Suchfunktion


 
 

Navigation

Der Kondensator - Allgemeines

Allgemeines:
Der Kondensator ist eine der wichtigsten elektronischen Bauelemente. Seine Bedeutung beruht in der Fähigkeit, elektrische Ladung und damit Energie zu speichern. In der Regel bestehen Kondensatoren aus zwei Metallplatten, die durch eine Isolationsschicht (dem sog. Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Da ein Kondensator ein elektrisches Signal nicht verstärkt handelt sich bei Kondensatoren um sogenannte passive Bauelemente. Die Kapazität eines Kondensators gibt an, wieviel Ladung ein Kondensator bei einer Spannung speichern kann und wird in der Einheit F (Farad) angegeben.
 
 

Aufbau eines Kondensators:
Wie bereits erwähnt, besteht ein typische Kondensator aus zwei Metallplatten, welche durch einen Isolator, dem sogenannten Dielektrikum, getrennt sind. Mit dem Wort "Isolator" fällt bereits das erste Wort, dass zu einer falschen Vorstellung eines Kondensators führen kann. Nämlich, dass ein Kondensator eine Unterbrechung des Stromkreises (Gleichstrom) darstellt, so "können" die Elektronen von der einen Metallplatte (aufgrund des Dielektrikums) nicht auf die andere Metallplatte übertragen werden, so dass man meinen könnte, es fließt kein Strom.

Denoch ist die Sache ein wenig komplizierter. Damit man sich dies besser vorstellen kann, nimmt man wieder ein bekanntes Modell her, dass schon bei der Vorstellung von Stromstärke und Spannung gedient hat. So stellen wir uns einen vier Wasserrohre ( wie eine O- Formation) vor, die einen geschlossenen Wasserkreislauf bilden. In diesem Wasserkreislauf gibt es eine Pumpe (= Spannungsquelle), die das Wasser (= Elektronen) durch den geschlossenen Wasserkreislauf pumpt. Zusätzlich wird, um das Modell des Kondensators bessser zu verstehen, in einem Rohr eine Membran eingebaut, die wasserundurchlässig (aber verformbar ist) eingebaut.

Was wird man beobachten?
Die Pumpe wird weiterlaufen und Wasser, dass hinter der Membran ist, abpumpen und bis zur Membran wieder hinpumpen. Ausserdem beobachtet man, dass kein Wasser die Membran passieren kann und so baut sich an der Membran ein Differenzdurck auf. Genau dies passiert bei einem Kondensator in einem geschlossenen Stromkreis.

Aufgrund des Elektronenüberschusses lädt sich die eine Platte negativ auf und infolge des Elektronenmangels die andere Platte positiv, da bei Elektronenmangel die positive Ladung der Metallionen übrig bleibt. Dieses Prinzip führt dazu, dass durch eine Spannungsquelle gegensätzliche Ladungen auf die Platten gebracht wird. Solange zwischen den beiden Platten die Durchschlagsfeldstärke nicht überschritten wird, fließen keine Ladungen zwischen den beiden Metallplatten.
 
 

Funktion von Kondensatoren:
Die Funktion von Kondensatoren (in Stromkreisen) ist aber nicht nur die Energiespeicherung, sondern man verwendet Kondensatoren auch für Schwingkreise, frequenzabhängige Baugruppen und zur Trennung von Gleich- und Wechselspannungen. Im Prinzip beruhen alle Funktionen darauf, dass, wen man die Spannung am Kondensator ändert, so wird er entweder Ladung aufnehmen oder abgeben. Dies führt zu "Glättung von Spannungen" oder "Frequenzabhängige Dämpfung".
 
 

Arten von Kondensatoren:
In der Regel unterscheidet man Kondensatoren nach Bauform und verwendeten Materialien. Grundprinzip eines Kondensators sind zwei sich gegenüberstehende Metallplatten. Der Abstand zwischen den beiden Platten dient als Isolator. Dieser Abstand kann verringerz, indem man die Luft zwischen den Platten durch einen Isolator ersetzt.

  • Metallpapierkondensatoren: Als Dielektrikum kommt bei Metallpapierkondensatoren Papier zum Einsatz. Papier ist im trockenen Zustand ein recht guter Isolator. Auf dieses Papier werden dünne Metallschichten aufgedampft, die als "Metallplatten" dienen.
  • Kunststoffolienkondensatoren: Als Dielektrikum wird bei Kunststoffolienkondensatoren eine Kunststoffolie verwendet.
  • Keramikkondensatoren: Bei Keramikkondensatoren kommen als Dielektrikum spezielle Keramiken zum Einsatz

Berechnung der Kapazität eines Kondensators:
Wie bereits erwähnt, gibt die Kapazität C eines Kondensators gibt an, wieviel Ladung Q ein Kondensator bei einer gegebenen Spannung U speichern kann.

Die meisten Kondensatoren weisen Kapazität im Bereich von einigen Picofarad bis zu einigen Millifarad. Inzwischen gibt es aber auch "Kondensatoren", deren Kapazität einige Farad beträgt. Bei diesen "Kondensatoren" handelt es sich um eine Art aufgewickelter Elektrolytkondensatoren (auch als GoldCaps bezeichnet).

Allgemein gilt, dass der Kapazität C eines Kondensators umso größer ist, je größer die Flächen der Metallplatten sind. Die Kapazität nimmt aber ab, je größer der Abstand der beiden Metallplatten ist (dies lässt sich auf die kleinere Wechselwirkung zwischen beiden Platten zrückführen). Zusätzlich ist natürlich der Zwischenraum (Dieleketrikum mit einer Dielektrizitätskonstante) zwischen beiden Metallplatten von Bedeutung. So kann man für die Kapazität C eine weitere Formel angeben.



Auflade und Entladevorgang eines Kondensators:
Beim Ladevorgang eines Kondensators nimmt die Spannung (aufgrund der Ladungstrennung) zunächst schnell zu und steigt dann immer langsamer (das im Kondensator enstehende elektrische Feld wirkt dem Ladevorgang entgegen). 
Beim Entladevorgang nimmt die Spannung am Kondensator zunächst schnell ab und sinkt dann immer langsamer (das im Kondensator bestehende elektrische Feld wird beim Entladen immer schwächer). 





 

.