Kondensatoren – universelle kapazitive Elemente
Die Formen und Ausführungen von Kondensatoren sind sehr unterschiedlich. Es gibt viele Arten dieser Komponenten, die üblicherweise in der Elektronik verwendet werden. Die meisten Kondensatoren enthalten mindestens zwei elektrische Leiter , oft in Form von Metallplatten oder -folien, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Die frühesten Formen von Kondensatoren entstanden in den 1740er Jahren, als europäische Experimentatoren entdeckten, dass elektrische Ladung in mit Wasser gefüllten Glasgefäßen gespeichert werden konnte, die als Leidener Gefäße bekannt wurden.
Aufbau und Funktionsprinzip eines Kondensators
Ein Kondensator besteht aus zwei Leitern, die durch ein nichtleitendes Dielektrikum getrennt sind . Es kann ein Vakuum oder ein beliebiger Isolator sein. Beispiele für in diesen Elementen verwendete Dielektrika sind Glas, Luft, Papier, Kunststoff, Keramik usw. Nach dem Coulombschen Gesetz übt die Ladung auf einer Platte eine Kraft auf die Ladungsträger in der anderen Platte aus, wodurch die entgegengesetzte Ladung angezogen und Ladungsträger abgestoßen werden die gleiche Gebühr. Auf diese Weise wird auf der zweiten Platte eine entgegengesetzte Ladung induziert. Leiter halten daher auf ihren Oberflächen Ladungen gleicher und entgegengesetzter Größe aufrecht. Das Vorhandensein des Dielektrikums verhindert den Ladungsfluss und hält das elektrische Feld aufrecht.
Verschiedene Arten von Kondensatoren
Es sind viele verschiedene Arten von Kondensatoren im Handel erhältlich. Sie unterscheiden sich in der Art des Dielektrikums, dem Deckelaufbau und der Gehäuseart. Alle diese Elemente beeinflussen die Eigenschaften des Elements und den Umfang seiner Anwendung. Die verfügbaren Werte reichen von sehr niedrigen Werten (im Bereich von einem Picofarad) bis hin zu Superkondensatoren mit Kapazitäten von bis zu etwa 5 kF. Typischerweise werden oberhalb von etwa 1 Mikrofarad aufgrund ihrer geringen Größe und geringen Kosten im Vergleich zu anderen Typen vergleichbarer Kapazität fast ausschließlich Elektrolytkondensatoren verwendet, es sei denn, ihre relativ geringe Stabilität, Lebensdauer und das Auftreten von Polarisation machen sie für eine bestimmte Anwendung ungeeignet.
Grundparameter von Kondensatoren
Der grundlegende Parameter, der einen Kondensator beschreibt, ist seine Kapazität . Dies ist ein Wert, der in Farad ausgedrückt wird; Es sagt uns, wie viel elektrische Ladung in ein bestimmtes Element passen kann. Die Kapazität wird für die spezifische Anwendung eines bestimmten Kondensators ausgewählt. Der zweite Parameter ist die maximale Betriebsspannung. Jeder Kondensator kann aufgrund seines Aufbaus, der auf einer dünnen dielektrischen Schicht zwischen den leitenden Platten basiert, nur bis zum zulässigen Spannungsniveau betrieben werden. Bei Überschreitung kann es zum Zusammenbruch des Dielektrikums und zum Kurzschluss der Kondensatorplatten kommen. In einem bestimmten System sollte die maximale Nennspannung des Kondensators zu keinem Zeitpunkt niedriger sein als die an seinen Platten auftretende Spannung, einschließlich Überspannungen und sogar kurzzeitiger Spannungserhöhungen.
Beispielanwendungen
Heutzutage werden Kondensatoren häufig in elektronischen Schaltkreisen verwendet, um Gleichstrom zu blockieren und den Fluss von Wechselstrom zu ermöglichen. In analogen Systemen sind Kondensatoren Teil von Filtern, in Schwingkreisen stimmen sie die Systeme auf bestimmte Frequenzen ab und in elektrischen Energieübertragungssystemen stabilisieren sie die Spannung und den Leistungsfluss. Die Energiespeichereigenschaft von Kondensatoren wurde auch in frühen Computern als dynamisches Speicherelement genutzt.
