Kondansatörler Hakkında Detaylı Temel Bilgiler

1. Tanım

Kondansatör, enerjiyi bir elektrik alanında depolamak ve serbest bırakmak için kullanılan elektriksel bir bileşendir. Terminallerine bir voltaj uygulandığında, iletkenler (plakalar) arasında, kapasitörün enerji depolamasına izin veren bir elektrik alanı oluşturulur.

 

Kapasitans birimi faraddır (F). Pratik uygulamalarda mikrofaradlar (μF), nanofaradlar (nF) ve pikofaradlar (pF) gibi daha küçük birimler daha yaygın olarak kullanılır.

 

2.Çalışma Prensibi

Bir kapasitör, dielektrik adı verilen yalıtkan bir malzeme ile ayrılmış iki iletken plakadan oluşur. Plakalara bir DC voltajı uygulandığında, elektronlar bir plaka üzerinde birikerek ona negatif bir yük verirken, karşı plakadan eşit sayıda elektron çıkarılarak pozitif yüklü hale gelir.

 

Bu yük ayrımı dielektrik içinde bir elektrik alanı yaratır. Kondansatör enerjiyi bu elektrik alanında depolar ve voltaj uygulandığı ve herhangi bir deşarj yolu sağlanmadığı sürece yükü muhafaza eder. İletken bir yol başlatıldığında, harici devreden akım akarken depolanan enerji serbest bırakılır.

 

3. Kapasite

Bir kapasitörün kapasitansı C aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

 

Plaka alanıA:Daha büyük bir plaka alanı daha yüksek kapasitansla sonuçlanır.

 

Plaka aralığıd:Plakalar arasındaki mesafenin kısalması kapasitansı artırır.

 

geçirgenlikε:Dielektrik malzemenin türü kapasitansı etkiler; Daha yüksek geçirgenliğe sahip malzemeler daha yüksek kapasitans sağlar.

 

İlişki şu şekilde verilir:

 

 

Neresi:

• Ε dielektrik malzemenin geçirgenliğidir

 

• A plakaların etkili alanıdır

 

• d plakalar arasındaki mesafedir

 

4.Kapasitans Birimi

 

Kapasitans birimi faraddır (F). Farad çok büyük bir birim olduğundan, çoğu pratik kapasitör pikofarad (pF), nanofarad (nF) ve mikrofarad (μF) gibi daha küçük birimlerle derecelendirilir.

Kapasitans, bir kapasitörün birim voltaj başına ne kadar elektrik yükü depolayabileceğini gösterir. İlişki tarafından tanımlanır:

Neresi:

 

• Q depolanan yüktür,

 

• C kapasitanstır ve

 

• V uygulanan voltajdır.

 

Böylece daha yüksek kapasitans, aynı voltajda daha fazla şarjın depolanabileceği anlamına gelir.

 

Kapasitansın tek başına mutlak bir şarj kapasitesini temsil etmediğine dikkat etmek önemlidir; daha ziyade yük ve voltaj arasındaki ilişkiyi açıklar. Belirli bir kapasitans için sabit miktarda yük, voltajdaki orantılı bir değişime karşılık gelir.

 

Bir kapasitörün voltaj değeri, hasar görmeden güvenli bir şekilde dayanabileceği maksimum voltajı ifade eder. Depolanan şarj miktarı hem kapasitans hem de uygulanan voltajla artar.

 

Genel olarak, daha büyük kapasitörler (daha yüksek kapasitans değerlerine sahip) daha büyük fiziksel boyutlara ve daha yüksek maliyetlere sahip olma eğilimindedir.

 

5. Kondansatörlerin Sınıflandırılması

Polarize Kondansatörler

Polarize kapasitörler açıkça tanımlanmış pozitif ve negatif terminallere sahiptir. Doğru kutupla bağlanmaları gerekir; aksi takdirde ters bağlantı aşırı ısınmaya, sızıntıya ve hatta kopma ve patlamaya neden olabilir.

 

Sıvı Elektrolitik Kondansatörler

Sıvı elektrolitik kapasitörler bir tür polarize kapasitördür. Nispeten yüksek kapasitans sunarlar ve daha yüksek voltaj seviyelerini kaldırabilirler, ancak genellikle boyutları daha büyüktür, sınırlı yüksek-frekans performansına ve orta düzeyde bir hizmet ömrüne sahiptirler.

 

Bu kapasitörler, filtreleme ve voltaj yumuşatma amacıyla güç kaynağı devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

 

Yaygın bir örnek alüminyum elektrolitik kapasitördür. Enerji depolaması sağlamak ve voltajı dengelemek için genellikle güç kaynaklarının yakınına kurulur.

 

Katı-Durum Elektrolitik Kapasitörler

 

Tantal kapasitörler, anot olarak tantal metali ve katı bir elektrolit kullanan bir tür elektrolitik kapasitördür. Katı-hal elektrolitik kapasitörler kategorisine aittirler.

 

Geniş bir sıcaklık aralığında birim hacim başına yüksek kapasite (küçük boyut), iyi stabilite, düşük kaçak akım ve güvenilir performans sunarlar.

Bununla birlikte, diğer bazı kapasitör türleriyle karşılaştırıldığında tipik olarak daha düşük voltaj değerlerine sahiptirler ve aşırı gerilime ve ters polariteye karşı duyarlıdırlar.

 

Tantal kapasitörler polarizedir ve doğru polariteyle bağlanmalıdır. Güç kaynağı filtreleme, ayırma ve ses uygulamaları için düşük-voltajlı, kompakt elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılırlar.

 

Örneğin tantal kapasitörler cep telefonlarında yaygın olarak kullanılır ve bilgisayarlarda da yaygın olarak bulunur.

 

Polarize-olmayan Kapasitörler

 

Seramik Kondansatörler

Seramik kapasitörler (seramik disk kapasitörleri olarak da bilinir) polarize olmayan bileşenlerdir; yani pozitif veya negatif terminalleri yoktur ve her iki yönde de bağlanabilirler.

 

Küçük kapasitans değerleri, yüksek voltaj değerleri, kompakt boyutları ve mükemmel yüksek{0}frekans performansıyla öne çıkarlar. Bu özelliklerinden dolayı seramik kapasitörler elektronik devrelerde dekuplaj, filtreleme ve sinyal birleştirme gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

 

6. BoyutlarTolerans

 

Kapasitörler genellikle diğer elektronik bileşenlerle karşılaştırıldığında nispeten geniş toleranslara sahiptir.

 

Seramik kapasitörler için ortak tolerans dereceleri şunları içerir:

 

±5% (J)– daha sıkı tolerans

 

±10% (K)– yaygın olarak kullanılan

 

±20% (M)– yaygın olarak kullanılan

 

+80% / −20% (Z)– çok gevşek tolerans

 

Pratikte:

 

pF-düzeyi kapasitörlersıklıkla ±%5 tolerans kullanın

 

nF-seviye kapasitörlertipik olarak ±%10 tolerans kullanın

 

μF-seviye kapasitörleryaygın olarak ±%20 tolerans kullanılır

 

Elektrolitik kapasitörlergenellikle ±%20 veya daha geniş olarak derecelendirilir

 

Yüksek-hassas kapasitörler daha az kullanılır çünkü güç kaynağı filtreleme ve voltaj yumuşatma gibi-birçok kapasitör uygulaması-yüksek düzeyde doğru kapasitans değerleri gerektirmez. Küçük sapmaların genellikle devre performansı üzerinde minimum etkisi vardır.

 

Ancak RF eşleştirme ve filtre ağları gibi uygulamalarda, kararlı frekans özelliklerini sağlamak için daha sıkı toleranslar (örn. ±%5) gerekli olabilir. Bu durumlarda bile, standart toleranslar düzgün çalışmayı sürdürmek için yeterli olduğundan aşırı yüksek hassasiyet genellikle gereksizdir.

 

7. Kondansatör Boyutları

 

Seramik ve tantal kapasitörler için paket boyutlandırması, dirençler için kullanılan standartla aynıdır. Daha küçük yüzeye-montajlı bileşenler 0201, 0402, 0603 ve 0805 gibi İngiliz kodlarını kullanırken daha büyük paketler de 2520, 3525 vb. gibi metrik kodlarla ifade edilebilir.

 

Silindirik elektrolitik kapasitörler için boyutlar tipik olarak çap × yükseklik (örn. 6 mm × 11 mm) olarak belirtilir.

 

Donanım tasarımında, mümkün olduğunda kapasitörler için genellikle biraz daha büyük bir alan ayrılması önerilir. Örneğin, 6 × 11 mm'lik bir alan tahsis edilirse, maksimum tipik spesifikasyon yaklaşık 100 μF, 25 V olabilir. Maliyeti azaltmak için daha küçük bir kapasitör kullanmak kolay olsa da, aynı boyutta önemli ölçüde daha yüksek bir kapasitansa yükseltme yapmak genellikle mümkün değildir. Örneğin 470 μF, 25 V'luk bir kapasitör tipik olarak 6 × 11 mm'lik bir pakette üretilemez.

 

Aynı husus seramik kapasitörler için de geçerlidir. Örneğin, bir 0805 paketinde yaygın olarak bulunabilen maksimum spesifikasyon 22 μF, 6,3 V civarındadır. Daha yüksek kapasitanslı veya daha yüksek voltaj değerlerine sahip kapasitörlerin bu paket boyutunda elde edilmesi zordur.