritka töltésű sáv is növekszik, a kapacitás pedig csökken. A rákapcsolt feszültség változtatásával elektromosan vezérelhető kapacitást lehet létrehozni.
Jelölések:
A kondenzátorok jelölései nem olyan egységesek, mint az ellenállásoké. Az alábbiakban felsorolunk néhány lehetséges jelölést:
– 473: Az első két szám a pikofarad értéket, a harmadik szám az utána következő nullák számát jelöli. 473 jelentése tehát 47000 pF = 47 nF.
– 3n9: jelentése 3,9 nF.
– .33 K 250: Az első szám a mikrofarad értéket adja meg, tehát 0,33 ľF = 330 nF. K jelentése: 10 %-os a kapacitás pontossága , a megengedett eltérése a névértékhez képest. 250 jelentése: a rákapcsolható legmagasabb feszültség voltban megadva.
– Gyakran az elektrolit kondenzátorokra is egy sok számjegybol álló dátum kódot ütnek azért, hogy a gyártás dátumát pontosan le lehessen olvasni, ugyanis az elektrolit kondenzátor kapacitása az idő előrehaladtával csökkenhet. Pl.: 2313: 2 = 2002, 3 = március, 13 = 13. nap, tehát 2002. március 13. Az egyes gyártók kódjai különbözhetnek egymástól. mert csak kevesük alkalmazza az egységes szabványt.
– A gyártó feltüntethet a kondenzátoron egy tájékoztató számot ami utal a gyártóra, az üzemi hőmérsékleti tartományra, a feszültségturésre és a felhasznált izolátorra , a szigetelő anyagára. A vonatkozó szabványt részlegesen fogadták el szabadalmi védettségi okok miatt, ezért ezt a gyártói sorozatszámot nem minden gyártó tünteti fel.
Az anyag és a szerkezet jellemzői:
Dielektrikum, feszültségtűrés.
A kondenzátorok nem bírnak ki bármilyen nagy feszültséget. Ha az engedélyezett feszültséget túllépik és eléri az átütőfeszültséget, akkor a kondenzátor kilyukad, ami azzal jár, hogy a szikraátütés nyomvonalán vagy bármilyen átütési helyen nagy erősségű áram kezd el folyni. Ez legtöbbször a kondenzátor meghibásodását vonja maga után (pl.: robbanás vagy hőhatás következtében), de más módon is károsodhat a berendezés. Ha a kondenzátort ért károsodás nem túl nagy, akkor bizonyos határok között a legtöbb kondenzátor képes az önjavításra.
Egyedi, nemlineáris reakciók váltóáram hatására különösen az elektrolit-, a tantál és bizonyos kerámiakondenzátoroknál a feszültségtol függő, nemlineáris jelenségek lépnek fel. Éppen ezért a nagyértékű audió erősítőkhöz csak lapkondenzátorokat használnak a hangfrekvenciás jel útjában. Az a gyakorlat alakult ki, hogy az ilyen áramköröket úgy tervezik, hogy a jel útjába ne kerüljön nagykapacitású kondenzátor, ilyen kondenzátorra ne is legyen szükség. A kondenzátorok nemlineáris müködése miatt keletkezett jel mértékét torzítási tényezőnek nevezik.
Frekvenciafüggőség.
A kondenzátorok frekvenciafüggőségét és a formától függo induktivitást már említettük, most a szigetelőanyagok frekvenciafüggőségéről szólunk. Ha például a zavarelszűrés miatt vagy ha nagyobb frekvenciatartományban kell egy berendezést működtetni, akkor a különféle formájú, típusú kondenzátorokat párhuzamosan kapcsolják össze.
Polaritás.
A kondenzátorokat általában szimmetrikusra (bipoláris) építik. Az ettől eltérő esetekben a polaritást is figyelembe kell venni:
1. Az elektrolitkondenzátorokban a szigetelő réteg (dielektrikum) megőzéséhez polarizált feszültségre van szükség. Az elektrolitkondenzátort nem szabad fordított pólaritással működtetni, mert meghibásodhat. Ha váltakozó feszültséggel működtetik, gondoskodni kell a megfelelo előtöltésrol vagy arról, hogy a kondenzátor legyen bipoláris: ezek speciális alumínium kondenzátorok, amelyek változó polaritással is működhetők.
2. Az aluminium, illetve fólia kondenzátorok külső felülete aszimmetrikus. Adott esetben figyelni kell arra, hogy a kondenzátorok mechanikailag hogyan helyezkednek el.
Hőmérséklet-függőség.
A kondenzátor kapacitása a hőmérséklettol is függ, hő hatására a kapacitásának értéke változhat. A kerámia kondenzátoroknak lehet pozitív, negatív vagy nulla a hőmérséklet együtthatója. A megfelelően kiválasztott hőmérsékleti együtthatójú alkatrészek segítségével a hőmérsékleti hatások kompenzálhatok nagy stabilitást megkövetelő rezgőkörökben is.
Az ferroelektromos kerámia kondenzátorok dielektromos állandója nagyon magas, sajnos csakúgy, mint a hőmérsékleti együtthatójuk. Ezért ezek a kondenzátorok nagy stabilitást igénylő megoldásokhoz nem használhatók. Néhány dielektrikum hőmérséklet stabilitása:
Kerámia NP0: +/- 0,3% ill.
+/- 30ppm/°C,
Kerámia X7R: +/- 15%
Kerámia Y5V: +22% / -82%
Polypropilén (PP): +0,5% / -1,5% ill. –
200ppm/°C
Polyészter (PET): +3% / -4%
Polykarbonát (PC): +/- 1%
Polyfenilszulfid (PPS): +/- 1%
20-40°C hőmérsékleti tartományban a dielektrikumok (kivéve a polypropilént) kisebb mértékben függnek a hőmérséklettől.