Kondensator
Kondensatoren – Aufbau, Funktionsweise und Typen
Kondensatoren sind passive elektronische Bauelemente, die elektrische Energie in Form eines elektrischen Feldes speichern und diese bei Bedarf wieder abgeben können. Sie werden in nahezu allen elektronischen Schaltungen eingesetzt, unter anderem zur Energiespeicherung, Signalfilterung, Entkopplung und Glättung von Spannungen.
1. Aufbau eines Kondensators
Ein Kondensator besteht grundsätzlich aus:
- zwei elektrisch leitfähigen Elektroden (Platten)
- einem dazwischenliegenden Dielektrikum (elektrisch nicht leitendes Material)
Das Dielektrikum verhindert einen direkten Stromfluss zwischen den Elektroden, ermöglicht jedoch den Aufbau eines elektrischen Feldes.
2. Funktionsweise
Wird eine Spannung an den Kondensator angelegt:
- sammelt sich auf einer Elektrode ein Elektronenüberschuss (negative Ladung),
- auf der anderen ein Elektronenmangel (positive Ladung).
Zwischen den Elektroden entsteht ein elektrisches Feld, in dem die Energie gespeichert ist.
Ein idealer Kondensator lässt keinen Gleichstrom durch, sondern lädt sich so lange auf, bis seine Spannung der angelegten Spannung entspricht.
Wichtige Klarstellung:
Die Kapazität ist nicht die gespeicherte Ladung, sondern ein Maß dafür, wie viel Ladung pro angelegter Spannung gespeichert werden kann:C=UQ
- C – Kapazität in Farad (F)
- Q – gespeicherte Ladung in Coulomb (C)
- U – Spannung in Volt (V)
3. Einflussfaktoren auf die Kapazität
Die Kapazität eines Kondensators hängt von drei wesentlichen Faktoren ab:
- Fläche der Elektroden
→ größere Fläche = höhere Kapazität - Abstand der Elektroden
→ kleinerer Abstand = höhere Kapazität - Dielektrikum
→ Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante erhöhen die Kapazität
4. Wichtige Kondensatortypen
Keramikkondensatoren
- klein, preiswert, unpolarisiert
- gute Hochfrequenzeigenschaften
- typisch für Entkopplung und Stützung von Versorgungsspannungen
Elektrolytkondensatoren (Elkos)
- sehr hohe Kapazitäten
- polarisiert (Plus- und Minuspol müssen beachtet werden)
- häufig zur Glättung von Gleichspannungen in Netzteilen
Folienkondensatoren
- unpolarisiert, elektrisch stabil
- langlebig und temperaturfest
- besonders geeignet für Wechselstrom- und Signalanwendungen
Tantal-Kondensatoren
- hohe Kapazität bei kleiner Bauform
- polarisiert
- empfindlich gegenüber Überspannung und Verpolung
5. Zusammenfassung (Merkkasten)
- Kondensatoren speichern Energie im elektrischen Feld
- Kapazität ≠ gespeicherte Ladung
- Kapazität hängt von Geometrie und Dielektrikum ab
- Unterschiedliche Bauformen für unterschiedliche Anwendungen
- Unverzichtbar für Filter, Glättung, Entkopplung und Energiespeicherung
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