Strona Główna
       Rezystory
       Kondensatory
       Tranzystory



Kondensatory

  Kondensatory są to elementy elektroniczne, których podstawowym parametrem użytkowym jest pojemność C wyrażana w faradach (F). Kondensator stanowi układ co najmniej dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego (metalu) odizolowanych od siebie dielektrykiem. Pojemność kondensatora określają przenikalność elektryczna oraz rozmiary (grubość i powierzchnia) materiału dielektrycznego wypełniającego przestrzeń między elektrodami przewodzącymi. Kondensator służy do gromadzenia ładunku elektrycznego (Q = CU), przy czym w wyniku doprowadzenia napięcia na jego elektrodach pojawiają się ładunki równe co do wartości bezwzględnej, lecz o przeciwnych znakach. Zmiany napięcia doprowadzonego do kondensatora wywołują zmiany ładunku kondensatora, w wyniku przez kondensator płynie prąd o natężeniu:

Prąd kondensatora

Przykładowe kondensatory

Przykładowe kondensatory


Schemat zastępczy kondensatora

Schemat zastępczy kondensatora: a) idealnego, b) rzeczywistego - schemat pełny,c) uproszczony równoległy, d) uproszczony szeregowy;
gdzie: Ru- rezystancja określona głównie upływnością dielektryku;
Rd i Ld-odpowiednio rezystancja i indukcyjność doprowadzeń, w tym także elektrod


Podstawowe parametry kondensatorów

    Podstawowymi parametrami kondensatora są pojemność znamionowa wraz z tolerancją oraz napięcie znamionowe i stratność dielektryczna (tangens kąta strat). Do ważniejszych parametrów kondensatora zalicza się napięcie probiercze, dopuszczalne napięcie przemienne, rezystancję izolacji, temperaturowy współczynnik pojemności.

    Pojemność znamionowa C kondensatora jest to wartość pojemności założona przy wytwarzananiu kondensatora, która z uwzględnieniem tolerancji jest podawana jako jego cecha. W określonych warunkach różnica między pojemnością rzeczywistą a znamionową kondensatora, tj. odchyłka pojemności kondensatora, nie może być większa niż wartość wynikająca z tolerancji. Wartości pojemności znamionowej tworzą ciągli liczb, które (podobnie jak dla rezystorów) oznacza się symbolami E3, E6, E12 itd.

    Napięcie znamionowe Un kondensatora jest to wartość napięcia stałego (dla niektórych kondensatorów wartość napięcia przemiennego o określonej częstotliwości, zwykle 50 Hz), które może być długotrwale doprowadzone do kondensatora nie powodując jego uszkodzenia ani jakiejkolwiek trwałej zmiany jego parametrów. Wartości napięcia znamionowego są znormalizowane, przykładowo biorąc, są to wartości 25 V, 63 V, 100 V, 160 V, 250 V, itd. Przez określony czas (zwykle 1 minutę) kondensator powinien także bez żadnej szkody wytrzymać napięcie o większej wartości, nazywane napięciem probierczym Up (w zależności od typu kondensatora Up = 1,4 - 2,5 Un. Wartość obu tych napięć dla danego typu kondensatora zależy również od warunków pracy kondensatora, tj. rodzaju doprowadzonego napięcia (stałe, przemienne, impulsowe) oraz temperatury otoczenia, przy czym zmniejsza się ona ze wzrostem zarówno częstotliwości, jak i temperatury. Jeżeli do kondensatora jest doprowadzone napięcie zmienne, to w pierwszym przybliżeniu można przyjąć warunek, aby suma składowej stałej i składowej przemiennej nie przekraczała wartości napięcia znamionowego określonego dla przebiegu prądu stałego.

    Stratność kondensatora, tj. jednostkowe straty energii wynikające z pracy kondensatora przy napięciu przemiennym, charakteryzuje tangens kąta strat. Straty kondensatora są zazwyczaj większe niż samego dielektryku ze względu na występowanie strat w elektrodach i doprowadzeniach. Wartość strat zależy od częstotliwości i temperatury, przy czym przebieg tej zależności jest złożoną funkcją polaryzacji i konduktancji (przewodności) dielektryku kondensatora. W katalogach wartość tg kąta strat podaje się dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle 1 kHz lub 1 MHz (dla kondensatorów elektrolitycznych - 100 Hz).

  Kondensator dla prądu stałego stanowi element charakteryzujący się pewną rezystancją Ri, nazywaną rezystancją izolacji, której wartość zależy przede wszystkim od rodzaju dielektryku, a często także od konstrukcji kondensatora. Dla kondensatorów stałych o niezbyt dużej pojemności, znaczący wpływ na rezystancję izolacji ma materiał obudowy (sposób izolacji).

  W kondensatorach o większej pojemności, ze względu na coraz silniej uwidaczniający się wpływ rozmiarów dielektryku, bardziej reprezentatywnym parametrem staje się iloczyn rezystancji izolacji i pojemności znamionowej, tj. Ri *C, określający tzw. stałą czasową kondensatora. W przypadku kondensatorów elektrolitycznych zwykle zamiast rezystancji izolacji podaje się prąd upływu Iu. Powoduje on samorozładowanie kondensatora. Może to być czynnikiem krytycznym np. w obwodach czasowych.

  Właściwości kondensatorów zalezą również od temperatury, dlatego istotne znaczenie ma określenie przedziału dopuszczalnych zmian temperatury, czyli tzw.znamionowego zakresu temperatury pracy, w którym kondensator może pracować w sposób ciągły. Na szczególną uwagę zasługuje temperaturowy współczynnik pojemności TWP, wyrażający względną zmianę pojemności wywołaną jednostkowym przyrostem temperatury, równy dC/(C*dT),określany zwykle w jednostkach 10-6/deg.Współczynnik ten może mieć wartość dodatnią, ujemną lub nawet równą zeru w zależności od typu kondensatora i rozpatrywanego zakresu temperatur.


Rodzaje i budowa kondensatorów


Kondensatory elektrolityczne


Kondensator elektrolityczny

   Kondensatory elektrolityczne aluminiowe mają elektrody wykonane ze zwiniętych taśm aluminiowych. Właściwie to tylko anoda jest wykonana z aluminiowej taśmy. Druga taśma jest tylko doprowadzeniem do właściwej elektrody jaką jest elektrolit. Elektrolitem tym jest nasączony papier, który poza funkcją przechowywania elektrolitu również rozdziela warstwy taśmy aluminiowej. Anoda jest pokryta warstwą tlenku glinu o grubości mniejszej od 1 um. Właśnie ten tlenek jest dielektrykiem w kondensatorach elektrolitycznych. Warstwa tlenku powstaje w procesie elektrochemicznym, polegającym na podłączeniu do kondensatora w trakcie produkcji źródła napięcia stałego. Ponieważ w elektrolicie przepływ prądu polega na przemieszczaniu jonów, a jony ujemne zawierają tlen, więc w tym procesie zwanym formatowaniem, na powierzchni anody wytwarza się warstwa tlenku glinu. Powstająca stopniowo warstwa izolującego tlenku coraz bardziej zmniejsza wartość płynącego prądu, a po pewnym czasie prąd stabilizuje się na nieznacznej wartości i proces tworzenia tlenku ustaje. Grubość tak powstałej warstwy tlenku zależy od przyłożonego napięcia (napięcie formowania). Właśnie przez ten proces typowe kondensatory elektrolityczne muszą być polaryzowane napięciem stałym. Kondensatory elektrolityczne z ciekłym elektrolitem składowane przez dłuższy czas bez napięcia mają znaczny prąd upływu, który po niedługim czasie pozostawania pod napięciem zmniejsza się do pomijalnej wartości. Dzieje się tak dlatego, że podczas składowania cieniutka warstwa tlenku ulega drobnym uszkodzeniom, które po podaniu napięcia są samoczynnie reperowane przez jony ujemne dążące do anody. Dlatego w układach, gdzie wymagana jest niezawodność i pewność działania, kondensatory elektrolityczne muszą pozostawać stale pod napięciem.

Kondensator elektrolityczny tantalowy





   Kondensatory elektrolityczne tantalowe mają anodę ze spiekanego proszku tantalowego, która ma strukturę porowatą, podobną do gąbki. Dzięki takiej strukturze uzyskuje się dużą powierzchnię w małej objętości. Metodami elektrochemicznymi wytwarza się na powierzchni izolacyjną warstewkę pięciotlenku tantalu, która ma bardzo dobre właściwości dielektryczne.







Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów elektrolitycznych:

- kondensatory elektrolityczne aluminiowe - od 100 nF do 1 F,

- kondensatory tantalowe - od 100 nF do 1 mF.



Zastosowanie kondensatorów elektrolitycznych

Kondensatory elektrolityczne stosowane są w obwodach zasilania jako kondensatory filtrujące i gromadzące energię. Stosowane są też jako kondensatory sprzęgające i blokujące w urządzeniach m.cz., pracujących z częstotliwościami do mniej więcej 100kHz.




Kondensatory ceramiczne


Kondensatory ceramiczne



   Kondensatory ceramiczne dzielą się na trzy rodzaje:
    - typ 1,
    - typ 2 (ferroelektryczne),
    - typ 3.





Typ 1

   Ten typ kondensatorów ceramicznych produkowany jest z użyciem dielektryka o przenikalności względnej w granicach 10...600. Kondensatory te charakteryzują się małymi stratami i są produkowane ze ściśle określonym współczynnikiem temperaturowym w zakresie -1500...+150ppm/K. Umożliwia to łatwą kompensację temperaturową obwodów rezonansowych. Typ 1 kondensatorów ceramicznych to najlepsze z popularnych kondensatorów, ale produkowane są tylko w niewielkim zakresie pojemności.

Typ 2 (ferroelektryczne)

   Kondensatory ferroelektryczne mają znaczną pojemność przy niewielkich rozmiarach. Niestety okupione jest to pogorszeniem parametrów kondensatora. Duża zależność pojemności od częstotliwości powoduje że kondensatory te nie nadają się do precyzyjnych obwodów rezonansowych. Doskonale sprawdzają się w obwodach odsprzęgania zasilania, sprzęgania poszczególnych stopni itp. Dodatkowo zachęcająca jest ich niska cena.

Typ 3 (półprzewodnikowe)

   Kondensatory ceramiczna tzw. półprzewodnikowe są właściwościami podobne do ferroelektrycznych, tyle że mają jeszcze mniejsze gabaryty. Zmniejszenie gabarytów uzyskana dzięki specjalnej budowie opartej na porowatym spieku, podobnym do tego w kondensatorach elektrolitycznych tantalowych.



Oznaczenia kodowe kondensatorów ceramicznych


Pojemność znamionowa Napięcie znamionowe



























Tolerancja pojemności


Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów ceramicznych

- kondensatory ceramiczne typ 1 - od 0,1pF do 10nF;
- kondensatory ceramiczne typ 2 - od 100pF do 1uF ;
- kondensatory ceramiczne typ 3 - od 100pF do 10uF;



Zastosowanie kondensatorów ceramicznych

Kondensatory ceramiczne stosuje się powszechnie w obwodach wielkiej częstotliwości, zarówno jako elementy obwodów rezonansowych, jak i do sprzęgania, blokowania oraz filtrowania.



Kondensatory foliowe

    Klasyczne kondensatory foliowe to dwie wstęgi folii aluminiowej przedzielone dielektrykiem - folią z tworzywa sztucznego. Większość spotykanych na rynku kondensatorów foliowych ma jednak inną budowę - są to tak zwane kondensatory metalizowane. Okładziny stanowi cieniutka warstwa metalu (aluminium) naniesiona próżniowo na jedną lub obie strony folii z tworzywa. Kondensatory metalizowane można łatwo odróżnić, ponieważ mają w oznaczeniu literkę M - np. krajowe MKSE, KMP, KFMP, MKSP, czy zagraniczne MKT, MKP, MKC. Jako dielektryk stosuje się folię wykonaną z różnych materiałów i od tego materiału zależą właściwości produkowanych kondensatorów.


Kondensator polistyrenowy

    Kondensatory polistyrenowe (styrofleksowe) w kraju mają oznaczenie KSF, w Europie - KS. Są one najbardziej stabilne spośród popularnych kondensatorów foliowych. Pojemność styrofleksów praktycznie nie zależy od częstotliwości, co wśród kondensatorów foliowych jest wyjątkiem. Pojemność niewiele zmienia się z czasem. Kondensatory te mają niewielki ujemny współczynnik temperaturowy około -130ppm/K i niewielką zależność od wilgotności otaczającego powietrza. Straty dielektryczne są małe. W związku z dobrymi parametrami, tylko te kondensatory są wykonywane z wąską tolerancją, nawet 0,5%. Ujemny współczynnik temperaturowy kondensatorów kompensuje zmiany temperaturowe ferrytowych cewek, więc stosuje się je np. w telekomunikacyjnych filtrach LC.



Kondensator poliestrowy

    Kondensatory poliestrowe - krajowe oznaczenie MKSE, europejskie - MKT, stosowane są powszechnie w sprzęcie elektronicznym w zakresie małych i średnich częstotliwości. Pojemność kondensatorów poliestrowych zależy od częstotliwości i temperatury.



Kondensator poliwęglanowy




     Kondensatory poliwęglanowe - oznaczane (Europa) MKC, mają pięciokrotnie mniejszą niż w przypadku MKT zależność pojemności od częstotliwości oraz małą zależność pojemności od temperatury (1% w zakresie -20...70o C).











Kondensator polipropylenowy




     Kondensatory poliwęglanowe - oznaczane (Europa) MKC, mają pięciokrotnie mniejszą niż w przypadku MKT zależność pojemności od częstotliwości oraz małą zależność pojemności od temperatury (1% w zakresie -20...70o C).








Typowe wartości pojemności produkowanych kondensatorów z tworzyw sztucznych (foliowych)

- kondensatory styrofleksowe - od 10pF do 100nF;
- kondensatory poliestrowe - od 100pF do 100uF ;
- kondensatory polipropylenowe - od 1nF do 10uF;


Zastosowanie kondensatorów z tworzyw sztucznych (foliowych)

Kondensatory foliowe znajdują zastosowanie przy średnich częstotliwościach (1Hz-10MHz). Stosowane są też powszechnie w obwodach RC generatorów i filtrów. Niektóre typy kondensatorów foliowych przeznaczone są do pracy w obwodach impulsowych.




Powrót do strony głównej