Kondensator
Co to jest Kondensator?
Jest to element elektryczny (elektroniczny), zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych rozdzielonych dielektrykiem. Wyróżniamy wiele rodzajów kondesatorów a podział jest wg zastosowanych materiałów przewodnikowych i dielektryków.
Kondensatory Polimerowe
W przeciwieństwie do typowych kondensatorów elektrolitycznych nowoczesne kondensatory polimerowe zamiast papieru, posiadają warstwę separująca zbudowaną z organicznego polimeru. Budowa to sprawia, że kondensatory polimerowe nie są narażone na puchnięcie oraz wycieki. Fizyczne właściwości polimeru sprawiają też, że kondensatory charakteryzują się dużym prądem udarowym, niską rezystancją zastępczą ESR i stabilnym współczynnikiem temperaturowym - nawet przy niskich temperaturach. Kondensatory polimerowe mogą zastępować kondensatory elektrolityczne lub kondensatory tantalowe w wielu zastosowaniach np. w filtrach do zasilaczy impulsowych, czy w przetwornicach DC/DC.
Kondensatory elektrolityczne
Dielektrykiem jest cienka warstwa tlenku metalu, osadzona elektrochemicznie na okładce dodatniej z tego samego metalu. Drugą okładkę stanowi ciekły lub suchy elektrolit. Materiałem tworzącym metaliczną elektrodę kondensatora elektrolitycznego może być m.in. aluminium oraz tantal. Tradycyjnie, w żargonie technicznym, kondensatorami elektrolitycznymi nazywa się kondensatory aluminiowe z ciekłym elektrolitem; w rzeczywistości, kondensatorami elektrolitycznymi są również kondensatory tantalowe z elektrolitem stałym (a także, rzadziej spotykane, z elektrolitem ciekłym). Prawie wszystkie kondensatory elektrolityczne mają ustaloną polaryzację, zatem mogą pracować tylko przy określonym znaku napięcia. W przypadku odwrócenia polaryzacji może nastąpić reakcja elektrochemiczna prowadząca do zniszczenia kondensatora; wydzielający się w jej wyniku gaz może doprowadzić do eksplozji jego obudowy. Do kondensatorów elektrolitycznych zalicza się również tzw. superkondensatory o pojemnościach rzędu wielu tysięcy faradów.
Kondensatory elektrolityczne aluminiowe
Jako elektrody dodatniej używa się aluminiowe. Dielektryk stanowi cienka warstwa trójtlenku glinu (Al2O3) Właściwości:
- pracują poprawnie tylko dla małych częstotliwości,
- buduje się je tylko dla dużych pojemności,
Charakteryzują się wysokim stosunkiem pojemności do rozmiaru: kondensatory elektrolityczne mają na ogół duże rozmiary, lecz kondensatory innego typu o tej samej pojemności i napięciu przebicia byłyby znacznie większe
charakteryzują się wysokimi prądami upływu
mają umiarkowanie niską rezystancję szeregową i małą indukcyjność szeregową.
Kondensatory tantalowe
Są to kondensatory elektrolityczne w których elektroda metaliczna wykonana jest z tantalu, zaś warstwę dielektryczną tworzy pięciotlenek tantalu (Ta2O5). Właściwości:
- wysoka odporność na warunki zewnętrzne,
- niewielkie rozmiary: dla pojemności mniejszych od kilkuset uF porównywalne lub mniejsze od kondensatorów aluminiowych o tym samym maksymalnym napięciu przebicia,
mniejszy niż w przypadku mokrych kondensatorów aluminiowych prąd upływu.
Kondensatory foliowe
Dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego np. poliestrowa (kondensatory oznaczane jako KT i kondensatory MKT), polipropylenowa (KP, MKP) lub poliwęglanowa (KC, MKC). Elektrody mogą być napylone na tę folię (MKT, MKP, MKC) lub wykonane w postaci osobnej folii metalowej, zwijanej lub prasowanej wspólnie z folią dielektryka (KT, KP, KC) kondensatory foliowe FKP i kondensatory foliowe MKS. Nowoczesnym materiałem na folie kondensatorów jest siarczek polifenylu (PPS). Właściwości ogólne kondesatorów foliowych (wspólne dla wszystkich rodzajów izolatora):
- pracują poprawnie przy dużym prądzie,
- mają dużą wytrzymałość napięciową,
- mają relatywnie małą pojemność,
- znikomy prąd upływu,
- używane w obwodach rezonansowych i układach typu snubber.
Poszczególne rodzaje folii różnią się właściwościami temperaturowymi (łącznie ze znakiem współczynnika temperaturowego pojemności, który jest ujemny dla polipropylenu i polistyrenu oraz dodatni dla poliestru i poliwęglanu), maksymalną temperaturą pracy (od 125 °C dla poliestru i poliwęglanu do 100 °C dla polipropylenu i 70 °C dla polistyrenu), odpornością na przebicie elektryczne (a zatem maksymalnym napięciem, jakie można przyłożyć do określonej grubości folii bez jej przebicia).
Kondensatory ceramiczne
Kondensatory te są wykonywane w postaci pojedynczej płytki lub stosu płytek ze specjalnych materiałów ceramicznych. Metaliczne elektrody są napylone na płytki i połączone z doprowadzeniami kondensatora. Stosowane materiały ceramiczne mogą mieć bardzo różne właściwości. Różnorodność ta obejmuje przede wszystkim szeroki zakres wartości względnych przenikalności elektrycznych, od kilku (podobnie jak we wszystkich pozostałych materiałach używanych do produkcji kondensatorów) do kilkudziesięciu tysięcy (wartości osiągalne tylko w materiałach ceramicznych). Tak wysokie wartości pozwalają na zbudowanie niewielkich rozmiarów kondensatorów, których pojemności mogą konkurować z kondensatorami elektrolitycznymi, a przy tym pracujących z dowolną polaryzacją i charakteryzujących się mniejszymi upływnościami. Materiały ceramiczne charakteryzują się skomplikowanymi i nieliniowymi zależnościami parametrów od temperatury, częstotliwości zmian i napięcia. Te o najniższych wartościach stałej dielektrycznej znakomicie pracują przy wielkich częstotliwościach, bywają również wykonywane jako o zmiennej pojemności (tzw. trymery).
Kondensatory powietrzne
Dielektrykiem jest powietrze, które znakomicie pracują przy wysokich częstotliwościach, często wykonywane są jako kondensatory zmienne (strojeniowe).