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tc_what1(Capacitor Types)
Grundlagen eines Kondesators
Was ist ein Kondensator?
Mit ihrer Fähigkeit, elektrische Ladung zu speichern, Gleichstromsignale zu blockieren und Wechselstromsignale durchzulassen, spielen Kondensatoren eine wichtige Rolle in elektronischen Schaltungen.
Sie werden für Backup- (Batterie), Entkopplungs- (Rauschunterdrückung) und Kopplungsanwendungen (Unterdrückung der Gleichstromvorspannung) verwendet.
Kondensatoren werden heute in einer Vielzahl von Anwendungen wie Smartphones, Wearables, Datenzentren, Basisstationen, Industrieanlagen und Automobilsystemen eingesetzt und sind neben Widerständen und Induktoren (Spulen) eines der häufigsten passiven Bauelemente.
Obwohl Kondensatoren in weiten Teilen der Welt als "capacitor" bekannt sind, werden sie im Japanischen als "condenser"bezeichnet.
Aufbau und Eigenschaften verschiedener Kondensatoren
Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, aber die Grundstruktur besteht aus einem Isolator (Dielektrikum) zwischen Elektroden, der Ladung speichern kann, wenn eine Spannung angelegt wird.
Zu den aktuellen Produkten gehören Einschicht-, Vielschicht-, Trench-, Elektrolyt- und Wickel-Kondensatoren.
Kondensatoren unterscheiden sich je nach verwendeten Dielektrikums- und Elektrodenmaterialien durch folgende Merkmale.
Polarität, Größe (klein/groß), Profil (dünn/flach), Betriebstemperaturbereich, Kapazitätsgröße, Nennspannungsbereich, Hochfrequenzleistung, Kapazitätsstabilität, Rauschen ja/nein aufgrund von piezoelektrischen Effekten, usw.
Bei der Auswahl eines Kondensators ist es daher wichtig, die Eigenschaften der einzelnen Typen zu kennen.
[Typen und Eigenschaften verschiedener Kondensatoren]
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| Silizium-Kondensator | Keramik-Vielschichtkondensator | Tantal-Kondensator | Aluminium-Elektrolytkondensator | |||||
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| Bild der Kondensatoren |  |
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| Elektrode ① |  |
dotiertes Silizium | Nickel | Tantal (Anode) |
Aluminium (Anode) |
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| Dielektrikum | Siliziumoxid oder Siliziumnitrid | temperaturkompensierende Keramik | hochdielektrische Keramik | Tantalpentoxid | Aluminiumoxid | |||
| Elektrode ② | dotiertes Silizium | Nickel | Mangandioxid (Kathode) |
Leitfähiges Polymer (Kathode) |
Elektrolyt (Kathode) |
Leitfähiges Polymer (Kathode) |
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| Polarität | Nein | Nein | Ja | Ja | ||||
| Größe | ◎ | ◎ | ◎ | 〇 | 〇 | × | × | |
| Profil dünn/flach | ◎ | 〇 | 〇 | △ | △ | × | × | |
| Betriebstemperaturbereich | ◎ | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | △ | 〇 | |
| hohe Kapazität | △ | × | 〇 | 〇 | 〇 | ◎ | ◎ | |
| hohe Nennspannung | 〇 | ◎ | ◎ | 〇 | 〇 | ◎ | △ | |
| hoher Isolationswiderstand (niedriger Ableitstrom) | ◎ | ◎ | ◎ | 〇 | △ | 〇 | △ | |
| Hochfrequenz-Eigenschaften | ◎ | 〇 | 〇 | × | △ | × | △ | |
| Kapazität | DC-Vorspannung | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| Temperatur | ◎ | ◎ | × | 〇 | 〇 | × | 〇 | |
| hohe Funktionssicherheit | ◎ | 〇 | 〇 | × | △ | × | △ | |
| Rauschen | Nein | Ja | Nein | Nein | ||||
| Vorteile |
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| Nachteile |
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◎: ausgezeichnet 〇: sehr gut △: durchschnittlich ×: schlecht
Die Kapazität
Die Kapazität ist eine typische elektrische Eigenschaft eines Kondensators.
Sie wird im Allgemeinen durch die folgende Formel ausgedrückt.
Kapazität=εr×ε0×S/d
(εr: Relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums, ε0: Dielektrizitätskonstante des Vakuums=8,9×10-12[F/m], S: Elektrodenfläche, d: Dielektrikumsdicke)
Wie die obige Formel zeigt, ist die Kapazität proportional zur Oberfläche der Elektrode und zur Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums und umgekehrt proportional zur Dielektrikumsdicke.
Die relative Dielektrizitätskonstante ist ein inhärenter Wert des verwendeten dielektrischen Materials.
Die Einheit der Kapazität ist F (Farad), in der Praxis werden häufig pF (Picofarad), nF (Nanofarad), µF (Mikrofarad), mF (Millifarad) verwendet.
（ 10-12[F]=1pF, 10-9[F]=1nF, 10-6[F]=1[μF], 10-3[F]=1[mF] ）
Kondensator Anwendungen
Kondensatoren (inklusive Tantalkondensatoren) werden oft in den folgenden Anwendungen genutzt.
Sicherung (Batterie)
Verwendung als Batterie
Wenn die Strombelastung aufgrund einer Unterbrechung in der Stromversorgung oder eines plötzlichen Anstiegs in der IC-Treibergeschwindigkeit steigt, kann die Netzspannung der Stromversorgung ausfallen und möglicherweise eine IC-Fehlfunktion verursachen. Um dies zu vermeiden, wird die im Kondensator gespeicherte Ladung dem IC zur Verfügung gestellt, sodass die Netzspannung erhalten bleibt.
Entkopplung
Verwenden von AC-Merkmalen
Kondensatoren werden mit dem Ziel verwendet, eine stabile Gleichspannung zu erstellen. Dabei geht es um das Entfernen von Hochfrequenzrauschen, das von Hochgeschwindigkeitstreibern verursacht wird, oder um das Entfernen von Rauschen, das extern auf die Versorgungsleitung induziert wurde. Wird in allgemeinen Netzteilschaltungen verwendet.
Kopplung
In dieser Anwendung entfernt der Kondensator die DC-Vorspannung aus der vorherigen Stufe und lässt nur die AC-Signale passieren.
Wird normalerweise in Audioschaltungen verwendet.
Was ist ein Tantalkondensator?
Bei Tantal handelt es sich um ein Metall, dessen Name von Tantalos, einem Antihelden aus der griechischen Mythologie, abgeleitet wird.
Im Allgemeinen werden Tantalkondensatoren mit Oberflächenbefestigung so konstruiert, dass die Elektroden an beiden Enden des Tantalelements geformt werden und die Struktur dann mit Gießharz versiegelt wird.
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