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 |
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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] )