Kondensaattori

Kondensaattorit

• Kondensaattori on sähkötekninen laite, joka varastoi energiaa sähkökenttäänsä.

• Koostuu kahdesta levyistä, jotka eivät ole sähköisessä kontaktissa.

• Levyjen varaukset (+Q ja -Q) muodostavat kondensaattorin varauksen Q.

• Kondensaattorit ovat elektroniikan peruskomponentteja, ja niitä valmistetaan monenlaisia tyyppejä ja sähkön arvoja. Ominaisuudet riippuvat signaalin taajuudesta.

Sähkövaraus

• Sähkövaraus on hiukkasen tai kappaleen sähkön määrä. Merkitään symbolilla Q, mittayksikkö on Coulombi (C).

• Varaus voi olla positiivinen tai negatiivinen; erimerkkiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa, samanmerkkiset hylkivät.

• Coulombi kuvaa varauksen, jonka ampeerin sähkövirta kuljettaa sekunnin aikana.

• Kondensaattorin varaus on verrannollinen sen jännitteeseen: Q = CU.

Kapasitanssi

• Kapasitanssin (C) yksikkö on Faradi (F).

• Kapasitanssi riippuu elektrodien pinta-alasta, etäisyydestä ja eristeaineesta.

• Kapasitanssin suurentamiseen elektrodit kierretään rullalle eristettynä.

• Kaava: C = Q / U, jossa C = kapasitanssi, Q = varaus, U = jännite.

Kapasitanssin vaikuttavat tekijät

• Kapasitanssiin vaikuttavat useat tekijät, kuten eristeen dielektrisyyskerroin (ε) ja levyjen pinta-ala (A) sekä niiden välinen etäisyys (s).

• Kaava: C = ε ∙ A / s.

Eristemateriaalit ja niiden dielektrisyyskerroin

• Eri eristeiden dielektrisyyskerroin (ε) vaihtelee:

  • Tyhjiö: 1.0

  • Ilma: 1.0006

  • Paperi: 1.4 - 6

  • Teflon: 2.1

  • Polystyreeni: 2.4 - 2.7

  • Polykarbonaatti: 2.8

  • Polyesteri: 3.3

  • Lasi (Pyrex): 3.7 - 10

  • Kiille: 3 - 6

  • Alumiinioksidi: 8 - 10

  • Tantaalioksidi: 25 - 50

  • Oksidikeramiikka: 1 - 100 000

Kondensaattorin valmistus (Polymeerikondensaattori)

• Valmistusprosessi:

  • Kalvo metalloidaan tyhjöhöyrystämällä ja leikataan sopivan levyiseksi.

  • Kaksi filmiä kierretään rullalle.

  • Erilaiset metallit ruiskutetaan päihin kontaktin saamiseksi.

• Liitetään langat kuumentamalla metalloituihin päihin.

• Kondensaattori suojataan epoksihartsilla.

Kondensaattorityypit

Paperikondensaattori

• Eristeenä paperi, johteena ohut alumiinilevy.

• Korkea jännitteen kesto.

• Kapasitanssi 1nF ... 100nF.

Muovikondensaattorit

• Polyesteri: käytetään yleensä hyvästä lämpötilakestävyydestä johtuen.

• Polykarbonaatti: ohuet kalvot, hyvät taajuusominaisuudet.

• Polypropeeni: pienet häviöt, sietää orgaanisia liuottimia.

Elektrolyyttikondensaattori

• Suuri kapasitanssi, paksuus ja permittiivisyys riippuvat jännitteestä.

• Käytetään suodatus- ja kytkentäkondensaattoreina.

Keraamiset kondensaattorit

• Pieni kapasitanssi, erilaisia rakenteita.

• Hyviä suurtaajuuslaitteissa.

Superkondensaattorit

• Hyvin suuri kapasitanssi jopa 2000F/4VDC.

Kondensaattorin käyttö

• Sähköenergian varastointi, suodattaminen ja häiriönpoisto.

• Käytetään myös joissakin mittausjärjestelmissä, kun esimerkiksi paineen tai nestetason mittaus vaikuttaa kapasitanssiin.

Yhteenveto

• Kondensaattorit ovat tärkeitä passiivisia komponentteja, joiden ominaisuudet määräytyvät käytettävän eristemateriaalin mukaan.