Anwendungen von Kondensatoren
Kondensatoren, die zur Unterdrückung von unerwünschten Frequenzen eingesetzt werden, werden manchmal auch als Filterkondensatoren bezeichnet. Sie sind in elektrischen und elektronischen Geräten weit verbreitet und decken eine Reihe von Anwendungen ab, wie z. B.:
- Entstörung von Gleichstromschienen
- Entstörung von Signal- oder Stromleitungen, die in Geräte ein- oder ausgehen
- Kondensatoren, die nach einem Spannungsregler verwendet werden, um Gleichstromversorgungen weiter zu glätten
- Kondensatoren, die in Audio-, Zwischenfrequenz- oder Hochfrequenzfiltern (z.z.B. Tiefpass, Hochpass, Notch, etc.)
- Lichtbogenunterdrückung, wie z.B. über dem Unterbrecherkontakt oder ‚Weichen‘ in einem Ottomotor
SignaleinkopplungBearbeiten
Da Kondensatoren Wechselstrom durchlassen, aber Gleichstromsignale sperren (wenn sie bis zur angelegten Gleichspannung aufgeladen sind), werden sie oft verwendet, um die Wechselstrom- und Gleichstromanteile eines Signals zu trennen. Diese Methode wird als AC-Kopplung oder „kapazitive Kopplung“ bezeichnet. Hier wird eine große Kapazität verwendet, deren Wert nicht genau kontrolliert werden muss, deren Reaktanz aber bei der Signalfrequenz klein ist.
EntkopplungBearbeiten
Ein Entkopplungskondensator ist ein Kondensator, der dazu dient, einen Teil einer Schaltung von einem anderen zu entkoppeln. Rauschen, das von anderen Schaltungselementen verursacht wird, wird durch den Kondensator geshunted, wodurch die Wirkung auf den Rest der Schaltung reduziert wird. Ein alternativer Name ist Bypass-Kondensator, da er verwendet wird, um die Stromversorgung oder eine andere hochohmige Komponente einer Schaltung zu überbrücken.
Hochpass- und TiefpassfilterBearbeiten
Ein Hochpassfilter (HPF) ist ein elektronisches Filter, das Signale mit einer Frequenz oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz durchlässt und Signale mit Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz abschwächt. Das Ausmaß der Dämpfung für jede Frequenz hängt von der Konstruktion des Filters ab. Ein Hochpassfilter wird normalerweise als lineares, zeitinvariantes System modelliert. Er wird manchmal auch als Tiefpassfilter oder Bassfilter bezeichnet. Hochpassfilter sind vielseitig einsetzbar, z. B. zum Sperren von Gleichstrom aus Schaltungen, die empfindlich auf Mittelspannungen ungleich Null reagieren, oder aus Hochfrequenzgeräten. Sie können auch in Verbindung mit einem Tiefpassfilter verwendet werden, um ein Bandpassfilter zu erzeugen.
Ein Tiefpassfilter (LPF) ist ein Filter, der Signale mit einer Frequenz unterhalb einer ausgewählten Grenzfrequenz durchlässt und Signale mit Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz abschwächt. Der genaue Frequenzgang des Filters hängt von der Konstruktion des Filters ab. Das Filter wird manchmal auch als Hochpassfilter bezeichnet, oder ]] in Audioanwendungen. Ein Tiefpassfilter ist das Komplement eines Hochpassfilters.
Rauschfilter und SnubberEdit
Wenn ein induktiver Stromkreis geöffnet wird, bricht der Strom durch die Induktivität schnell zusammen und erzeugt eine große Spannung über dem offenen Stromkreis des Schalters oder Relais. Wenn die Induktivität groß genug ist, erzeugt die Energie einen elektrischen Funken, der dazu führt, dass die Kontaktpunkte oxidieren, sich verschlechtern oder manchmal zusammenschweißen, oder dass ein Halbleiterschalter zerstört wird. Ein Snubber-Kondensator über dem neu geöffneten Stromkreis schafft einen Pfad für diesen Impuls, um die Kontaktpunkte zu umgehen und so ihre Lebensdauer zu erhalten; diese wurden zum Beispiel häufig in Kontaktunterbrecher-Zündsystemen gefunden. Ähnlich verhält es sich bei kleineren Schaltungen, wo der Funke zwar nicht ausreicht, um den Schalter zu beschädigen, aber dennoch unerwünschte Hochfrequenzstörungen (RFI) abstrahlt, die ein Filterkondensator absorbiert. Snubber-Kondensatoren werden in der Regel mit einem niederwertigen Widerstand in Reihe geschaltet, um Energie zu dissipieren und RFI zu minimieren. Solche Widerstand-Kondensator-Kombinationen sind in einem Gehäuse erhältlich.
Kondensatoren werden auch parallel zur Unterbrechung von Einheiten eines Hochspannungs-Leistungsschalters eingesetzt, um die Spannung zwischen diesen Einheiten gleichmäßig zu verteilen. In diesem Fall werden sie als Sortierkondensatoren bezeichnet.
In Schaltplänen wird ein Kondensator, der hauptsächlich für die Speicherung von Gleichstromladung verwendet wird, oft senkrecht gezeichnet, wobei die untere, negativere Platte als Bogen gezeichnet wird. Die gerade Platte zeigt den positiven Anschluss des Geräts an, wenn es gepolt ist (siehe Elektrolytkondensator).
Gleichstrommotorentstörung
Keramikscheibenkondensatoren werden wegen ihrer geringen Induktivität und niedrigen Kosten meist in Entstörschaltungen für Niederspannungsmotoren verwendet.
Schaltnetzteil-FilterungEdit
Elektrolytkondensatoren mit niedrigem ESR-Wert (äquivalenter Serienwiderstand) sind oft erforderlich, um den hohen Ripplestrom zu bewältigen.
NetzfilterungEdit
Netzfilterkondensatoren sind in der Regel gekapselte Wickel-Kunststoff-Folien-Typen, da diese eine hohe Spannungsfestigkeit bei niedrigen Kosten bieten und selbstheilend und schmelzbar gemacht werden können. Netzfilterkondensatoren sind oft keramische RFI/EMI-Entstörkondensatoren. Die zusätzlichen Sicherheitsanforderungen für die Netzfilterung sind:
- Leitungskondensatoren zum Nullleiter sind flammwidrig und müssen in Europa Dielektrika der Klasse X verwenden.
- Leitung oder Nullleiter zur Erde: Müssen flammhemmend sein; außerdem muss das Dielektrikum selbstheilend und schmelzbar sein. In Europa sind dies Kondensatoren der Klasse Y.
NetzschienenfilterungBearbeiten
Elektrolytkondensatoren werden in der Regel wegen ihrer hohen Kapazität bei geringen Kosten und geringer Größe verwendet. Kleinere Nicht-Elektrolytkondensatoren können mit diesen parallel geschaltet werden, um die schlechte Leistung von Elektrolytkondensatoren bei hohen Frequenzen zu kompensieren.
Computer verwenden eine große Anzahl von Filterkondensatoren, wodurch die Größe ein wichtiger Faktor ist. Festtantal- und Nasstantalkondensatoren bieten einige der besten CV-Leistungen (Kapazität/Spannung) in einigen der volumeneffizientesten Gehäuse, die es gibt. Hohe Ströme und niedrige Spannungen machen auch einen niedrigen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) wichtig. Festkörper-Tantalkondensatoren bieten Versionen mit niedrigem ESR, die oft die ESR-Anforderungen erfüllen können, aber sie sind nicht die Option mit dem niedrigsten ESR unter allen Kondensatoren. Festtantal-Kondensatoren haben ein zusätzliches Problem, das in der Designphase berücksichtigt werden muss. Tantalkondensatoren müssen in allen Anwendungen mit einem Spannungsderating versehen werden. Ein Spannungsderating von 50 % wird empfohlen und ist allgemein als Industriestandard akzeptiert; z. B. sollte ein 50-V-Festtantalkondensator nie einer tatsächlichen Anwendungsspannung von mehr als 25 V ausgesetzt werden. Festtantalkondensatoren sind sehr zuverlässige Bauteile, wenn sie mit der richtigen Sorgfalt eingesetzt und alle Konstruktionsrichtlinien sorgfältig befolgt werden. Leider ist der Fehlermechanismus für einen Tantal-Kondensator ein Kurzschluss, der zu einem heftigen Aufflackern und Rauchen auf der Leiterplatte führt und andere Komponenten in unmittelbarer Nähe beschädigen sowie den Kondensator vollständig zerstören kann. Glücklicherweise treten die meisten Ausfälle von Tantal-Kondensatoren sofort und sehr offensichtlich auf. Einmal in der Anwendung verbessert sich die Leistung von Festtantalkondensatoren mit der Zeit und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls aufgrund von Fehlern bei der Herstellung der Komponenten sinkt. Nasse Tantal-Kondensatoren sind eine Art Elektrolyt-Kondensator, bei dem ein Tantal-Pellet in einem elektrolytischen Material verwendet wird, das in einem hermetischen Gehäuse versiegelt ist. Diese Art von Tantalkondensator erfordert nicht das gleiche Derating wie ein Festtantal und sein Ausfallmechanismus ist offen. Für nasse Tantal-Kondensatoren wird ein Spannungsderating von 10 % bis 20 % bei einem Betriebstemperaturbereich von 85 °C bis 125 °C empfohlen. Nasse Tantal-Kondensatoren werden im Allgemeinen nicht nur als „Elektrolytkondensatoren“ bezeichnet, da sich der Begriff „Elektrolytkondensator“ normalerweise auf Aluminium-Elektrolytkondensatoren bezieht.