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Keramikkondensatoren gehören zu einer Gruppe passiver elektronischer (oder elektrischer) Bauteile, die elektrische Energie speichern können.
Was ist ein Kondensator?
Kondensatoren gehören zu den am häufigsten verwendeten Bauteilen in der Elektronik und Elektrotechnik. Sie bestehen aus Leitern, die Abdeckungen genannt werden. Dazwischen befindet sich ein Stoff oder Festkörper, der keinen Strom leitet. Das Dielektrikum, das auch als Isolator bezeichnet wird, verhindert, dass die einzelnen Deckschichten miteinander in Kontakt kommen. Die Abdeckungen sind in der Regel aus Metall gefertigt. Wenn eine Gleichspannung an die Abdeckungen angelegt wird, beginnen sich positive und negative Ladungen auf den Abdeckungen zu sammeln. Wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird, bleiben die elektrischen Ladungen auf den jeweiligen Abdeckungen (sie werden gespeichert). Ein solcher Zustand wird als geladener Kondensator bezeichnet.
Das Phänomen der Freisetzung von elektrischer Energie, die in Kondensatoren gespeichert ist, kann z. B. in Netzteilen beobachtet werden, deren Betriebszustand durch eine LED visuell angezeigt wird. Wenn das Netzteil (z. B. für die Stromversorgung eines Laptops) von der Stromquelle getrennt wird, schaltet sich die LED nicht sofort aus. Warum? Das liegt an den geladenen Kondensatoren, die Energie freisetzen und die Diode nach dem Herausziehen des Steckers noch einige Sekunden lang mit Strom versorgen.
Grundlegende Spezifikationen für Kondensatoren
Die verschiedenen Kondensatoren unterscheiden sich im Design, in den bei der Herstellung verwendeten Materialien, in Größe, Form und Kapazität. Dies ist der wichtigste technische Parameter von Kondensatoren, der ihre Anwendung bestimmt. Die Kapazität eines Kondensators sollte als die Menge an elektrischer Ladung verstanden werden, die dieses Element gleichzeitig speichern kann. Mit anderen Worten: Es ist die Energiemenge, die ein Kondensator speichern kann, bevor er seine maximale Ladung erreicht hat. Die Kapazität wird in Farad angegeben, der Einfachheit halber aber meist in Mikrofarad, Nanofarad oder Picofarad.
Keramikkondensator - wichtige Informationen
Der Keramische Kondensator ist eines der am häufigsten verwendeten Energiespeicherelemente in der Elektronik und Elektrotechnik. Bei Keramikkondensatoren wird die Umhüllung nicht gewalzt, sondern parallel (Schicht für Schicht) verlegt. Dies ist unter anderem auf die besonderen mechanischen Eigenschaften von Keramik (Sprödigkeit) zurückzuführen.
Der Keramikkondensator hat eine relativ kleine Kapazität (kleiner als andere Kondensatoren gleicher Größe). Die am häufigsten verwendeten Keramikkondensatoren haben Kapazitäten von einem Dutzend Picofarad bis zu einigen Mikrofarad. Aufgrund der verwendeten Materialien zeichnen sie sich jedoch durch eine hohe Temperaturstabilität und damit eine lange Lebensdauer und einen zuverlässigen Betrieb aus. Ein weiterer Vorteil von Keramikkondensatoren ist ihre extrem niedrige kapazitive Toleranz. In der Praxis bedeutet dies, dass elektronische (oder elektrische) Bauteile dieser Art eine vom Hersteller angegebene Nennkapazität speichern.
Darüber hinaus zeichnet sich der Keramikkondensator durch geringe Verluste aus, d. h. die einmal gespeicherte Strommenge bleibt über einen längeren Zeitraum erhalten. Sie sind ideal für eine Vielzahl von Systemen, in denen regelmäßig oder gelegentlich Spannungsschwankungen auftreten.
Was sollte man sonst noch über Keramikkondensatoren wissen?
Keramikkondensatoren sind in Gehäusen für Durchsteckmontage (THT) und Oberflächenmontage (SMT) erhältlich. Es ist auch wichtig zu wissen, dass sie keine gekennzeichnete Polarität haben. Je nach Anwendungsfall können Keramikkondensatoren in Reihe und parallel geschaltet werden. Eine der häufigsten Anwendungen für elektronische Bauteile dieser Art ist die Spannungsfilterung. Der gesamte Prozess, der als Spannungsglättung bezeichnet wird, wird durch die Speichereigenschaften des Keramikkondensators ermöglicht.
Die Eigenschaften von Keramikkondensatoren machen sie ideal für verschiedene Arten von Systemen, die mit hohen Frequenzen arbeiten. Fernsehgeräte und Radios sind gute Beispiele dafür. Man unterscheidet zwischen Elektrolytkondensatoren der Klasse 1, die in Schaltungen verwendet werden, die nicht nur minimale dielektrische Verluste, sondern vor allem eine stabile Betriebsfrequenz erfordern. Im Gegensatz dazu hat ein Keramikkondensator der Klasse 2 eine höhere Kapazität als ein Dielektrikumskondensator der Klasse 1 mit den gleichen Abmessungen.
Wie wählt man den richtigen Kondensator?
Beim Austausch eines defekten Keramikkondensators müssen unter anderem die Kapazität und die Nennspannung des zu ersetzenden Bauteils geprüft werden. Wichtig ist auch die Toleranz, die mindestens gleich oder besser sein sollte als die des fehlerhaften Modells. Weitere wichtige Überlegungen bei der Auswahl eines bestimmten Keramikkondensatormodells sind die physischen Abmessungen sowie die Größe und Lage der Lötfelder.
Keramikkondensatoren (insbesondere sehr kleine Bauelemente) haben in der Regel keine Markierungen, anhand derer sich ihre elektrischen Parameter bestimmen lassen. Aus diesem Grund müssen sie in gekennzeichneten Verpackungen gelagert werden. Das Fehlen von Markierungen ist auf die geringe physische Größe dieser Elemente zurückzuführen.
Andere Arten von Kondensatoren
Eine andere Art von Kondensatoren sind Elektrolytkondensatoren, die in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine große Menge an verfügbarer (gespeicherter) Energie benötigt wird. Ausgewählte Modelle von Elektrolytkondensatoren zeichnen sich durch ihre sehr hohe Kapazität aus (sie werden als Superkondensatoren bezeichnet). Leider ist der Parameter für die Genauigkeit ihrer Kapazität relativ niedrig (die Abweichungen können z. B. +/- ein Dutzend Prozent betragen). Darüber hinaus sind sie anfälliger für Temperaturschwankungen. Ein weiterer Nachteil von Kondensatoren ist, dass sie dazu neigen, pro Zeiteinheit an elektrischer Leistung zu verlieren.
Die nächste Gruppe umfasst Folienkondensatoren. Ihr größter Vorteil ist die hohe Genauigkeit der Kapazität. Außerdem können elektronische (oder elektrische) Bauteile dieser Art sicher mit unterschiedlichen Spannungsniveaus (einschließlich Hochspannung) versorgt werden.
