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 nebo-li relativní permitivita použitého izolantu [-], d vzdálenost mezi elektrodami [m] a S plocha elektrody [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 u levnějších typů (liší se použitým keramickým materiálem) dosti závislá na teplotě.
Kapacity keramických kondenzátorů se pohybují v rozmezí 1pF-100nF.
Jmenovité napětí keramických kondenzátorů se pohybují v rozmezí 16-4000V.
SMD varianta se vyrábí jako vrstvená.
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
Buď se vyrábí jako svitkové kondenzátory (které ale mají na každé straně všechny závity vodivě propojené ke snížení parazitní indukčnosti), nebo jako 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 s relativní permitivitou εr=12,6. 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 (nebo střídavým napětím) by se izolační vrstva oxidu rozpustila.
Elektrolytický kondenzátor má omezenou životnost, obzvlášť pokud je provozován ve vyšších teplotách (uzavřená pouzdra napájecích zdrojů poblíž chladičů nebo v pouzdře LED žárovek). Dochází k vysoušení elektrolytu, což způsobuje snižování kapacity a zvyšování parazitního odporu označovaného ESR, který způsobuje i vlastní ohřívání kondenzátoru a zrychlí jeho vysychání, případně se zvýší vnitřní tlak v pouzdře kondenzátoru, což způsobí nafouknutí pouzdra, nebo v horším případě vytečení zbytků elektrolytu.
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 - vyrábí se do kapacity řádově 100µF 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 1-800F) ale pouze pro velmi malá napětí (max. cca 2,7V) ale velké hodnoty proudů (trvale až 20A, nárazově až 200A).
Při sériově paralelním spojení superkondenzátorů lze nahradit i akumulátorové baterie s výhodou velmi rychlého nabíjení, malého vnitřního odporu a obrovského množství nabíjecích cyklů.
Li-Ion kondenzátory
Mají velmi vysokou hustotu uložené energie, pro výrobu elektrod se využívá nanotechnologie. Výsledkem je obrovská hodnota kapacity (až 300F) ale pro malá napětí (max. cca 3,8V) a malé proudy (trvale 0,5A, nárazově 5A).
Na rozdíl od superkondenzátorů a Li-Ion baterií má zanedbatelné samovybíjení a obrovské množství nabíjecích cyklů. Může nahradit Li-Ion nabíjecí baterie u nízkoodběrových zařízení.
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.
