passive Bauteile

Kapazität

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Im Gegensatz zu einem Widerstand, was ja ein recht einfach zu verstehendes Bauteil ist, ist ein Kondensator ganz erheblich schwieriger zu verstehen. Ein Kondensator verhält sich an Gleichspannung ganz erheblich anders als an Wechselspannung. Diese Eigenschaft ist eine Besonderheit, und somit kein Nachteil.

Eine Kapazität, also ein Kondensator oder Elko, ist ein sog. passives Bauteil. Das bedeutet, dass dieses Bauteil keine verstärkende und steuernde Wirkung eines Signales hat.

Ein Kondensator ist vom Prinzip her eine Konstruktion, bei der zwei elektrisch leitende Flächen recht dicht gegenüberstehen. Diese Flächen sind aus Platzgründen oft aufgewickelt. Die Größe der Fläche (m2) bestimmt - neben anderen Dingen, wie z.B. der Abstand der beiden Flächen, und das Dielektrikum (Isolierschicht) die Kapazität des Kondensators. Ein Kondensator kann Gleichspannung - ähnlich wie ein Akku - speichern.

Bild oben: der Prinzipaufbau Bild oben: Bauformen. Oben und mittig ein Elko, unten ein Kondensator. Bild oben: Schaltzeichen. Links ein Festwertkondensator, mittig ein veränderbarer Kondensator, rechts ein Elko.

Neben den sog. reinen Widerstandswert, der korrekterweise der sog. "Ohmsche Widerstandswert" ist, gibt es weitere "Arten" von Widerstandswerten. Denn jedes Bauteil hat einen Widerstandswert. Und da manche Bauteile sich an Wechselspannung anders verhalten als an Gleichspannung, spricht man auch vom sog. "Blindwiderstand". Der Blindwiderstand(swert) ist also in Wechselspannungsschaltungen anzuwenden, also immer dort, wo ein Bauteil - z. B. ein Kondensator - eben nicht an "gleichmäßiger Gleichspannung" betrieben wird.

Der Blindwiderstand(swert) eines Kondensators ist von der Frequenz abhängig. Umso höher die Frequenz, umso niedriger ist der Blindwiderstand. Das bedeutet, dann ein an Gleichspannung angeschlossener Kondensator grundsätzlich hochohmig ist, an Wechselspannung ist er niederohmig. Dieser Umstand wird durch den "Blindwiderstand" des Kondensators hervorgerufen. Immer wenn in einer (elektronischen/elektrischen) Schaltung das Wort "Blind...." verwendet wird, bedeutet das, dass der Strom durch die Schaltung NICHT mit der Spannung in Phase ist. Spannung und Strom sind dann "phasenverschoben".

Bei einer Kapazität eilt der Strom um 90 Grad phasenverschoben der Spannung voraus.

Im Prinzip kann auch beim Kondensator der (Blind)Widerstand - wenn er an Wechselspannung betrieben wird - nach dem Ohmschen Gesetz berechnet werden, indem man die.....

.....Spannung (Formelzeichen U, in Volt)

.....durch den

.....Strom (Formelzeichen I für Intensität, in Ampere).

.....teilt.

Das Ergebnis der Berechnung ist der Blindwiderstand (Formelzeichen Xc, in Ohm).

Formel: XC = U / I (Blindwiderstand von C ( = Spannung durch Strom).

Speziell in einer Wechselspannungsschaltung können noch viele weitere Werte berechnet werden, und manchmal ist das sogar notwendig, und macht sogar Spaß :-) Auch dazu später mehr. Bedenken Sie bitte, dass in praktisch jeder elektronischen Schaltung für einen Kondensator Wechselspannungsverhältnisse herschen - auch wenn die Schaltung selber mit Gleichspannung betrieben wird.

Zurück zur Phasenverschiebung: Was bedeutet "nicht in Phase"? Bei einem reinen Widerstand haben wir bei einer gegebenen Spannung einen gegebenen Strom. Erhöhen wir nun die Spannung um z.B. 10 %, so steigt auch der Strom um 10 % an. Die Leistung steigt dann übrigens proportional an, denn Leistung (P in Watt) ist Spannung mal Strom. Bei 20 % mehr Spannung steigt auch der Strom um 20% an. Spannung und Strom sind in Phase, also NICHT zeitlich versetzt. Ist Spannung da, ist auch Strom da, und umgekehrt. Dieser Effekt kann z.B. an einer herkömmlichen Glühlampe beobachtet werden, denn sie verhält sich wie ein "(normaler) ohmscher Widerstand".

Schaltet man einen Kondensator parallel (also ein Anschluss an Plus, ein Anschluss an Minus) an eine Gleichspannung(squelle), so fliesst zunächst sehr viel Strom. Je nach Kapazität des Kondensators (die Kapazität beschreibt die Fähigkeit, Energie speichern zu können) sinkt der Strom jedoch sehr bald ab, bis er auf "Null" abfällt - dann ist der Kondensator aufgeladen, und sein Widerstand ist extrem hochohmig, eben weil kein Strom mehr fliest.

Bild oben: Stromverlauf beim Kondensator, während der Aufladung Bild oben: Spannungsverlauf beim Kondensator, während der Aufladung.

Die beiden Diagramme oben zeigen; erst fliest viel Strom, während die Spannung am Kondensator bei Null liegt. Im Laufe der Zeit (t) wird der Strom immer kleiner und die Spannung (jeweils am Kondensator) immer größer, weil sich der Kondensator immer weiter auflädt.

Doch wie lange, wie viel Zeit (t im Diagramm) nimmt der obige Vorgang in Anspruch? Nun, dies hängt im Prinzip nur von zwei Faktoren ab; 1.) wie niederohmig (also wie "kräftig") ist die Spannungsquelle, und 2.) wie viel Kapazität (also wie viel Energie kann aufgenommen werden) hat der Kondensator.

Kondensatoren mit sehr hoher Kapazität werden übrigens auch Elkos genannt. Dabei handelt es sich um die Kurzform von Elektrolytkondensator. Im Gegensatz zu einem Kondensator ist ein Elko gepolt, muss also "richtig" gepolt werden. Er - der Elko - hat auch nicht einfach nur zwei Platten, sondern er hat eine Anode, die aus einem bestimmten Metall besteht, oder mit einer Legierung beschichtet ist. Weiterhin ist ein (gelartiges/flüssiges) Dielektrikum enthalten, welches die Kathode darstellt. Anode und Kathode sind dann also die zwei Anschlüsse.

Ein Elko altert, das Dielektrikum verflüchtigt sich, der Kondensator verliert Kapazität. Dies führt oft dazu, das elektronische Schaltungen nach Jahren nicht mehr funktionieren. Besonders bei Schaltnetzteilen ist dieses Phänomen unter "alten Hasen" ein bekannter Standardfehler :-)

So, weiter möchte ich dieses Thema "Kondensator" hier in den Grundlagen nicht ausführen :-)