Kondenzátor (áramköri alkatrész)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
(Kondenzátor (elektronika) szócikkből átirányítva)
1. ábra: Különféle kivitelű kondenzátorok

Az elektromos töltés tárolására készített technikai eszközöket kondenzátornak (régies nevén „sűrítő”-nek) nevezzük. A kondenzátor (1. ábra) legalább két párhuzamos vezető anyagból (fegyverzet), és a közöttük lévő szigetelő anyagból (dielektrikum) áll. Az első kondenzátor a leydeni palack volt, amelyet Pieter van Musschenbroek készített 1746-ban a leydeni egyetemen.

Jellemző paraméterek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • kapacitás;
  • névleges feszültség;
  • tűrés (pontosság);
  • frekvenciatartomány;
  • polarizált vagy nem polarizált (kivezetések felcserélhetősége);
  • maximális váltakozó feszültség.

A kapacitás a kondenzátor legfontosabb jellemzője. Minden test alkalmas elektromos töltések befogadására, tárolására; ezt nevezzük kapacitásnak, és C-vel jelöljük.

Síkkondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

2. ábra: Síkkondenzátor felépítése

A kondenzátor legegyszerűbb változata a síkkondenzátor (2. ábra), amely két párhuzamos fémlemezből (fegyverzet) áll, közöttük (elektromosan) szigetelőanyag található. Egy ilyen rendszer kapacitása, ha a szigetelő a fegyverzet teljes felületét kitölti:

C=\varepsilon_0\varepsilon_r\frac{A}{d}, ahol a

d, a szigetelőanyag (dielektrikum) vastagsága, (a fegyverzetek távolsága)
A, a fegyverzetek felülete
\varepsilon_0, a vákuum dielektromos állandója
\varepsilon_r, a szigetelő relatív permittivitása

Síkkondenzátort a nagy méretek miatt csak kis kapacitásokra (jellemzően 20-500pF tartományban) használnak. Változtatható kapacitású síkkondenzátor például a forgókondenzátor vagy a légtrimmer.

Típusai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az elektronikában a kondenzátorok többféle módon csoportosíthatóak:

  • A dielektrikum anyaga szerint
    • levegő (gáz vagy vákuum is);
    • transzformátorolaj;
    • papír+transzformátorolaj;
    • műanyag (például stiroflex);
    • kerámia;
    • fém-oxid (elektrolitkondenzátorok esetén);
    • csillám.
  • A kapacitás szabályozhatósága alapján
  • felhasználás célja szerint
    • szűrőkondenzátor (tápegységek),
    • kisfrekvenciás,
    • nagyfrekvenciás,
    • ipari
    • egyéb.

Gyakorlati megvalósításai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A kondenzátorok felhasználási céljuktól függően különböző névleges feszültségre, eltérő kapacitással és gyártástechnológiával készülhetnek. A leggyakoribb típusok:

3.ábra: Papírkondenzátor, 5000 cm (5000 pF) kapacitással

Papírkondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Papírkonenzátorokat az 1960-as évekig gyártottak. Olcsó, megbízható, nagy tömegben gyártott kondenzátortípus, régi készülékekben elvétve fellelhető (3. ábra). A papírkondenzátor olajjal impregnált (átitatott) vékony papírcsíkból (kondenzátorpapír) áll, amelynek két oldalán helyezkedik el az ónból vagy alumíniumból készült fólia fegyverzet. A fémfóliához ellenálláshegesztéssel, ritkábban forrasztással rögzítették az elektromos kivezetéseket. A fémfóliák a papírhoz képest középen vagy oldalirányban eltolva helyezkedhetnek el (indukciószegény kivitel). A feltekercselt fóliát papírcsőbe helyezték és végeit bitumennel zárták le. Maximális üzemi hőmérsékletük az impregnáló olaj függvénye: paraffinolaj használata esetén +45 °C. A nedvességálló kivitelű papírkondenzátorokat kerámiacsőben helyezték el és műgyantával zárták le.[1] A papírkondenzátorok fejlődésének következő állomása a fémezett papír (MP ~ metal paper) bevezetése volt, amelynek eredményeképpen lényegesen egyszerűbb gyártási eljárással kisebb méretben, jobb tűréssel lehetett előállítani a kondenzátorokat. A papírkondenzátorokat a fóliakondenzátorok teljesen kiszorították.

4. ábra: Csillámkondenzátorok

Csillámkondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A csillámkondenzátorban (4. ábra) dielektrikumként csillámot alkalmaznak, amelynek két oldalán alumínium vagy vörösréz fegyverzetek vannak vagy az ezüsttartalmú fémréteget közvetlenül a csillám két oldalára viszi fel (. ábra, SM ~ silver mica). A csillám kiváló elektromos, mechanikai és időálló tulajdonságokkal rendelkezik, emiatt műszerekben, oszcillátorokban elterjedten alkalmazzák.

5. ábra: Különböző méretű és kapacitású elektrolitkondenzátorok

Elektrolitkondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az elektrolit kondenzátorok készülhetnek

  • alumínium és
  • tantál

kivitelben.

Alumínium elektrolit kondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az alumíniumfóliás elektrolitkondenzátor (5. ábra) egyik fegyverzete oxidált alumínium, ahol az alumíniumoxid dielektrikumként működik. Így a kondenzátor egyik fegyverzete az alumínium, a másik az elektrolit (folyadék, vagy gél formájában). Kis térfogat mellett nagy kapacitása van: 0,5 μF (mikrofarád)-tól kezdve akár 100 F-ig. Veszteségei viszont jelentékenyek lehetnek. Az elektrolitkondenzátor kapacitása a hőmérséklettel változik (csökkenő hőmérsékletnél csökken a kapacitás, növekvőnél nő):

6. ábra: Tönkrement elektrolitkondenzátorok (a túlnyomás hatására felhasadt a kondenzátor fedele)

A kapacitás értéke a +20 °C-on mért (névleges) kapacitáshoz képest:

  0 °C-on 70-75%
-10 °C-on 50-60%
-20 °C-on 23-50%

Az elektrolitkondenzátor -20 °C alatt tönkremehetnek! Az elektrolitkondenzátor kapacitása a reá adott feszültség függvényében, általában -20% és +50% között változhat.[2]. A megfelelő formázással és a maximális feszültségérték 50%-án történő használattal az elektrolitkondenzátor élettartama lényegesen megnövelhető. Az elektrolitkondenzátor legfontosabb felhasználási területe a váltófeszültségből egyenirányított egyenfeszültségek stabilizálása tápegységekben, valamint szűrőkondenzátorként az alacsony frekvenciás váltóáramú összetevők kiszűrése. Általánosságban elmondható róla, hogy nagyfrekvenciás tulajdonságai rosszak, veszteségi tényezője viszonylag magas, értéke bizonytalan (csak nagy szórással, pontatlanul gyártható), ugyanakkor fajlagos kapacitásértéke magas.

Komoly hátránya a polaritásérzékenysége, ugyanis fordított polaritású feszültség hatására az intenzív gázképződés miatt azonnal tönkremegy (6. ábra). Léteznek váltóáramú változatok is, ezekben mindkét fém fegyverzeten van oxidréteg. Ezek fajlagos kapacitása feleakkora.

Tantálkondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

7. ábra: Tantálkondenzátorok
7a. ábra: Felületszerelt áramkörbe (SMD) való tantálkondenzátorok (méretek szemléltetésére egy gemkapocs)

Tulajdonságai hasonlóak az alumínium-elektrolit kondenzátorokéhoz. Fajlagos kapacitása még magasabb, nagyfrekvenciás tulajdonságai pedig sokkal jobbak. Kevésbé öregszik és szélesebb hőmérséklet tartományt visel el. Ára magasabb és alkalmazása körültekintést igényel. A tantál kondenzátorok fordított polaritás, túlfeszültség, illetve nagy áram esetén felrobbanhatnak. A beforrasztható tantálkondenzátorokon + jel jelöli a pozitív pólusú kivezetést.

Fóliakondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

8. ábra: Különféle kialakítású fóliakondenzátorok

A fóliakondenzátor (8. ábra) leggyakrabban tömb, illetve tekercselt kivitelben készül. A tömb kivitel szórt induktivitása és ekvivalens soros ellenállása alacsonyabb, ezért magasabb frekvenciákon jobban használható. A tekercselt kivitelt egyszerűbb gyártani, ezért ára alacsonyabb. A modern fóliakondenzátorokban a kivezetések két oldalt teljes felületen csatlakoznak a fegyverzetekhez, így indukciószegény és kis soros ellenállású kondenzátor gyártható. A felhasznált fólia anyagától függően különböző tulajdonságokra lehet optimalizálni.

  • Polisztirol - Viszonylag rossz fajlagos kapacitású kondenzátor, korlátozott hőmérséklettűréssel. Kedvező öregedési tulajdonságai miatt precíziós analóg elektronikában alkalmazzák. Veszteségi tényezője alacsony.
  • Polipropilén
  • Poliészter - Leginkább magasfeszültségű alkalmazásra javasolt. Veszteségi tényezője viszonylag magas, ezért nagy frekvenciákon nem használják.
  • Poliamid - A poliészterhez hasonló, de magasabb működési hőmérsékletet is tolerál.
  • Polikarbonát - Kiváló szigetelési tulajdonsági miatt nagy feszültségeknél népszerű.
  • Teflon - Nagyon kedvező magas frekvenciás tulajdonságokkal rendelkezik, ezért gyakran alkalmazzák mikrohullámú, illetve rádiófrekvenciás alkalmazásokban. Nagyon jó stabilitás, magas átütési szilárdság és kis veszteségi tényező jellemzi, még magas hőmérsékletek mellett is. Hátránya, hogy alacsony dielektromos állandója miatt a fajlagos kapacitása alacsony, valamint igen drága.

Kerámiakondenzátor[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

9. ábra: Kerámiakondenzátorok

A kerámiakondenzátor kis méretű, fémezett kerámialemezekből álló kondenzátor. Az egyszerűbbek egy darab tárcsa alakú kerámia lemezből állnak, amelynek két oldalára gőzölögtetik fel a néhány mikron vastagságú ezüst fegyverzeteket. Precíziós kivitel esetén a pontos kapacitásértékeket utólagos megmunkálással állítják be, végül fedőfestéssel látják el. Kerámiakondenzátorokat néhány pF-tól kb. 100 nF-ig terjedő tartományban gyártanak.

Névleges feszültség[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

10. ábra: 20kV névleges feszültségű vákuumkondenzátor

A dielektrikum anyagától és vastagságától függő legnagyobb feszültséget, amelynél a kondenzátor dielektrikuma még biztosan nem károsodik, a kondenzátor névleges feszültségének nevezzük. A gyakorlatban ez jóval nagyobb szokott lenni a kondenzátor üzemi feszültségénél. Ha a kondenzátorra jutó feszültség a névleges feszültséget túllépi, a kondenzátorok többsége rendszerint tönkremegy.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Magyari Béla: Rádióamatőrök zsebkönyve, Budapest, Műszaki, 1963. 306-317. o., ETO: 621-396(083), ISBN n.
  2. Ez a változás csökkenthető a kondenzátor úgynevezett formázásával, ami gyakorlati tapasztalat szerint a rájuk írt maximális feszültségérték 50%-án történik, mintegy 3 órán keresztül

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]