Gedetailleerde basisinformatie over condensatoren

1.Definitie

Een condensator is een elektrisch onderdeel dat wordt gebruikt om energie in een elektrisch veld op te slaan en vrij te geven. Wanneer er een spanning over de aansluitingen wordt aangelegd, ontstaat er een elektrisch veld tussen de geleiders (platen), waardoor de condensator energie kan opslaan.

 

De eenheid van capaciteit is de farad (F). In praktische toepassingen worden vaker kleinere eenheden zoals microfarads (μF), nanofarads (nF) en picofarads (pF) gebruikt.

 

2. Werkingsprincipe

Een condensator bestaat uit twee geleidende platen, gescheiden door een isolerend materiaal dat een diëlektricum wordt genoemd. Wanneer er een gelijkspanning over de platen wordt aangelegd, hopen elektronen zich op op één plaat, waardoor deze een negatieve lading krijgt, terwijl een gelijk aantal elektronen van de tegenoverliggende plaat wordt verwijderd, waardoor deze positief geladen wordt.

 

Deze scheiding van lading creëert een elektrisch veld binnen het diëlektricum. De condensator slaat energie op in dit elektrische veld en houdt de lading vast zolang de spanning aanwezig is en er geen ontladingspad aanwezig is. Wanneer een geleidend pad wordt geïntroduceerd, komt de opgeslagen energie vrij terwijl er stroom door het externe circuit vloeit.

 

3. Capaciteit

De capaciteit C van een condensator hangt af van de volgende factoren:

 

PlaatoppervlakA:Een groter plaatoppervlak resulteert in een hogere capaciteit.

 

Plaatafstandd:Een kleinere afstand tussen de platen vergroot de capaciteit.

 

Permittiviteitε:Het type diëlektrisch materiaal beïnvloedt de capaciteit; materialen met een hogere permittiviteit leveren een hogere capaciteit op.

 

De relatie wordt gegeven door:

 

 

waar:

• Ε is de permittiviteit van het diëlektrische materiaal

 

• A is het effectieve oppervlak van de platen

 

• d is de afstand tussen de platen

 

4. Eenheid van capaciteit

 

De eenheid van capaciteit is de farad (F). Omdat de farad een zeer grote eenheid is, worden de meeste praktische condensatoren beoordeeld in kleinere eenheden, zoals picofarads (pF), nanofarads (nF) en microfarads (μF).

Capaciteit geeft aan hoeveel elektrische lading een condensator kan opslaan per eenheid spanning. Het wordt gedefinieerd door de relatie:

waar:

 

• Q is de opgeslagen lading,

 

• C is de capaciteit, en

 

• V is de aangelegde spanning.

 

Een hogere capaciteit betekent dus dat er meer lading kan worden opgeslagen bij dezelfde spanning.

 

Het is belangrijk op te merken dat de capaciteit op zichzelf geen absolute laadcapaciteit vertegenwoordigt; het beschrijft eerder de relatie tussen lading en spanning. Voor een gegeven capaciteit komt een vaste hoeveelheid lading overeen met een proportionele verandering in spanning.

 

De spanningswaarde van een condensator verwijst naar de maximale spanning die deze veilig kan weerstaan ​​zonder schade. De hoeveelheid opgeslagen lading neemt toe met zowel de capaciteit als de aangelegde spanning.

 

Over het algemeen hebben grotere condensatoren (met hogere capaciteitswaarden) doorgaans grotere fysieke afmetingen en hogere kosten.

 

5. Classificatie van condensatoren

Gepolariseerde condensatoren

Gepolariseerde condensatoren hebben duidelijk gedefinieerde positieve en negatieve aansluitingen. Ze moeten met de juiste polariteit worden aangesloten; Anders kan een omgekeerde aansluiting oververhitting, lekkage of zelfs scheuren en explosies veroorzaken.

 

Vloeibare elektrolytische condensatoren

Vloeibare elektrolytische condensatoren zijn een soort gepolariseerde condensatoren. Ze bieden een relatief hoge capaciteit en kunnen hogere spanningsniveaus aan, maar ze zijn doorgaans groter van formaat, hebben beperkte prestaties bij hoge- frequenties en een gemiddelde levensduur.

 

Deze condensatoren worden veel gebruikt in voedingscircuits voor filtering en spanningsafvlakking.

 

Een bekend voorbeeld is de aluminium elektrolytische condensator. Het wordt vaak geïnstalleerd in de buurt van voedingen om energieopslag te bieden en de spanning te stabiliseren.

 

Vaste-elektrolytische condensatoren

 

Tantaalcondensatoren zijn een soort elektrolytische condensator die tantaalmetaal als anode en een vaste elektrolyt gebruiken. Ze behoren tot de categorie vaste-elektrolytische condensatoren.

 

Ze bieden een hoge capaciteit per volume-eenheid (klein formaat), goede stabiliteit, lage lekstroom en betrouwbare prestaties over een breed temperatuurbereik.

Ze hebben echter doorgaans een lagere spanning in vergelijking met sommige andere typen condensatoren en zijn gevoelig voor overspanning en omgekeerde polariteit.

 

Tantaalcondensatoren zijn gepolariseerd en moeten met de juiste polariteit worden aangesloten. Ze worden vaak gebruikt in compacte elektronische apparaten met lage- spanning voor filtering van de voeding, ontkoppeling en audiotoepassingen.

 

Tantaalcondensatoren worden bijvoorbeeld veel gebruikt in mobiele telefoons en worden ook vaak aangetroffen in computers.

 

Niet-gepolariseerde condensatoren

 

Keramische condensatoren

Keramische condensatoren (ook wel keramische schijfcondensatoren genoemd) zijn niet-gepolariseerde componenten, wat betekent dat ze geen positieve of negatieve aansluitingen hebben en in beide richtingen kunnen worden aangesloten.

 

Ze worden gekenmerkt door kleine capaciteitswaarden, hoge spanningswaarden, compacte afmetingen en uitstekende prestaties bij hoge frequenties. Vanwege deze eigenschappen worden keramische condensatoren veel gebruikt in toepassingen zoals ontkoppeling, filtering en signaalkoppeling in elektronische circuits.

 

6. AfmetingenTolerantie

 

Condensatoren hebben over het algemeen relatief ruime toleranties vergeleken met andere elektronische componenten.

 

Voor keramische condensatoren omvatten de gebruikelijke tolerantiegraden:

 

±5% (J)– nauwere tolerantie

 

±10% (K)– vaak gebruikt

 

±20% (M)– veel gebruikt

 

+80% / −20% (Z)– zeer losse tolerantie

 

In de praktijk:

 

pF--niveaucondensatorengebruik vaak ±5% tolerantie

 

nF--niveaucondensatorengebruik doorgaans een tolerantie van ±10%

 

μF--niveaucondensatorengebruiken gewoonlijk ±20% tolerantie

 

Elektrolytische condensatorenworden gewoonlijk geschat op ±20% of breder

 

Hoge-precisiecondensatoren worden minder vaak gebruikt omdat veel condensatortoepassingen-zoals voedingsfiltering en spanningsafvlakking-geen zeer nauwkeurige capaciteitswaarden vereisen. Kleine afwijkingen hebben doorgaans een minimale impact op de circuitprestaties.

 

In toepassingen zoals RF-matching- en filternetwerken kunnen echter nauwere toleranties (bijvoorbeeld ±5%) vereist zijn om stabiele frequentiekarakteristieken te garanderen. Zelfs in deze gevallen is extreem hoge nauwkeurigheid vaak niet nodig, omdat standaardtoleranties voldoende zijn om een ​​goede werking te behouden.

 

7. Afmetingen condensator

 

Voor keramische en tantaalcondensatoren volgt de verpakkingsgrootte dezelfde standaard die wordt gebruikt voor weerstanden. Kleinere opbouwcomponenten-gebruiken imperiale codes zoals 0201, 0402, 0603 en 0805, terwijl grotere pakketten ook kunnen worden uitgedrukt in metrische codes zoals 2520, 3525, enz.

 

Voor cilindrische elektrolytische condensatoren worden de afmetingen doorgaans gespecificeerd als diameter x hoogte (bijvoorbeeld 6 mm x 11 mm).

 

Bij hardwareontwerp wordt over het algemeen aanbevolen om waar mogelijk een iets grotere voetafdruk voor condensatoren te reserveren. Als er bijvoorbeeld een voetafdruk van 6 x 11 mm wordt toegewezen, kan de maximale typische specificatie ongeveer 100 μF, 25 V zijn. Hoewel het gemakkelijk is om een ​​kleinere condensator te vervangen om kosten te besparen, is upgraden naar een aanzienlijk hogere capaciteit binnen dezelfde grootte meestal niet haalbaar. Een condensator van 470 μF, 25 V kan bijvoorbeeld doorgaans niet worden vervaardigd in een verpakking van 6 x 11 mm.

 

Dezelfde overweging geldt voor keramische condensatoren. Met een 0805-pakket is de maximale algemeen beschikbare specificatie bijvoorbeeld ongeveer 22 μF, 6,3 V. Condensatoren met een hogere capaciteit of hogere spanningswaarden zijn moeilijk te verkrijgen in dit pakketformaat.