Jak vybrat kondenzátor

Napsal Jan Horník

Trocha fyziky

Kondenzátory jsou základní elektronické součástky, které mají schopnost akumulovat elektrický náboj Q [C – Coulomb].

Principiálně je kondenzátor řešen jako dvě oddělené vodivé desky, mezi nimiž je nevodivé dielektrikum. To umožňuje dosáhnout u kondenzátoru větší kapacity, než kdyby byly desky odděleny pouze vzduchovou mezerou.

Po připojení kondenzátoru ke zdroji stejnosměrného napětí, protéká obvodem elektrický proud do té doby, než se kondenzátor nabije na napětí zdroje. Na deskách kondenzátoru je elektrický náboj, úměrný napětí a kapacitě kondenzátoru:

Q = C * U

Kapacita vyjadřuje schopnost kondenzátoru uchovávat elektrickou energii a závisí na ploše desek S [m²], jejich vzdálenosti od sebe l [m] a na vlastnostech dielektrika (permitivita prostředí ε [F/m]):

C = ε * S / l

Jednotkou kapacity je Farad [F], podle anglického vědce Michaela Faradaye. Kapacita jeden Farad je velká hodnota, takže obvykle se setkáme s pikofarady až mikrofarady.

Je-li kondenzátor zapojen v obvodu se střídavým napětím, chová se jako frekvenčně závislý odpor. Odpor kondenzátoru pro střídavý (sinusový) proud se nazývá impedance Z [Ω – Ohm]:

Z = 1 / (2 * π * f * C)

Reálný kondenzátor si můžeme představit jako sériové spojení ideálního kondenzátoru a rezistoru. Tento rezistor se nazývá ekvivalentní sériový odpor (ESR) a vyjadřuje souhrnné ztráty vznikající průchodem střídavého proudu reálným kondenzátorem.  Častěji se pro vyjádření ztrát v kondenzátoru používá pojem ztrátový činitel tg δ:

tg δ = 2π . f . C . ESR

Parametry kondenzátoru

Vždy musíme znát alespoň jmenovitou kapacitu a jmenovité napětí, což je mezní hodnota použití. Z dalších parametrů nás mohou zajímat:

• tolerance (přesnost) kapacity,
• provozní napětí – maximální pro trvalý provoz,
• ekvivalentní sériový odpor (ESR),
• ztrátový činitel (tg δ),
• teplotní součinitel kapacity,
• stabilita kapacity v čase,
• izolační odpor – určuje svodový proud,
• rozsah teplot,
• způsob montáže,
• rozměry,
• a další…

Běžné typy kondenzátorů

Elektrolytické hliníkové (Aluminium Electrolytic)

Klasické elektrolytické kondenzátory jsou určeny pro obvody se stejnosměrným napětím a je nutné je správně polarizovat, jinak dojde k jejich zničení (někdy i explozi). Méně rozšířené jsou bipolární elektrolytické kondenzátory, které lze použít v obvodech střídavého napětí.

Elektrolytické kondenzátory dosahují vzhledem ke své velikosti vysoké kapacity (typicky stovky nF až desítky mF), která ale s časem klesá a má velkou toleranci, mají velký svodový proud, často jsou určeny pro menší napětí.

Typické použití: napájecí zdroje, nízkofrekvenční filtry, zesilovače.

Elektrolytické tantalové (Tantalum Electrolytic)

Oproti hliníkovým mají menší svodový proud, delší životnost, menší rozměry, větší stabilitu časovou i teplotní, ale jsou dražší, s menší kapacitou (obvykle do stovek µF) a spíše na nižší napětí.

Typické použití: napájecí zdroje, základní desky PC, měřící technika.

Keramické (Ceramic)

Jde o nejvíce používané kondenzátory. Vyrábí se jich mnoho typů a dělí se do několika tříd podle jejich vlastností (kvality). Zjednodušeně řečeno třída (Class) I zaručuje výborné vlastnosti (teplotní stabilitu kapacity v širokém rozsahu teplot). Třída II zaručuje ještě solidní vlastnosti, zatímco další třídy nezaručují nic.

Mají malé rozměry, menší kapacity (obvykle jednotky pF až stovky nF), ale jsou i pro vysoká napětí (desítky kV). U kondenzátorů vyšších kapacit (nad 1 µF) lze očekávat velkou závislost kapacity na stejnosměrném napětí.

Typické použití: široce používané, oscilátory, zdroje, filtry

Fóliové, též svitkové (Film)

Vyrábí se jich mnoho typů. Jsou relativně velké, mají malou kapacitu (typicky stovky pF až desítky µF), ale mají malou toleranci kapacity, dobrou teplotní stabilitu a velký izolační odpor. Vyrábějí se pro napětí cca do 1 kV. Jde o kvalitní kondenzátory.

Typické použití: vysokonapěťové zdroje, oscilátory, kde je třeba vydržet vysoké teploty

Slídové (Mica)

Jsou vysoce stabilní v čase i teplotně, s malými ztrátami, ale mají menší kapacity (typicky jednotky pF až desítky nF). Pro svoji vyšší cenu bývají dnes často nahrazovány keramickými kondenzátory.

Typické použití: oscilátory, vf obvody

Kondenzátory s proměnnou kapacitou

Vedle kondenzátorů s pevně danou hodnotou kapacity se používají také kondenzátory s proměnnou hodnotou. K občasnému nastavení kapacity (obvykle šroubovákem) se používají tzv. kapacitní trimry, zatímco k častému nastavování kapacity (pohodlně přístrojovým knoflíkem) se používají tzv. ladící kondenzátory.

Typické hodnoty kapacitních trimrů jsou jednotky až desítky pF, u ladících kondenzátorů spíše desítky až stovky pF.

Dříve hojně používané vzduchové ladící kondenzátory krásně demonstrují samotný princip kondenzátoru, kdy zasouváním desek statoru a rotoru mezi sebe měníme plochu desek kondenzátoru.