Kondensatorn

Egenskaper

Kondensatorn har, precis som ett batteri, förmågan att ta upp elektrisk laddning. När den kopplas till en elektrisk spänningskälla laddas den upp på bråkdelen av en sekund och håller (teoretiskt) laddningen tills den laddas ur.

Konstruktion

Kondensatorn består av två metallplattor och ett tunt material (dielektrikum) som helt skiljer metallplattorna åt. I somliga kondensatorer ligger metallplattorna ihoprullade som i en toarulle. I de andra ligger de i skikt. Det är valet av material i kondensatorns dielektrikum, som ger den dess laddningsbara egenskap.

Som nämnts tidigare, har alltså kondensatorn förmågan att bli elektriskt laddad. Allt eftersom kondensatorn laddas, stiger spänningen över den och når till slut samma nivå som matningsspänningen själv. En ström kan inte ledas genom kondensatorn utan bara in i den. Den spärrar alltså en ström som flyter på ett och samma håll. Om strömmen däremot byter riktning sker en urladdning av den nyss laddade kondensatorn, vilket gör att man kan betrakta den som ledande om än tidsförskjutet med ett laddningsförlopp (fasförskjutet 180°). Detta motstånd minskar ju snabbare växlingen sker. Man skulle kunna säga att en kondensator är ett motstånd som minskar med ökad frekvens på spänningen.

RC-kurva

Precis som för ett batteri så har en kondensator alltså en upp- och urladdningstid. Uppladdningsförloppet går på bara bråkdelen av en sekund med en uppladdningskurva som bilden visar - snabbt i början för att sedan plana ut mot slutet. Kurvan kallas RC-kurva. Denna spänningshållande egenskap hos kondensatorn kan man använda när man vill bygga tidsstyrda kretsar.

Likströmsavskiljare

Eftersom kondensatorn spärrar likström, kan man använda den som en spänningsavskiljande koppling mellan två ljudkretsar där man endast vill föra vidare ljudsignalen.

Glättningskondensator

När man omvandlar växelspänning till likspänning använder man en diodbrygga, även kallad graetzbrygga (uttalas gretsbrygga). Växelspänningens negativa halva vänds av bryggan upp på den positiva sidan och bildar en pulserande likspänning.

Så länge spänningen är ojämn på detta viset kan man nästan inte använda den till något annat än att ladda batteri. I en ljud- eller bild-förstärkare skulle den orsaka ett kraftigt brum och behöver därför "glättas" (jämnas till). Det gör man med en kondensator:

Kondensatorn laddas upp i första delen av perioden och håller sedan spänningen på jämn nivå.

Om kondensatorn har för liten kapacitet att hålla spänningen eller om strömuttaget blir för stort hinner den laddas ur något mellan perioderna och ett litet brum kan uppstå.

Filter

Eftersom kondensatorn har olika motstånd vid olika frekvens kan man använda den i frekvensfilter.

Spolen (L) spärrar diskant och släpper igenom bas. Kondensatorn (C) släpper igenom diskanten. Det enda som passerar (genom högtalaren) är låga frekvenser. Vi har fått ett s.k. lågpassfilter.

Formel

En kondensators motstånd vid en viss frekvens kan räknas fram med formeln:

Om en kondensator är på 100uF (100 mikrofarad) och den aktuella frekvensen på 100 Hz ser vi utifrån formeln att reaktansen blir:

1 / (2 x pi (6,2831) x frekvensen f (100) x kapacitansen C (0,0001)) = 15,9 Ohm

Ökar vi frekvensen till det dubbla blir reaktansen:
1 / (6,2831 x 200 x 0,0001) = 7,95 Ohm
Alltså halveras reaktansen vid en fördubbling av frekvensen.

Terminologi

Reaktans

Motståndet hos en kondensator kallas kapacitiv reaktans och mäts i Ohm.

Kapacitans

Förmågan att ta upp elektrisk energi kallas kapacitans och mäts i Farad. Vanligtvis har kondensatorer värden kring några miljondelar eller miljarddelar av en Farad.

ESR (Ekvivalent SerieResistans)

En kondensators förluster i form av motstånd kallas ESR och är olika beroende på den frekvens och temperatur den utsätts för. Kondensatorns egenskap att spärra likström släppa igenom växelström är inte helt sann. Över en viss frekvens - kondensatorns resonansfrekvens - börjar motståndet i kondensatorn gradvis öka igen. Tumregeln är att för kondensatorer med stort värde, börjar motsåndet gradvis öka igen vi en lägre frekvens än vad den gör hos en mindre kondensator.

Symbol

Symbolen för en kondensator i elektriska scheman ser ut som på bilden ovan. På den polariserade kondensatorn är det det bredare strecket som är pluspolen.

 

Olika konstruktioner är lämpade för olika ändamål. En del kondensatorer måste polvändas rätt. Somliga kan justeras för olika värden med en trimskruv (Bilden ovan visar s.k. trimkondensatorer). Tålighet för högre spänning, temperaturstabilitet, miljövänlighet, frekvensdistorsion, fysisk storlek och monteringssätt är andra egenskaper. Utvecklingen går mot att hitta material och tillverkningsmetoder som gör kondensatorer små, tåliga och med hög kapacitans.

Material och användningsområde

Alla elektriska komponenter "lever", d.v.s. att dess egenskaper påverkas av temperatur, luftfuktighet, lufttryck, frekvens m.m.

När man bestämmer vilka komponenter man ska använda till sitt bygge är det viktigt att känna till vilken arbetssituation utrustningen ska jobba i och att man väljer komponenterna därefter. För vissa byggen spelar det ingen roll och då är det bortkastade pengar att använda komponenter med hög precision.

Materialet ger som tidigare sagt kondensatorerna dess olika egenskap. Några exempel:

Elektrolytkondensator

Elektrolytkondensatorer används ofta som spännigsutjämnare s.k. glättningskondensatorer i nätdelar. Elektrolyter finns med värden från några mikrofarad till flera Farad. Elektrolytkondensatorn är polariserad, d.v.s. att den har en plus och en minuspol. Ju större en elektrolytkondensator är i kapacitans räknat, desto sämre egenskaper vid högre frekvenser. I nätdelar bör man därför komplettera elektrolyterna med t.ex. en polyesterkondensator. En elektrolytkondensator föråldras, vilket går snabbare vid högre omgivande temperatur. Vid medelvarma temperaturer kan den hålla flera tiotals år.

Tantalkondensator

Tantalkondensatorn är elektrolytkondensatorns konkurrent upp till 1000uF. Den är polariserad och har ett lågt ESR. Tantalkondensatorn har bättre livslängd, förutsatt att inte maxtemperaturen överstigs, då den reagerar med kortslutning.

Plastfilmskondensator

Till plastfilmskondensatorer hör alla typer som heter något på poly.. (polyester, polystyren, polypropylen o.s.v.) Egenskaper hos dessa är att de har små förluster, de är opolariserade och lämpliga i filter av olika slag.

Keramiska kondensatorer

En keramisk kondensator är opolariserad. Den är tålig för överspänningar och är inte så känsliga för temperaturer och frekvenser.