300px|jobbra|bélyegkép|Különféle kivitelű kondenzátorok
Kondenzátor az az áramköri elem (alkatrész), amely a villamos térben képes energiát tárolni ellentétes elektromos töltések felhalmozása révén. A legegyszerűbb kondenzátor legalább két, párhuzamos vezető anyagból (fegyverzet) és a közöttük lévő elektromosan szigetelő anyagból (dielektrikum) áll. Kondenzátor található például a rádiókészülékekben, a mobiltelefonban, számítógépben, alaplapokban, töltőben, tápegységben, fénycső-elektronikában is, stb.
Története Az első kondenzátor a leideni palack volt, amelyet Pieter van Musschenbroek készített 1746-ban a leideni egyetemen.
Jellemző paraméterek A kondenzátor főbb jellemző paraméterei: kapacitás; névleges feszültség; tűrés (pontosság); hőmérsékleti tényező; frekvenciatartomány; polarizált vagy nem polarizált (kivezetések felcserélhetősége); maximális váltakozó feszültség; soros belső ellenállás (ESR); szivárgóáram.
Kapacitás A kapacitás a kondenzátor legfontosabb jellemzője. Minden test alkalmas elektromos töltések befogadására, tárolására. Azt, hogy egy kondenzátor mennyire könnyen halmoz fel töltéseket, kapacitásnak nevezik és C-vel jelölik.
Az elektronikában – ellentétben az akkumulátorokkal, amelyek ugyancsak villamos energiát tárolnak – nem feltétlenül a nagyobb kapacitású kondenzátor a „jobb”, mert sok áramkör helyes működéséhez pontosan adott értékű kapacitás (kondenzátor) szükséges, például az oszcillátorok, nagyfrekvenciás szűrő- és csatolóáramkörök. Névleges feszültség A kondenzátor névleges feszültsége az a – kondenzátoron is feltüntetett – legnagyobb feszültség, amelyen a kondenzátor még károsodás nélkül használható. A gyártási eljárástól, az alkalmazott anyagoktól és a felhasználás céljától függően különböző szabványos feszültségekre készítenek kondenzátorokat. Tervezésnél ökölszabály, hogy általában az üzemi feszültség a névleges feszültségtől lényegesen kisebb; rendszerint nem lépi túl a névleges feszültség felét. Ez különösen igaz az elektrolit kondenzátorokra. Ha a kondenzátorra a névleges feszültségnél nagyobb feszültség jut, rendszerint tönkremegy a dielektrikum átütése miatt.
Tűrés A kondenzátorok gyártási tűrése szintén fel van tüntetve az eszközön. A gyártási tűrést egyrészt az alkalmazott technológia, másrészt a felhasználás célja határozza meg. Egy hidegítő (szűrő-) kondenzátor tűrése lényegesen nagyobb, mint egy URH-sávra készült rezgőköri kondenzátoré.
Az elektronikai alkatrészekre névleges kapacitásuk szerint hivatkoznak, a tényleges azonban függ: a környezeti hőmérséklettől; az adott kondenzátor tűrésétől. Utóbbi jelentős is lehet, mert például a legtöbb elektrolitkondenzátort +80% és -20% tűréssel gyártják. Egy ilyen, névlegesen 1000 µF-os elektrolitkondenzátor kapacitása például 800 és 1800µF között bármekkora értéket felvehet. Abban az esetben, ha nincs feltüntetve vagy a szövegkörnyezetből nem derül ki, akkor kapacitás alatt szobahőmérsékleten a névleges értéket szokás érteni.
Hőmérsékleti tényező A hőmérséklet megváltozásával a kondenzátorok kapacitásértéke kismértékben megváltozik. A kondenzátoroknál a kapacitás hő okozta megváltozását a dielektrikum (szigetelő réteg) hőtágulása okozza. A hőmérsékleti tényező azt jelenti, hogy 1 °C környezeti hőmérséklet változás hatására a kondenzátor kapacitásértéke milyen változást szenved. Jele: Tk.
Bár a változás nagyon kicsi, kedvezőtlen esetben a nagyfrekvenciás rezgőkörök frekvenciája megváltozhat: ugyanis a rezgőkör tekercsének hőtágulása és a kerámia dielektrikum hőtágulásának együttes hatása már jelentős változást okoz például az URH-rádiókban (elhangolódás). A kvarcoszcillátor és a digitális rádióskála elterjedése előtt (és olcsóbb analóg készülékekben azóta is) a nagyfrekvenciás áramkörökben olyan kondenzátorokat alkalmaztak, amelyek a hőmérséklet változására ellentétesen reagáltak, mint a rezgőköri tekercs.A kondenzátor megfelelően megválasztott negatív hőmérsékleti tényezőjének hatása éppen kompenzálja a tekercs pozitív hőmérsékleti tényezője miatti elhangolódást.
A – nem színkóddal jelölt – kerámiakondenzátor hőmérsékleti tényezőjét a kondenzátor alapszíne egyértelműen jelöli az alábbiak szerint:
Alapszín JelTk Fekete NP0 0 Barna N33 -33 Vörös N75 -75 Narancs N150 -150 Citrom N220 -220 Zöld N330 -330 Kék N470 -470 Lila N750 -750
Üzemi frekvencia / ESR A kondenzátorokra kapcsolható legnagyobb frekvenciát elsősorban a kondenzátor dielektrikumának anyaga határozza meg, másrészt a kondenzátor kialakítása a járulékos induktivitások miatt. A kondenzátorok frekvenciaértékeivel kapcsolatos pontos adatok a kondenzátorok adatlapjaiban találhatóak. Többnyire a soros impedancia frekvencia függését adják meg (ESR).
Polaritásfüggés Azokat a kondenzátorokat, amelyek elektromos bekötése nem közömbös – vagyis kivezetései nem cserélhetők fel az alkatrész tönkremenetele nélkül – egyértelműen megjelölik. A jelölés tantál elektrolit kondenzátorok esetén „+” (plusz) jel a pozitív pólus azonosítására, míg elektrolit kondenzátorok esetén a negatív pólust jelölik „−” (mínusz) jellel.
Maximális váltakozó feszültség Az elektrolit kondenzátorok érzékenyek a kis értékű fordított polaritású feszültségre is, amelyek szűrő- leválasztó és egyenirányító pufferkondenzátoroknál jelentkezhetnek.
Maximális áram (ripple current) Elsősorban a fegyverzetek/elektródok kialakítása határozza meg, a túllépése túlzott melegedéssel jár, ami az eszköz élettartamát jelentősen csökkentheti, akár meghibásodást is okozhat, ugyanakkor a megadott ESR érték sem teljesül.
Tárolt energia
Síkkondenzátor bélyegkép|jobbra|Síkkondenzátor felépítése A kondenzátor legegyszerűbb változata a síkkondenzátor, amely két párhuzamos fémlemezből (fegyverzet) áll, közöttük elektromos szigetelőanyag , dielektrikum található.
Egy ilyen rendszer kapacitása, ha a dielektrikum a fegyverzetek teljes felületét kitölti:
ahol a a szigetelőanyag (dielektrikum) vastagsága, (a fegyverzetek távolsága) a fegyverzetek felülete a vákuum dielektromos állandója a szigetelő relatív permittivitása
Síkkondenzátort a nagy méretek miatt csak kis kapacitásokra (jellemzően 20–500pF tartományban) használnak. Változtatható kapacitású síkkondenzátor például a forgókondenzátor vagy a légtrimmer. Elméletileg dielektrikumként tetszőleges elektromosan szigetelő anyagot lehet használni (akár levegőt, gázokat, légritka teret vagy egyes folyadékokat is), azonban az elektródák közötti állandó távolságot biztosítani kell. Ellenkező esetben a kondenzátor kapacitásértéke nem stabil. A kapacitásérték változását kihasználják például a kondenzátor- és az elektretmikrofonokban.
Kondenzátortípusok Az elektronikában a kondenzátorok többféle módon csoportosíthatóak: A dielektrikum anyaga szerint levegő (gáz vagy vákuum is); transzformátorolaj; papír+transzformátorolaj; műanyag (például stiroflex); kerámia; fém-oxid (elektrolitkondenzátorok esetén); csillám. A kapacitás szabályozhatósága alapján fix értékű; változtatható kapacitású. felhasználás célja szerint szűrőkondenzátor (tápegységek), kisfrekvenciás, nagyfrekvenciás, ipari egyéb.
Gyakorlati megvalósításai A kondenzátorok felhasználási céljuktól függően különböző névleges feszültségre, eltérő kapacitással és gyártástechnológiával készülhetnek 1 pF-tól több ezer µF kapacitásra. Leggyakoribb kondenzátortípusok:
Papírkondenzátor bélyegkép|jobbra|Papírkondenzátor (történeti emlék) 5500 pF kapacitással
Papírkondenzátorokat az 1960-as évekig gyártottak. Olcsó, megbízható, nagy tömegben gyártott kondenzátortípus, régi készülékekben elvétve fellelhető. A papírkondenzátor olajjal impregnált (átitatott), vékony, hosszú papírcsíkból áll, amelynek két oldalán helyezkedik el az ónból vagy alumíniumból készült fóliafegyverzet. A fémfóliához ellenálláshegesztéssel, ritkábban forrasztással rögzítették az elektromos kivezetéseket. A fémfóliák a papírhoz képest középen vagy oldalirányban eltolva helyezkedhetnek el (indukciószegény kivitel). A feltekercselt fóliát papírcsőbe helyezték és végeit bitumennel zárták le.
Maximális üzemi hőmérsékletük az impregnáló olaj függvénye: paraffinolaj használata esetén +45 °C. A nedvességálló kivitelű papírkondenzátorokat kerámiacsőben helyezték el és műgyantával zárták le.Magyari Béla: Rádióamatőrök zsebkönyve, Budapest, Műszaki, 1963. 306-317. o., ETO: 621-396(083), ISBN n. A papírkondenzátorok fejlődésének következő állomása a fémezett papír (MP ~ metal paper) bevezetése volt, amelynek eredményeképpen lényegesen egyszerűbb gyártási eljárással, kisebb méretben, jobb tűréssel lehetett előállítani a kondenzátorokat. A papírkondenzátorokat a fóliakondenzátorok teljesen kiszorították.
Csillámkondenzátor bélyegkép|jobbra|Csillámkondenzátorok
A csillámkondenzátorban dielektrikumként csillámot alkalmaznak, amelynek két oldalán alumínium vagy vörösréz fegyverzetek vannak vagy az ezüsttartalmú fémréteget közvetlenül a csillám két oldalára viszi fel (SM ~ silver mica). A csillám kiváló elektromos, mechanikai és időálló tulajdonságokkal rendelkezik, emiatt műszerekben, oszcillátorokban elterjedten alkalmazzák.
Elektrolitkondenzátor bélyegkép|jobbra|Különböző méretű és kapacitású elektrolitkondenzátorok
Az elektrolit kondenzátorok készülhetnek alumínium, tantál vagy nióbium kivitelben.
Alumínium elektrolitkondenzátor Az alumíniumfóliás elektrolitkondenzátor egyik fegyverzete oxidált felületű alumínium, ahol az alumíniumoxid dielektrikumként működik. Így a kondenzátor egyik fegyverzete az alumínium, a másik az elektrolit (folyadék, vagy gél formájában). Kis térfogat mellett nagy kapacitása van: 0,5 μF (mikrofarád)-tól kezdve akár 100 F-ig, veszteségei viszont jelentősek lehetnek. Az elektrolitkondenzátor kapacitása a hőmérséklettel változik (csökkenő hőmérsékletnél csökken a kapacitás, növekvőnél nő):
bélyegkép|jobbra|Tönkrement elektrolitkondenzátorok (a túlnyomás hatására felhasadt a kondenzátor fedele)
A kapacitás értéke a +20 °C-on mért (névleges) kapacitáshoz képest: 0 °C-on 70-75% -10 °C-on 50-60% -20 °C-on 23-50%
Az elektrolitkondenzátor -20 °C alatt tönkremehet.
Az elektrolitkondenzátor kapacitása a reá adott feszültség függvényében, általában -20% és +50% között változhat.Ez a változás csökkenthető a kondenzátor úgynevezett formázásával, ami gyakorlati tapasztalat szerint a rájuk írt maximális feszültségérték 50%-án történik, mintegy 3 órán keresztül A megfelelő formázással és a maximális feszültségérték 50%-án történő használattal az elektrolitkondenzátor élettartama lényegesen megnövelhető. Az elektrolitkondenzátor legfontosabb felhasználási területe a váltófeszültségből egyenirányított egyenfeszültségek stabilizálása tápegységekben, valamint szűrőkondenzátorként az alacsony frekvenciás váltóáramú összetevők kiszűrése. Általánosságban elmondható róla, hogy nagyfrekvenciás tulajdonságai rosszak, veszteségi tényezője viszonylag magas, értéke bizonytalan (csak nagy szórással, pontatlanul gyártható), ugyanakkor fajlagos kapacitásértéke magas.
Komoly hátránya a polaritásérzékenysége, ugyanis fordított polaritású feszültség hatására az intenzív gázképződés miatt azonnal tönkremegy. Kisebb elektrolitkondenzátorokat a robbanás elkerülése miatt hasadótárcsával, míg az ipari kivitelű elektrolitkondenzátorokat biztonsági szeleppel látják el. Léteznek váltóáramú változatok is, ezekben mindkét fém fegyverzeten van oxidréteg. Ezek fajlagos kapacitása feleakkora.
Tantálkondenzátor bélyegkép|balra|Tantálkondenzátorok bélyegkép|Felületszerelt áramkörbe (SMD) való tantálkondenzátorok (a méretek szemléltetésére egy gemkapocs)