Kondensaattori

Kondensaattori on virtapiirin osa, joka toteuttaa sähkövarauksen varastointia.

Yksinkertaisin kondensaattori on kaksi toisistaan hieman erossa olevaa suoraa sähköä johtavaa levyä, joiden väliin (tyhjöön tai muuhun eristeeseen) muodostuva sähkökenttä varastoi sähkövarausta.

"Rinnakkaisista levyistä" tehdyn kondensaattorin elektrodien välinen kapasitanssi, kun pinta-ala on A ja levyjen väli on d on suunnilleen:

$C=\epsilon _{0}\epsilon _{r}{\frac {A}{d}}$

missä C on kapasitanssi faradeina, $\epsilon _{0}\,$ on tyhjön sähköstaattinen permittiivisyysvakio ($1/(\mu _{o}c^{2})=1/(4\pi 10^{-7}c^{2})\,$) ja $\epsilon _{r}\,$ on käytetyn eristeen suhteellinen dielektrinen permittiivisyys.

Kondensaattorin varauskykyä voi siis lisätä:

• Laittamalla lisää pinta-alaa kondensaattoriin - tai laittamalla useampia kondensaattoreita rinnakkain.
• Käyttämällä korkeamman $\epsilon _{r}\,$:n omaavaa materiaalia eristeenä
• Ohentamalla eristettä

Koska ilmaeristeiset kondensaattorit ovat suurikokoisia, yleensä käytetään jotain muuta eristettä ja erilaisia keinoja kasvattaa pinta-alaa pienessä paketissa. Nykyisin ilmaeristeisiä kondensaattoreita näkee enää eräissä virityspiireissä, enimmäkseen nekin ovat menneisyyttä.

Kondensaattoriin varastoituva energia

Kondensaattori varastoi energiaa ja sen yhtälöt ovat:

$C={\frac {Q}{U}}\,$

$E={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}={\frac {1}{2}}CU^{2}\,$

missä:

• C = kapasitanssi
• U = jännite
• Q = sähkövaraus
• E = energia

Katso myös: reaktanssi

Erilaisia kondensaattoreita

Kondensaattoreita luokitellaan yleensä niiden rakenteen tärkeimmän komponentin: eristeaineen mukaan:

Ilmaeristeiset
Ilma	pF .. nF	Yleensä säädettäviä kondensaattoreita virityspiireissä
Suojakaasut		Suurjännitekäytössä yli 100 kV jännitteillä
Tyhjö		Suurehko jännitekesto ja immuniteetti ympäristön likaa kohtaan
Kiinteä eriste: Keraamiset
C0G, NP0	4.7 pF -- 47 nF, 5%	Laadukas toleranssiltaan ja lämmönkestoltaan. Kooltaan isompaa ja kaliimpaa. (Eristeaineen lämpötilariippuvuus on erittäin pientä.)
X7R	3.3 nF -- 330 nF, 10%	Kelvollinen epäkriittiseen käyttöön ja ajastuksiin. Herkkä mikrofonisuudelle (eli mekaaninen värähtely vaikuttaa kapasitanssiin!)
Z5U	0.01 uF -- 2.2 uF, 10%	Hyvä (RF) bypass käyttöön, halpaa ja pientä. Herkkä mikrofonisuudelle!
PZT	1 nF -- 1 µF, 1%	Keraamiset chipit, lyijy-zirkonaati-titanaatti on ferrosähköinen keraami
Lasi		Erittäin stabiileja (ja harvinaisia), käytetty stabiileissa oskillaattoreissa
Kiille ("mica")
Kiinteä eriste: muut kuin keraamit
Paperi	10nF -- 4µF, 10-30%	Varhainen halpa rakenne kerrostaa pitkä paperiliuska ja kaksi alumiinifolioliuskaa rullalle kierrettynä. Paketti on viimeistelty laittamalla se kuoreen ja sinetöimällä vahalla. Löytyy antiikkisista radioista. Jossain määrin nähty myös öljyllä kyllästettynä suurjännitekondensaattoreina.
Polyesteri (Mylar®)	1 nF .. 1µF, ??%	stabiileita ja jännitekestäviä. signaalikäsittelyssä, integraattoreissa
Polystyreeni		yleensä pikofaradiluokkaa, RF signaalikäsittelyyn
Polypropyleeni		pieni häviö, suuri jännitekesto, läpilyöntikestävyys, signaalikäsittelyssä
PTFE (Teflon®)
Piirilevykuviot
Elektrolyyttiset
Alumiini
Tantaani
EDLC	useita faradeja, max 2.55 V	Suuri kapasitanssi, pieni jännitekesto
Ultracap	kilofaradeja, max 2.55 V	Erittäin suuri kapasitanssi, pieni jännitekesto
Säädettävät kondensaattorit
Mekaaniset	10 pF .. 10 nF
Kapasitanssidiodi	1 pF .. 10 nF	Diodin yli estosuuntaan kytketty tasajännite (1-30V) säätää puolijohteen sisällä ns. estovyöhykkeen paksuutta, joka puolestaan säätää kapasitanssia
Kaikkea sekavaa
Kondensaattorimikrofonit
Painemittauskennot
Ihminen
Pietsosähköinen kide
Hajasuureet
DRAM-muistisolu
Akut		Sähkökemiallisella reaktiolla (eikä pelkästään sisäiseen sähkökenttään) energiaa varastoivia rakenteita. Varauskapasiteetti ilmaistaan ampeeritunteina, eikä faradeina.

----- TODO -----  kirjoita mitä on saatavilla mihin käyttöön

Katsottavaa

http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor