Kondenzátor (elektrotechnika)

[náhľad|Kondenzátory s mierkou v [cm&nbsp;–&nbsp;dole elektrolytické, hore keramické, vľavo v prevedení SMD]]
náhľad|Schématická značka kondenzátora

**Kondenzátor** je elektronická súčiastka, ktorej prevažujúca vlastnosť je jej elektrická kapacita.

V zásade vždy ide o dve elektródy s vloženým dielektrikom, ale v závislosti od detailov konštrukcie kondenzátora sa za rôznych podmienok prejavujú ich nežiadúce (parazitné) vlastnosti (napr. sériový odpor, zvod, indukčnosť, teplotné závislosti, zmeny vlastností v čase, nelinearita kapacity (závislosť od napätia) atď.). Kvôli tomuto sa vyrába množstvo rôznych typov kondenzátorov a je potrebné vždy vybrať vhodný typ podľa typu aplikácie (samozrejme s prihliadnutím aj na cenu a rozmery).

## Princíp kondenzátora
Kondenzátor sa skladá z dvoch&nbsp;vodivých&nbsp;dosiek oddelených&nbsp;dielektrikom. Na každú z dosiek sa privádzajú elektrické náboje opačnej polarity, ktoré sa vzájomne priťahujú&nbsp;elektrickou silou. Dielektrikum medzi doskami nedovolí, aby sa&nbsp;častice&nbsp;s nábojom dostali do kontaktu, a tým došlo k vybitiu elektrického náboja.
### Označovanie kondenzátorov

Hodnoty vlastností kondenzátora bývajú vyznačené na tele kondenzátora.
* Kapacita býva označená priamo vo Faradoch, napr. *470 uF*, t.j. *0,000 47 F*, pokiaľ to veľkosť kondenzátora dovolí. Niekedy sa predpona použije miesto desatinnej čiarky. Napríklad *2n2* znamená hodnotu *2,2nF*. 
** Pri menších telesách sa môžeme stretnúť s trojciferným označením, kde prvé dvojčíslie predstavuje hodnotu kapacity v pikofaradoch, ktorú treba vynásobiť číslom 10 umocneným na tretiu cifru. Pokiaľ je na označenie použitá dvojica cifier, hodnota je priamo v pikofaradoch. 
::Napríklad **564** znamená **56** x 10**4** pF= **560 000 pF** = 560 nF.
::Písmeno za trojcifrou znamená triedu tolerancie. Napríklad *K* znamená toleranciu *10 pF + 10%* nominálnej hodnoty.

* Prevádzkové napätie pre ktoré je kondenzátor určený.
* Polarita vývodov pri polárnych kondezátoroch (v súčasnosti väčšina elektrolytických kondenzátorov).

## Typy kondenzátorov (konštrukcia, vlastnosti, použitie)
náhľad|vpravo|Elektrolytické kondenzátory

### Elektrolytické
#### Konštrukcia
Medzi dve hliníkové fólie (elektródy) je vložený pijavý materiál (papier) napustený elektrolytom. Dielektrikom je zlúčenina hliníka ktorá vznikne na povrchu elektródy vplyvom elektrolytu.
Celok je zrolovaný a vložený do valcového hliníkového puzdra s dvomi vývodmi (jeden vývod je pripojený priamo na puzdro /platí iba pre nižšie napätia/).

#### Vlastnosti
* pomerne vysoké kapacity aj 70 F (ale iba pre nízke napätia&nbsp;–&nbsp;obyčajne 2,2 V)
* potreba jednosmernej polarizácie (niektoré typy zvládnu malú striedavú záťaž)
* pomerne nízka cena
* pomerne vysoké zvodové prúdy
* pomerne veľké parazitné javy (sériový odpor a indukčnosť). Tieto vlastnosti sa dajú znížiť zvláštnou konštrukciou (vyššia cena). Takéto typy sa označujú „low ESR“ (ESR=Equivalent Series Resistance) a používajú sa v spínaných zdrojoch
* tendencia vysychať po dlhšej prevádzke, a tým meniť resp. stratiť kapacitu
* životnosť veľmi závisí od teploty okolia, pre kondenzátor pri max. teplote (85&nbsp;°C alebo 105&nbsp;°C) môže byť iba 2&nbsp;000 hodín, ale pri znížení teploty okolia Ta na polovicu maximálnej stúpa životnosť až na 250 000 hodín a viac
* nesprávne zapojenie polarity poškodí súčiastku

#### Typické rozsahy hodnôt
* kapacity 100 nF&nbsp;–&nbsp; 2,7 F (s rastúcou kapacitou rastie rozmer, platí najmä pre vyššie napätia)
* napätia 6 V&nbsp;–&nbsp;600&nbsp;V (špeciálne aj viac) (s rastúcim napätím rastie rozmer)
* teplotné rozsahy bežne od −40&nbsp;°C do 85&nbsp;°C, drahšie do 105&nbsp;°C

#### Typické aplikácie
* filtrovanie jednosmerného napájacieho napätia
* oddelenie jednosmernej zložky v NF obvodoch
* malé kapacity sa využívajú na odstránenie vysokých frekvencií

### Tantalové
Modifikácia elektrolytických kondenzátorov, dielektrikom je vrstva oxidu tantalu na tantalovej elektróde.

#### Vlastnosti
* pomerne vysoké kapacity
* absolútna potreba jednosmernej polarizácie, neznášajú ani najmenšie prepólovanie a ani prepätia (explodujú)
* výrazne menšie (až zanedbateľne malé) zvodové prúdy
* vyššia cena než majú elektrolytické

#### Typické rozsahy hodnôt
* kapacity 1&nbsp;μF&nbsp;–&nbsp;4700&nbsp;μF
* napätia 5,5&nbsp;V&nbsp;–&nbsp;400&nbsp;V
* priemer &nbsp;–&nbsp;
* výška &nbsp;–&nbsp;

#### Typické aplikácie
* filtrovanie jednosmerného napájacieho napätia v miestach, kde je potrebný malý zvod (napr. batériou napájané prístroje)

### Keramické
#### Konštrukcia
Tenký plát keramického dielektrika je potiahnutý z dvoch strán kovovou vrstvou (elektródy). Celok je po pripevnení kontaktov zaliaty do izolačnej hmoty.

Používa sa široký rozsah keramických hmôt, v závislosti od nich sú aj ostatné vlastnosti. Vo všeobecnosti ide o hmoty s vysokou permitivitou pre kondenzátory s väčšími kapacitami, ktoré sú však silne nelineárne a hodia sa len pre filtračné účely; alebo naopak ide o keramiku s nízkou permitivitou, ale dobrými elektrickými vlastnosťami.

#### Vlastnosti
* bipolárne
* malé rozmery
* relatívne lacné
* malé (zanedbateľné) zvodové prúdy
* nemajú určenú polaritu

##### Vysoké kapacity
* silne nelineárne
* veľká tepelná závislosť
* vhodné len pre filtrovanie jednosmerného napájania

#### Typické rozsahy hodnôt
* napätia 10&nbsp;V&nbsp;–&nbsp;600&nbsp;V

##### Nízke kapacity
* kapacity 1&nbsp;pF&nbsp;–&nbsp;1&nbsp;nF

##### Vysoké kapacity
* kapacity 1&nbsp;nF&nbsp;–&nbsp;100&nbsp;nF

#### Typické aplikácie
##### Nízke kapacity
* vysokofrekvenčné obvody
* RC siete v NF obvodoch
* filtrovanie VF zložiek signálov a napájacích napätí

##### Vysoké kapacity
* filtrovanie jednosmerného napájacieho napätia

### Fóliové
#### Konštrukcia
Dielektrikum&nbsp;–&nbsp;fólia z vhodného plastu je umiestnená medzi dvomi kovovými fóliami&nbsp;–&nbsp;elektródami&nbsp;–&nbsp;a zvinutá do tvaru valca, kvádra...

#### Vlastnosti
* dobrá linearita
* dobrá tepelná (ne)závislosť
* dobrá časová stabilita
* vyššie parazitné vlastnosti (indukčnosť)
* dobré vysokonapäťové vlastnosti
* väčšie rozmery
* vyššia cena
* rovnaká funkcia ako keramické, ale fóliové majú menšie výkyvy

#### Typické rozsahy hodnôt
* 100&nbsp;pF&nbsp;–&nbsp;1&nbsp;μF
* 10&nbsp;V&nbsp;–&nbsp;1&nbsp;000&nbsp;V

#### Typické aplikácie
* precízne NF filtre
* oddelenie jednosmernej zložky v NF obvodoch
náhľad|vpravo|Premenlivé kondenzátory

### Premenlivé
#### Mechanické
Kapacita sa dá meniť obvykle otáčaním. Konštrukciou sú to dve elektródy prípadne sústava elektród v polkruhovom tvare, ktoré sa otáčaním pohyblivej časti zasúvajú medzi seba, zväčšujú tak plochu a tým kapacitu. Delia sa na: 
* vzduchové
* s dielektrikom
Typicky ide o ladenie v rozsahu jednotiek či desiatok pF.

#### Varikapy
Sú to v podstate diódy, ktoré sa používajú v závernom smere. V závernom smere sa totiž dióda správa ako kondenzátor. Kapacita sa ladí potom napätím. Čím väčšie napätie, tým menšia kapacita.

Kapacita sa dá zhruba vyjadriť:

C = k . \frac{1}{U^2}
Alebo ako C=Q/U
Q&nbsp;–&nbsp;elektrický náboj
U&nbsp;–&nbsp;je napätie, na ktoré je pripojený kondenzátor

kde *k* je koeficient, čo závisí od konštrukcie diódy (pri obyčajných diódach menší ako pri varikapoch).

## Modelovanie a simulácia
### Ideálny kondenzátor
U platňových kondenzátorov je možné vyjadriť kapacitu C ako závislosť plochy platní S, ich vzájomnej vzdialenosti d a permitivity prostredia medzi nimi ε:

C = \varepsilon_0\varepsilon_r  \frac {S}{d} 


Pričom na platňu s kapacitou C je možné uložiť náboj Q:

Q=CU

Q=It

Jednotkou kapacity v sústave SI je&nbsp;farad:

[F] =[{m}^{-2}\cdot\mbox{kg}^{-1}\cdot\mbox{s}^{4}\cdot\mbox{A}^{2}]

thumb|right|Model reálneho kondenzátora

### Reálny kondenzátor
Reálny kondenzátor sa dá vyjadriť modelom ako na obrázku. C je vlastná kapacita, Rleakage izolačný odpor dielektrika, RESR sériový odpor a LESL indukčnosť prívodov.

Kalkulačka prevodu kapacity: Kalkulačka

## Referencie


## Iné projekty

Kategória:Elektronika
Kategória:Elektrické súčiastky