Indeling van condensatoren

Condensatoren worden meestal ingedeeld naargelang het soort van diëlektrisch materiaal. De meest gebruikte materialen als diëlektricum zijn mica, keramiek, plastic-film en elektrolyt (aluminiumoxide of tantaaloxide).

Wat is belangrijk?

• Je beschrijft de eigenschappen en de kenmerken van mica-, keramische, folie- en elektrolytische condensatoren.

• Je omschrijft de variabele condensator.

• Je kan de waarde aflezen van de capaciteit op de behuizing van een condensator.

Vaste condensatoren

Mica-condensatoren

Er bestaan twee soorten micacondensatoren. De gestapelde foliemicacondensator en de zilver-micacondensator. De basisconstructie van het type gestapelde folie wordt getoond in figuur 8-36. Het bestaat uit afwisselende lagen van metaalfolie en dunne platen van mica. De metaalfolie vormt de plaat en de micaplaten het diëlektricum. Door afwisselend de folievellen aan elkaar te verbinden, vergroot men het plaatgebied. Om de capaciteitswaarde te verhogen worden er meer platen gebruikt waardoor het plaatoppervlak toeneemt. De gestapelde foliemicacondensator wordt ingekapseld in een isolerend materiaal zoals bakeliet.

Opbouw mica-condensator	Voorbeeld van een mica-condensator

Figuur 8-36 : opbouw en voorbeeld van een mica-condensator

De zilver-mica condensator wordt op analoge wijze gevormd via gestapelde micaplaten met zilver elektrodemateriaal ertussen.

Mica condensatoren hebben over het algemeen een capaciteit tussen $1 pF$ en $\mathrm{0,1} \mu F$ . werkspanning tussen 100 V DC en 2500 V DC (of hoger) Mica heeft een typische diëlektrische constante van 5.

Keramische condensatoren

Keramische diëlektrica zorgen voor zeer hoge diëlektrische constanten. Een typische waarden voor ${\epsilon }_{r}$ is $1200$ . Hierdoor kunnen relatief hoge capaciteitswaarden worden bereikt in kleine fysieke afmetingen. Ze zijn meestal verkrijgbaar in capacitieve waarden die variëren van $1 pF$ tot $100 \mu F$ en met verschillende werkspanningen gaande tot meer dan $6 kV$ .

Net als micacondensatoren kunnen keramische condensatoren met meerdere lagen boven elkaar worden opgebouwd met dit verschil dat het diëlektricum keramiek is. Zo kunnen ze onder andere verkrijgbaar zijn in een meerlagige radiale loodconfiguratie of als een loodvrij keramische chip. Keramische condensatoren zijn eveneens schijfvormig verkrijgbaar.

Afbeeldingsresultaten voor keramische condensatoren

https://www.conrad.com/medias/global/ce/4000_4999/4500/4500/4500/450077_BB_00_FB.EPS_1000.jpg

Figuur 8-37 : voorbeelden van keramische condensatoren

Plastic foliecondensatoren

Veel gebruikte diëlektrische materialen bij plastic foliecondensatoren zijn polycarbonaat, propeen, polystyreen en mylar. Sommige van deze typen hebben capaciteitswaarden tot meer dan $100 \mu F$ . De meeste echter zijn kleiner dan $1 \mu F$ . Foliecondensatoren bestaan uit een dunne strook plastic folie dat dienst doet als diëlektricum tussen twee dunne metalen strips die als platen dienst doen. Dit geheel wordt zo klein mogelijk in een spiraalvormige configuratie opgerold en ingekapseld in een gegoten behuizing. Op die wijze kan een groot plaatoppervlak worden verpakt in een relatief kleine afmeting waardoor grote capaciteitswaarden kunnen bekomen worden in een kleine behuizing. Een aansluitdraad is verbonden met de binnenplaat en een andere draad met de buitenplaat. Een andere werkwijze maakt gebruik van metaal dat direct afgezet wordt op de film diëlektricum om alzo de platen te vormen.

Afbeeldingsresultaten voor plastic folio 100 nF

Afbeeldingsresultaten voor mylar 100 nF

Afbeeldingsresultaten voor mylar 100 nF

Figuur 8-38 : voorbeelden van plastic foliecondensatoren

Elektrolytische condensatoren

Elektrolytische condensatoren zijn gepolariseerd zodat één plaat positief is en de andere negatief. Deze condensatoren worden meestal gebruikt voor hoge capaciteitswaarden van $1\mathrm{ }\mu F$ tot meer dan $200000\mathrm{ }\mathrm{\mu }F$ . Een nadeel van deze condensatoren is dat ze relatief lage doorslagspanningen hebben en een grote hoeveelheid lekkage.

Fabrikanten hebben nieuwe elektrolytische condensatoren ontwikkeld met veel grotere capaciteitswaarden. Echter deze nieuwe condensatoren hebben lagere werkspanningen dan condensatoren met een kleinere capaciteitswaarde en zijn vaak duur. Super condensatoren met capaciteiten van honderden farad zijn hierdoor beschikbaar. Deze condensatoren zijn nuttig voor batterij back-up en voor toepassingen zoals kleine motorstarters die een zeer grote capaciteit nodig hebben.

Elektrolytische condensatoren bieden een veel hogere capaciteit dan de waarden van mica of keramiek condensatoren, maar hun spanning ratings zijn meestal lager.

Een elektrolytische condensator bestaat uit een plaat van aluminiumfolie en een plaat gemaakt van een elektrolyt aangebracht op een materiaal zoals kunststoffilm. Deze twee "platen" zijn gescheiden door een laag van aluminiumoxide die zich vormt op het oppervlak van de aluminiumplaat. Het symbool voor een elektrolytische condensator is weergegeven in figuur 8-39 (a). Bij een elektrolytische condensator (elco) wordt de negatieve klem (zie figuur 8-39 (b)) aangeduid door een aantal mintekens langs één zijde of door een volledige streep.

symbool	verschillende elektrolytische condensatoren

Figuur 8-39 : (a) symbool elco; (b) verschillende typen elco’s

Tantaal elektrolytische condensatoren

Tantaal condensatoren komen voor in ofwel een buisvormige ofwel een druppelvormige behuizing. In de druppelbehuizing is de positieve plaat eigenlijk een pellet (kogeltje) van tantaalpoeder. Tantaaloxide vormt het diëlektricum en mangaanoxide de negatieve plaat. Doordat voor het isoleren (diëlektricum) pentoxide gebruikt wordt, is het metaal (aluminium of tantaal) steeds positief ten opzichte van het elektrolyt. Dit houdt in dat naast de gewone elektrolytische condensator ook de tantaalcondensator gepolariseerd is. Bijgevolg moet je ook bij deze condensator opletten hoe je deze aansluit. De metalen plaat (positieve lading) wordt gewoonlijk aangegeven door een plusteken of een andere duidelijke markering op de condensator. Deze condensator moet steeds in een DC-circuit worden gebruikt waar de spanning over de condensator niet verander van polariteit. Omkeren van de polariteit van de spanning kan leiden tot volledige vernietiging van de condensator.

Afbeeldingsresultaten voor tantaal condensatoren

Figuur 8-40 : voorbeeld van tantaalcondensatoren

Variabele condensatoren

Variabele condensatoren worden gebruikt in toepassingen waar het nodig is om een regelbare capaciteit te hebben. Dit zowel manueel als automatisch. De capacitetswaarden zijn meestal lager dan $300 pF$ . Grotere waarden voor speciale toepassingen zijn eveneens beschikbaar. Het symbool van een regelbare (variabele) condensator is in figuur 8-41 weergegeven.

Manueel variabele condensatoren beschikken meestal over een schroef waarmee de gewenste capaciteit kan worden ingesteld. Dit soort variabele condensator wordt meestal trimmer genoemd. Als diëlektricum voor een trimmer wordt dikwijls keramiek of mica gebruikt. Een trimcondensator heeft over het algemeen een capaciteitswaarde lager dan $100 pF$ . De varactor (capaciteitsdiode) is een halfgeleidercomponent waarbij de capaciteit verandert door de spanning over deze componenten te variëren.

			Afbeeldingsresultaten voor variable condensator
symbool	voorbeelden variabele condensatoren

Figuur 8-41 : symbool en voorbeelden van een variabele condensator

De capaciteitswaarde gedrukt op de condensator

Condensatorwaarden worden zowel numeriek of alfanumeriek op de behuizing van de condensator aangegeven. Soms wordt gebruik gemaakt van kleurcodes. Condensatorlabels geven verschillende parameters aan zoals capaciteit, spanning en tolerantie.

Sommige condensatoren bevatten geen aanduiding voor de eenheid op hun behuizing. In deze situatie wordt de eenheid geïmpliceerd door de aangegeven waarde en wordt deze herkend door ervaring. Bijvoorbeeld een keramische condensator die gemarkeerd is met $.001$ of $.01$ heeft als eenheid microfarad omdat picofarad waarden van die vermelde grootte ( $\mathrm{0,001}$ of $\mathrm{0,01}$ ) niet bestaan met picofarad als eenheid. Beschouw een keramische condensator met het label 50 of 330. Deze waarden zijn in picofarads uitgedrukt omdat microfarad-eenheden te groot zijn en niet beschikbaar zijn voor dit type condensator.

In sommige gevallen wordt een driecijferige aanduiding gebruikt. De eerste twee cijfers zijn de eerste twee cijfers van de capaciteitswaarde en het derde cijfer is de vermenigvuldiger of het aantal nullen na het tweede cijfer. Bijvoorbeeld: $103$ betekent bijvoorbeeld $10.000 pF$ . Er zijn fabrikanten die de eenheid aanduiden als $pF$ , $nF$ of $\mu F$ . Soms wordt $\mu F$ aangeduid als $MF$ of $MFD.$ Er verschijnt een spanning op sommige typen condensatoren met $WV$ of $WVDC$ en bij andere typen is de spanning weer weggelaten. Als het wordt weggelaten, kan de spanning worden bepaald op basis van informatie verstrekt door de fabrikant. De tolerantie van de condensator is meestal gelabeld als een percentage, zoals ± 10%. De temperatuurcoëfficiënt wordt aangegeven door $ppm$ (parts per milion) Dit type label bestaat uit een $P$ of $N$ gevolgd door een getall. $N750$ betekent bijvoorbeeld een negatieve temperatuurcoëfficiënt van $750 ppm\frac{}{}° C$ . $P35$ betekent dan weer een positieve temperatuurcoëfficiënt van $35 ppm\frac{}{}° C$ . Een $NPO$ -aanduiding betekent dat de positieve en negatieve coëfficiënten nul zijn en de capaciteit bijgevolg niet verandert met de temperatuur.

Bepaalde typen condensatoren hebben een kleurcode. Deze is analoog aan de kleurcode met vier ringen voor weerstanden met dit verschil dat de tolerantiewaarde kan verschillen bij sommige kleuren. De eenheid is meestal uitgedrukt in $pF$ .

Test jezelf : indeling van condensatoren

1. Hoe worden condensatoren gewoonlijk ingedeeld?

2. Wat is het verschil tussen een vaste en variabele condensator?

3. Welk type condensator is normaal gezien gepolariseerd?

4. Waar dien je op te letten als je een gepolariseerde condensator in een schakeling opneemt?

5. Een elektrolytische condensator is verbonden tussen de negatieve klem van de voeding en de massa. Langs welke condensatoraansluitdraad verbind je in deze situatie de condensator met massa?