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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 Capacitor Structure  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 × ×
Profil dünn/flach × ×
Betriebstemperaturbereich
hohe Kapazität ×
hohe Nennspannung
hoher Isolationswiderstand (niedriger Ableitstrom)
Hochfrequenz-Eigenschaften × ×
Kapazität DC-Vorspannung ×
Temperatur × ×
hohe Funktionssicherheit × ×
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=εr×ε0×S/d
r: Relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums, ε0: Dielektrizitätskonstante des Vakuums=8,9×10-12[F/m], S: Elektrodenfläche, d: Dielektrikumsdicke)

Kapazität
Schaltzeichen für Kondensatoren

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] )

KondensatorDatenblatt-Download

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