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Keramikkondensatoren sind elektrische Kondensatoren, bei denen das Dielektrikum aus keramischen Werkstoffen besteht. Gleichzeitig dient das keramische Dielektrikum als Trägermaterial für die metallischen Elektroden. Keramikkondensatoren sind ungepolt, besitzen also keine ausgewiesene Anode und Kathode, so wie es bei Elektrolyt- oder Tantalkondensatoren der Fall ist. Damit sind sie auch zum Betrieb an Wechselspannungen geeignet und können bauartbedingt nicht verpolt werden. Keramikkondensatoren sind die am häufigsten eingesetzten Kondensatoren im Elektronikbereich. Sie finden Verwendung als Koppelkondensatoren, dienen dazu, unerwünschte Gleichspannungsanteile fernzuhalten und werden in Frequenzweichen und Oszillatorschaltungen eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete stellen Filterschaltungen und Funkentstörmaßnahmen dar.
Keramikkondensatoren werden heute überwiegend in zwei Bauarten angeboten, als Keramikvielschicht-Chipkondensator (MLCC) im SMD-Gehäuse oder axial beziehungsweise radial bedrahtet zur konventionellen THT-Bestückung. Keramik-Scheibenkondensatoren sind radial bedrahtet und in der Regel Einschichtkondensatoren, die für höhere Spannungen ausgelegt sind. Eine spezielle Bauform stellen koaxiale Keramik-Durchführungskondensatoren dar. Sie sind zur Flanschmontage in elektrisch leitfähigen Abschirmgehäusen gedacht und führen eine ihrer beiden Elektroden isoliert nach außen, während die äußere Elektrode in die Gehäusewand eingelötet oder mit ihr verschraubt wird.
Gemäß ihren unterschiedlichen Eigenschaften werden Keramikkondensatoren in zwei Anwendungsklassen eingeteilt:
Die Kapazitätswerte von Klasse-1-Keramikkondensatoren sind relativ feldstärkeunabhängig. Unterschiedlich hohe Betriebsspannungen üben kaum einen Einfluss auf ihre Kapazität aus, und ihre Temperaturstabilität ist gut. Daher eignen sie sich für Schaltkreise, die hohe Anforderungen in Bezug auf Frequenzstabilität erfüllen müssen und wenn geringe dielektrische Verluste gewünscht sind. Nachteilig ist, dass diese Typen überwiegend mit nach oben hin begrenzten Kapazitätswerten erhältlich sind und bei gleicher Kapazität ein größeres Bauvolumen aufweisen als Keramikkondensatoren der Anwendungsklasse 2.
Klasse-2-Keramikkondensatoren verfügen materialbedingt über eine deutliche höhere Dielektrizitätskonstante. Damit besitzen sie erheblich mehr Kapazität bei gleicher Bauteilgröße im Vergleich zu Klasse-1-Keramikkondensatoren. Unterschiedliche Spannungen und vor allem Temperaturschwankungen haben allerdings einen starken Einfluss auf die Kapazitätswerte. Außerdem neigen sie bei mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise Erschütterungen oder Vibrationen zur Mikrophonie.
Je nach Einsatzgebiet ergeben sich Vor- und Nachteile der verschiedenen Typen im Hinblick auf Faktoren wie Feuchte- und Langzeitstabilität, Durchschlagsfestigkeit, Linearität bei Spannungsänderungen sowie der Temperaturstabilität. Klasse-1-Keramikkondensatoren eignen sich gut für Applikationen, bei denen hohe Anforderungen an geringe dielektrische Verluste bestehen und stabile Kapazitätswerte gefragt sind. In elektrischen Schwingkreisen eingesetzt, ermöglichen Klasse-1-Keramikkondensatoren langfristig hohe Frequenzgenauigkeiten auch bei schwankenden Umweltbedingungen. Ihre geringe Empfindlichkeit gegenüber piezoelektrischen Effekten vermeidet problematische Störeinflüsse, die es unter anderem in Audioschaltungen zu vermeiden gilt.
Geht es um hohe Kapazitäten bei geringer Baugröße, dann sind Klasse-2-Keramikkondensatoren die erste Wahl. Zwar sind ihre Toleranzen deutlich größer als bei Keramikkondensatoren der Klasse 1, ist jedoch nur eine Mindestkapazität erforderlich, zum Beispiel bei Glättung und Siebung von Wechselspannungsanteilen oder in bestimmten Filterschaltungen, spielt dies bei großzügiger Auslegung der Kapazität kaum eine Rolle.
Beim Austausch defekter Keramikkondensatoren ist darauf zu achten, dass – neben gleicher Kapazität und Nennspannung – die Toleranzangabe identisch oder besser ist als beim defekten Originalteil. Beachtung verdient natürlich auch die Bauform: Stimmt das Rastermaß bei bedrahteten Typen beziehungsweise die Bauform und damit Position und Größe der Lötpads bei SMD- Keramikkondensatoren?
Bei Neuentwicklungen von Schaltungen und Geräten sollte immer ein Augenmerk auf die jeweiligen Werte gemäß Datenblatt gelegt werden, um eine hohe Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit zu erreichen. Ein Einsatz in anspruchsvolleren Umgebungsbedingungen erfordert zudem eine Beachtung des zulässigen Temperaturbereichs. Für Audio-Schaltkreise, in Messschaltungen und anderen hochwertigen Applikationen sollten nur Klasse-1-Keramikkondensatoren verwendet werden, um Störungen durch piezoelektrische Effekte und Kapazitätsschwankungen zu verhindern.
Aus Sicherheitsgründen muss ebenfalls darauf geachtet werden, dass die Bauteile eventuell erforderliche Prüfzeichen tragen und der jeweils gültigen Norm entsprechen. Die im Shop von Conrad angebotenen Keramikkondensatoren erfüllen hohe Qualitätsansprüche und zeichnen sich durch Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aus.
Auf Keramik-Vielschichtkondensatoren befindet sich weder eine Farbkodierung noch ein Aufdruck. Wie kann ich denn erkennen, um welchen Kondensatortyp es sich handelt?
Aufgrund der meist sehr kleinen Bauformen sind diese Keramikkondensatoren in aller Regel nicht gekennzeichnet, ein Aufdruck wäre ohnehin nicht lesbar. Nach der Entnahme aus der beschrifteten Verpackung ist eine Identifizierung nicht mehr möglich, dies muss bei Lagerung und Verarbeitung stets berücksichtigt werden.
Was ist beim Umgang und bei der Verarbeitung von Keramikkondensatoren zu beachten?
Keramikkondensatoren stellen elektrische Ladungsspeicher dar. Je nach Kapazität und Spannung können geladene Keramikkondensatoren über längere Zeiträume teils beträchtliche Energiemengen sowie gegebenenfalls lebensgefährlich hohe Spannungen speichern. Deshalb sind auch hier stets die allgemeinen Sicherheitsregeln der Elektrotechnik zu beachten. Aber auch relativ niedrige Spannungen sind nicht immer unbedenklich; beim Bestücken elektronischer Schaltungen können hierdurch andere Bauteile beschädigt werden. Geladene Keramikkondensatoren sollten vor dem Handling daher immer über einen geeigneten Widerstand entladen werden. Kurzschlüsse sind zu vermeiden, da hierbei durch die niedrigen Innenwiderstände von Keramikkondensatoren hohe Ströme fließen und Beschädigungen entstehen können.
Kann man bei Keramikkondensatoren einen geringeren Nennspannungswert wählen, wenn die tatsächliche Betriebsspannung diesen nur kurzzeitig überschreitet?
Nein, dies ist unzulässig. Selbst kurzzeitige Überschreitungen der Nennspannung können zur Beschädigung oder Zerstörung führen. In jedem Fall wird die Lebensdauer verkürzt, die Zuverlässigkeit leidet und es kann zu unzulässiger Erwärmung kommen.