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
Bild der Kondensatoren
Elektrode ①		dotiertes Silizium	Nickel		Tantal (Anode)		Aluminium (Anode)
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)
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		kompakt flaches Profil gute Hochfrequenz-Eigenschaften hohe Betriebstemperatur hohe Kapazität hohe Funktionssicherheit hohe EMI-Immunität (kann TVS-Schutzbauelement enthalten) kein Rauschen, da keine piezoelektrischen Effekte	Größe gute Hochfrequenz-Eigenschaften hohe Kapazität	Größe gute Hochfrequenz-Eigenschaften	hohe Kapazität bei kompakter Größe hohe Kapazität	hohe Kapazität bei kompakter Größe hohe Kapazität geringerer ESR und höherer zulässiger Rippelstrom als bei Mangandioxid-Produkten	hohe Kapazität breite Produktpalette	hohe Kapazität hohe Kapazität geringerer ESR und höherer zulässiger Rippelstrom als bei Elektrolyt-Produkten
Nachteile		geringe Kapazität begrenzte Produktpalette	geringe Kapazität piezoelektrischer Effekt verursacht Rauschen anfällig für Rissbildung bei Verformung des Trägers oder bei Temperaturänderungen	geringe Kapazität piezoelektrischer Effekt verursacht Rauschen anfällig für Rissbildung bei Verformung des Trägers oder bei Temperaturänderungen	Ausfall im Kurzzeitbetrieb gepolt	Ausfall im Kurzzeitbetrieb gepolt	große Produktgröße kurze Lebensdauer aufgrund von Flüssigkeitsaustritt gepolt	große Produktgröße gepolt

◎: 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=ε_r×ε₀×S/d
(ε_r: 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] ）

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