Kondenzátory

Kondenzátory jsou pasívní elektronické součástky, jejichž charakteristickou vlastností je kapacita [F]. Dalším důležitým parametrem je jmenovité napětí [V], které udává maximální napětí, na kterém je možné kondenzátor trvale provozovat.
Kondenzátor se skládá ze dvou vodivých elektrod oddělených od sebe navzájem elektricky nevodivou látkou - izolantem - tzv. dielektrikem. Izolantem může být vzduch, papír, metalizovaný papír, plastová fólie, slída nebo keramika.
Kondenzátor je schopen akumulovat energii ukládáním elektrického náboje na svých elektrodách .

Simulace přesunu nosičů při nabíjení kondenzátoru

Simulace funkce kondenzátoru s dielektrikem

Simulace nabíjení a vybíjení kondenzátoru

Základní vztah pro výpočet kapacity rovinného kondenzátoru je:

kde ε0 - permitivita vakua (8,854.10-12 F.m-1), εr - dielektrická konstanta, relativní permitivita použitého izolantu [-], l vzdálenost mezi elektrodami [m] a S plocha elektrod [m2]

Základní dělení:

Pevné kondenzátory

Pevné kondenzátory se vyrábí jak pro vývodovou montáž, tak i miniaturizované pro povrchovou montáž SMD.

Základní dělení podle technologie:

Keramické kondenzátory

Kondenzátor je tvořen čtvercovými nebo kruhovými elektrodami s dielektrikem ze speciální keramiky s velkou permitivitou. Většinou se vyrábí sintrováním keramického prachu při 1100 až 1900 °C do požadovaného tvaru. Kapacita tohoto kondenzátoru je dle typu keramického materiálu dost značně závislá na teplotě. SMD varianta se vyrábí jako vrstvená.


Kapacity keramických kondenzátorů se pohybují v rozmezí 1pF-100nF.
Jmenovité napětí keramických kondenzátorů se pohybují v rozmezí 16-4000V.

Svitkové kondenzátory

Elektrody jsou většinou tvořeny dlouhými pásky dvou hliníkových folií s dielektrikem z plastu, které jsou svinuté do tvaru válce. Namotání pásků navíc způsobí, že na výsledné kapacitě se podílí obě strany vodivé fólie, takže kapacita bude proti rovinnému kondenzátoru o stejné ploše několikanásobně větší.
Elektrody mohou být vytvořeny i pokovením izolačního pásku (z obou stran). Takový kondenzátor je označován jako metalizovaný, který lépe odolává průrazu krátkodobými napěťovými špičkami při nějakých poruchových stavech a samovolně se obnoví funkčnost po průrazu vypálením poškozeného místa na fólii.
Kapacity svitkových kondenzátorů se pohybují v rozmezí 1nF-1µF.
Jmenovité napětí svitkových kondenzátorů se pohybují v rozmezí 30-1000V.

Foliové kondenzátory

V jednom pouzdře je několik vrstev paralelně spojených kovových elektrod oddělených dielektrikem z plastu.
Kapacity foliových kondenzátorů se pohybují v rozmezí 1nF-1µF.
Jmenovité napětí foliových kondenzátorů se pohybují v rozmezí 30-1000V.

Elektrolytické kondenzátory

Kladná elektroda je tvořena hliníkovou fólií, jejíž povrch je naleptán, čímž se nepravidelným zhrbolatěním podstatně zvětší její plocha. Povrch kladné elektrody je pokryt velmi tenkou vrstvou oxidu (<1µm), který tvoří dielektrikum. Zápornou elektrodu tvoří elektrolyt, který vyplní nepravidelné hrbolky na povrchu kladné elektrody. Připojení k "záporné elektrodě" obstará další hliníková fólie, která už nemusí být naleptána. Dlouhé pásky elektrod se smotají do tvaru válce.

Elektrolytický kondenzátor se nesmí přepólovat, vrstva oxidu je totiž vytvořena průchodem stejnosměrného proudu při výrobě kondenzátoru - tzv. formováním. Opačnou polaritou napětí by se izolační vrstva oxidu rozpustila.

Kapacity elektrolytických kondenzátorů se pohybují v rozmezí 1µF-10mF.
Jmenovité napětí elektrolytických kondenzátorů se pohybují v rozmezí 5-400V.

Tantalové elektrolytické kondenzátory

místo hliníkové fólie jsou zde použity kvalitnější tantalové elektrody - mají menší rozměry, menší ztráty, lepší časovou i teplotní stabilitu, jsou však pro menší napětí (max. cca 50V).

Superkondenzátory

Na hliníkové elektrody je nanesen nanoprášek ze speciální formy uhlíku tvořící obrovskou plochu, přičemž izolační vrstva je jen přibližně 10nm, což umožňuje vytvořit ve velmi malých rozměrech obrovskou hodnotu kapacity (cca 1-1000F) ale pouze pro malá napětí (max. cca 5V).

Při sériově paralelním spojení superkapacitorů lze nahradit i akumulátorové baterie s výhodou velmi rychlého nabíjení, malého vnitřního odporu a obrovského množství nabíjecích cyklů.


Hodnoty kapacit u kondenzátorů

Kondezátory se (podobně jako rezistory) vyrábí v normalizovaných řadách. U miniaturních kondenzátorů výrobci používají barevné značení (uvedeno v katalogu výrobce), na větších kondenzátorech je kapacita zapsána kódem, vycházejícím ze základní jednotky 1 F. Násobky jsou m (mili) 10-3, µ (mikro) 10-6, n (nano) 10-9, p (piko) 10-12
4p7 = 4,7 pF
33p = 33 pF
3n3 = 3,3 nF
100n = 100 nF
20µ = 20 µF
20M = 20 µF (u starších typů )
2,2m = 2,2 mF
2,2G = 2,2 mF (u starších typů )

SMD kondezátory mají značení číselným kódem.

Kondenzátory nelze vyrobit s přesnou hodnotou kapacity (především elektrolytické)
Tolerance (přesnost) kondenzátoru se uvádí v procentech a udává souměrnou odchylku od jmenovité hodnoty. U některých typů kondenzátorů, které mají kapacitu menší než 10 pF se udává dovolená odchylka kapacity v pikofaradech písmenem. Tolerance elektrolytických kondenzátorů je nesouměrná, bývá např. (-10 až +80)% a označuje se také písmenovým kódem. Konkrétní rozsahy a hodnoty jsou uvedeny v katalogu.

Proměnné kondenzátory

Základní dělení podle provedení:

Ladící kondenzátory

Ladící kondenzátory mají nejčastěji elektrody tvořené jako soustavu statorových desek mezi něž se zasouvají rotorové desky navzájem oddělené vzduchovou mezerou. Otáčením nějakým knoflíkem vyvedeným na povrch přístroje se změní plocha překrytí elektrod a tím se mění velikost kapacity.

Kapacity ladících kondenzátorů jsou v rozmezí 50 pF až 500 pF a používají se u laděných obvodů - například u starších radiopřijímačů k ladění stanic.

Dolaďovací kondenzátorové trimry

Dolaďovací kondenzátorové trimry jsou miniaturní verze ladících kondenzátorů, jako izolace se používají plastové fólie. Nastavování se provádí nástrojem (šroubovákem).

Kapacity dolaďovacích kondenzátorových trimrů jsou v rozmezí 1,5 pF až 15 pF a používají se u nejrůznějších laděných obvodů - oscilátorů a podobně.