Condensator

Principe van een condensator:
1. parallelle platen,
2. isolatie,
3. stroomdraden.

Symbolen voor een condensator: links een 'gewone' condensator, rechts een polariteits- gevoelige condensator zoals een elco.

Een condensator is een elektronische component die is opgebouwd uit twee geleiders met een relatief grote oppervlakte, die zich dicht bij elkaar bevinden en door een isolator, het diëlektricum, worden gescheiden. Een condensator is in staat elektrische lading vast te houden. Dit vermogen wordt de capaciteit van de condensator genoemd en uitgedrukt in de eenheid Farad (symbool F). Een condensator die een lading bevat van 1 Coulomb en waarover een spanning van 1 Volt staat, heeft een capaciteit van 1 Farad.

De relatie tussen de lading Q op de condensator, de spanning U over de condensator en de capaciteit C, wordt gegeven door:

$Q=C\cdot U$ .

De eerste condensator was de Leidse fles. Deze is uitgevonden aan de Leidse Universiteit door Pieter van Musschenbroek.

Een condensator beïnvloedt het vloeien van elektrische stroom. Voor gelijkstroom is hij een blokkade; slechts kort vloeit een stroom tot de condensator opgeladen is. Bij een aangelegde wisselspanning wordt de condensator afwisselend geladen, ontladen en tegengesteld geladen, waardoor schijnbaar stroom wordt doorgelaten; in het circuit waarin de condensator is opgenomen loopt een wisselstroom.

De biologische celmembraan en het oppervlak van een elektrode in een elektrolyt gedragen zich ook als condensatoren.

Inhoud

1 Complexe impedantie
2 Uitvoeringen
3 Vervangingscapaciteit
- 3.1 Aanduiding van de capaciteit

[bewerk] Complexe impedantie

Een condensator met capaciteit C en spanning U heeft een lading Q = CU. Daaruit volgt voor de stroom I die vloeit door de condensator:

$I = C\frac{dU}{dt}$ .

Indien de aangelegde spanning een enkele sinusgolf met hoekfrequentie ω is, kan de spanning (complex) geschreven worden als:

$U = U_o\cdot e^{j\omega t}$ .

Hieruit volgt voor de stroom:

$I = C j\omega U_o\cdot e^{j\omega t} = j\omega CU$ .

zodat

$U = I \frac{1}{ j\omega C} = I.Z_C$ .

Hierin is

$Z_C = \frac{1}{ j\omega C}$

de (complexe) impedantie van de condensator, capacitantie geheten. We zien dat de stroom 90° in fase voorloopt, voorijlt, op de spanning. Er wordt dus geen elektrisch vermogen geleverd.

[bewerk] Uitvoeringen

diverse soorten condensatoren

Keramische condensatoren

Elektrolytische condensatoren

Tantaal condensatoren

Regelbare condensatoren

Door zijn mechanische constructie en de gebruikte materialen heeft men een grote verscheidenheid in types. De voornaamste karakteristieken die de keuze bepalen zijn: de capaciteit, de tolerantie, verlieshoek, toegelaten temperatuur, stabiliteit en mechanische afmetingen.

Er zijn verschillende typen condensatoren

keramische (kleine capaciteit, hoge doorslagspanning)
met kunststoffilm als diëlektricum
mica (kleine capaciteit, hoge doorslagspanning, geringe verliezen)
elektrolytische (hoge capaciteit mogelijk, relatief lage ohmse weerstand, vooral gebruikt voor spanningstabilisatie, kortweg elco genoemd)
tantaal (hoge capaciteit mogelijk bij kleine afmeting)**
variabele (bijv afstemcondensator in een radio)
oliecondensatoren (voor hoge vermogens)
supercondensatoren, met uitzonderlijk hoge capaciteit van 1 tot vele F maar met relatief hoge lekstroom

Met de huidige techniek slaagt men er in miniatuurcondensatoren te bouwen met vrij grote capaciteit.

[bewerk] Vervangingscapaciteit

Voor de vervangingscapaciteit C_P bij parallelle schakeling van n condensatoren met capaciteiten C₁,...,C_n worden de afzonderlijke capaciteiten opgeteld:

$C_P = \sum_{i=1}^n {C_i}$ .

De vervanginscapaciteit C_S bij serieschakeling van n condensatoren met capaciteiten C₁,...,C_n, wordt berekend als het omgekeerde van de som van de omgekeerden van de afzonderlijke capaciteiten:

$\frac{1}{C_S} = \sum_{i=1}^n {\frac{1}{C_i}}$

Uitgewerkt voor twee serieel geschakelde condensators geeft dit: $C_S = \frac{C_1\cdot C_2}{C_1+C_2}$ .

De elektronische tegenhanger van de condensator is de spoel. Waar een condensator een (grote) weerstand is voor gelijkstroom, en een geleider voor wisselstroom, heeft een spoel juist een grotere weerstand voor wisselstroom, afhankelijk van de frequentie.

[bewerk] Aanduiding van de capaciteit

Bij bepaalde condensatoren wordt de capaciteit expliciet op de behuizing vermeld, inclusief de eenheid, bijvoorbeeld 470 μF, bij andere zonder de eenheid en dan is de impliciet aangenomen eenheid de picofarad. Indien er gebruik wordt gemaakt van een elektronische kleurcode is het systeem bij de eerste drie banden (geteld vanaf de bovenkant/buitenkant van de condensator) analoog aan dat van de weerstand, dus de eerste band geeft de eenheden, de tweede band de tientallen en de derde band de vermenigvuldigingsfactor (macht van 10) weer, dit alles in picofarad. Een vierde band kan de tolerantie weergeven zoals bij weerstanden, en de vijfde band de maximaal toegelaten spanning. Bij een opdruk met drie getallen zonder expliciet aangegeven eenheid is ook het derde getal de vermenigvuldigingsfactor (macht van 10). Een keramische condensator met bijvoorbeeld opdruk 104 heeft een capaciteit van 10 * 10⁴ = 100000 pF = 100 nF = 0.1 μF..

Verder kan de capaciteit van condensatoren met speciale capaciteitsmeters, die vaak ook onderdeel zijn van multimeters, gemeten worden.

Categorie: Elektronische component