Kondensatoren sind ebenso wie Widerstände Bauteile mit zwei Anschlußdrähten. Schaltet man sie in Reihe zu einem Verbraucher, dann ist der Stromkreis unterbrochen. Allenfalls beim ersten Einschalten fließt ein kurzer Stromstoß. Verwendet man dagegen Wechselspannung, dann fließt ein Strom, und der Kondensator verhält sich ähnlich wie ein Widerstand.
Auf- und Entladen eines Kondensators
Der Kondensator besteht aus zwei Metallfolien, die gegeneinander isoliert sind. Bei Anschluß einer Spannung werden die Folien (Kondensatorplatten) aufgeladen, bis die Spannung gleich der Batteriespannung ist. Die Ladung bleibt gespeichert und kann beim Anschluß eines Widerstands in kurzer Zeit abfließen, wobei die Spannung abnimmt. Grundsätzlich fließt nur Strom, solange die Spannung sich ändert. Die Größe des Stroms hängt von der Plattengröße, von ihrem Abstand und vom verwendeten Isoliermaterial (Dielektrikum) ab. Man ordnet dem Kondensator als meßbare Größe die Kapazität C in Farad (F) zu. Meist kommen Werte im Bereich Mikrofarad (µF, millionstel Farad), Nanofarad (nF=1/1000 µF) und Pikofarad (pF=1/1000 nF) vor. Die Kapazität kann gemessen werden, wenn man den Spannungsanstieg Delta-U bei einem Strom I in einer gewissen Zeit Delta-t bestimmt.
Beim Anlegen einer Wechselspannung ändert sich die momentane Spannung zu jedem Zeitpunkt. Der Kondenstor wird also dauernd aufgeladen und wieder entladen. Insgesamt beobachtet einen Wechselstrom, der von der Spannung, der Frequenz und der Kapazität des Kondensators abhängt. Der Kondensator verhält sich ähnlich wie ein Widerstand und besitzt einen „kapazitiven Widerstand“ Rc.
Der Kondensator im Wechselstromkreis
Für einen Kondensator mit C=100µF bestimmt man bei einer Frequenz von 50 Hz einen kapazitiven Widerstand von Rc=31,8 Ohm.
Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom
Im Wechselstromkreis mit einem Kondensator ist zu beachten, daß es eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom gibt, d.h. der höchste Strom tritt nicht zum Zeitpunkt der höchsten Spannung auf, sondern früher. Aus diesem Grunde lassen sich auch nicht die Gesetze der Reihenschaltung einfach auf einen Kondensator und einen Widerstand anwenden. Trotzdem können Kondensatoren wie Vorwiderstände eingesetzt werden. Allerdings sind größere Kapazitäten meist nur bei Elektrolytkondensatoren erhältlich, die eine Polung aufweisen und nicht an Wechselspannung betrieben werden dürfen.
Kondensatoren als Vorwiderstände setzt man in Lautsprecher-Frequenzweichen ein, weil der kapazitive Widerstand mit der Frequenz sinkt. Ein Kondensator in Reihe zum Hochtonlautsprecher verkleinert den Strom vor allem bei tiefen Frequenzen. Man bezeichnet diese Schaltung auch als Hochpaßfilter.
Der Kondensator in der Frequenzweiche
Simulationsprogramm
zum Hochpaßfilter
Übungsaufgaben
Kondensatoren
erhält man in verschiedenen Bauformen, die sich hauptsächlich
in der verwendeten Isolationsschicht (Dielektrikum) unterscheiden. Keramische
Kondensatoren werden mit Kapazitäten von ca. 1 pF bis 0,1 µF
hergestellt. Folienkondensatoren bis ca. 10 µF verwenden Kunsststoffolien
und halten Spannungen von ca. 60 V bis zu einigen kV aus. Die größten
Kapazitäten von 1000 µF und mehr erreicht man mit Elektrolytkondensatoren.
Sie dürfen nur mit einer bestimmten Polung angeschlossen werden und
eignen sich nicht für Wechselstrom. Grundsätzlich muß bei
jedem Kondensator die höchste erlaubte Spannung beachtet werden, damit
es nicht zu inneren Überschlägen und Kurzschlüssen kommt.
Drehkondensatoren
und Kondensator-Trimmer können in ihrer Kapazität
verändert werden. Durch Drehen der Achse verändert man die Fläche
der sich gegenüberstehenden Kondensatorplatten.