Jakie są rodzaje kondensatorów?

Kondensatory są stałym i niezbędnym elementem obwodów elektronicznych, które znajdziemy w praktycznie każdym urządzeniu wykorzystującym energię elektryczną, począwszy od dziecięcych zabawek, a skończywszy na komputerach sond kosmicznych. Przedstawiamy rodzaje kondensatorów wraz z najważniejszymi informacjami na ich temat.

Kompletnego laika spoglądającego na wnętrze jakiegokolwiek bardziej skomplikowanego sprzętu elektronicznego z pewnością zaskoczy plątanina kabli oraz niezwykle duża liczba przeróżnych podzespołów przytwierdzonych do charakterystycznych drukowanych płytek obwodowych. Bogactwo kształtów i kolorów wszystkich użytych komponentów przykuwa uwagę i może zachęcać, zwłaszcza najbardziej ciekawych świata dorosłych i dzieci, do poznania ich nazw oraz przeznaczenia.

Ta różnorodność jest zresztą z pozoru bardzo myląca, bo choć rzeczywiście istnieje ogromna liczba specjalistycznych elementów elektronicznych, większość z nich należy jednak tylko do trzech grup – cewek, rezystorów lub kondensatorów. Bez nich nie zbudujemy żadnego praktycznego obwodu. Ich wiele form jest wynikiem dziesiątek lat innowacji oraz postępu technologicznego. Dowiedzmy się zatem, jakie są rodzaje kondensatorów, jak działają oraz jakie funkcje spełniają.

Czym jest i do czego służy kondensator?

Kondensator to element bierny układu elektrycznego lub elektronicznego, który jest zbudowany z dwóch przewodników nazywanych okładkami. Są one rozdzielone od siebie próżnią lub dielektrykiem (izolatorem). Jeżeli do kondensora napływa prąd o stałym napięciu, na jednej i drugiej okładce zbiorą się ładunki o przeciwnym ładunku. Po odłączeniu dopływu prądu kondensator jest naładowany i zatrzymuje ładunki, które mogą zostać potem wykorzystanie. 

Kondensatory rozróżniamy za pomocą ich pojemności, a więc maksymalnej miary ładunków, jaką gromadzą. Jest ona podawana w faradach (F), a więc specjalistycznych jednostkach fizycznych. Przeciętne kondensatory odznaczają się niezwykle małymi pojemnościami, które dla ułatwienia nazywane są pikofaradami – pF (bilionowa część pojedynczego farada), nanofaradami – nF (miliardowa część pojedynczego farada) i mikrofaradami – uF (milionowa część farada).

Rodzaje kondensatorów i ich budowa

Kondensatory różnią się między sobą kształtami oraz wielkością, które w dużej części determinują ich pojemność. Przyjrzyjmy się zatem najpopularniejszym typom tych komponentów oraz ich budowie wewnętrznej.

Butelka lejdejska – protokondensator

Zasada działania kondensatorów była już znana w XVII wieku. Odkryto ją podczas pierwszych poważnych eksperymentów z elektrycznością. Używane wówczas protokondensatory znane są jako tzw. butelki lejdejskie. Składają się one ze szklanej butelki, której wewnętrzna i zewnętrza powierzchnia są pokryte metalem. Znajdujące się pomiędzy nimi szkło pełni tutaj rolę izolatora. Ładunek jest przenoszony za pomocą dobrze zaizolowanego metalowego łańcucha lub drutu, który dotyka dna pojemnika.

Butelki lejdejskie służyły przez wiele dziesięcioleci do gromadzenia ładunku elektrycznego, który był wykorzystywany w pionierskich badaniach naukowych. Stały się one również niezbędną częścią specjalnych pokazów właściwości prądu elektrycznego, cieszących się powodzeniem wśród arystokracji oraz mieszkańców miast i wsi w XVIII i XIX wieku. Dziś z butelki korzysta się głównie w celach edukacyjnych.

Kondensatory foliowe

Obie okładki kondensatora wykonane są z długiej pasówki metalowej folii, które przedzielone się dielektrykiem z folii z tworzywa sztucznego. Elementy te są zwijane lub prasowane, dołącza się do nich dwa druciki, a tak stworzoną konstrukcję zalewa żywicą. Kondensatory foliowe pracują poprawnie przy dużym prądzie, charakteryzują się wysoką wytrzymałością napięciową oraz bardzo długo trzymają ładunek. Mają one jednak małą pojemność.

Kondensatory elektrolityczne

Kondensatory tego typu odznaczają się zdecydowanie wyższymi pojemnościami od foliowych. Dielektrykiem jest tu cienka warstwa metalu, która została elektrochemicznie nałożona na okładce dodajnej. Druga okładką jest ciekły lub suchy elektrolit. Modele tego typu charakteryzują się ustaloną z góry polaryzacją i pracują tylko przy określonym znaku napięciu.

W przypadku jego odwrócenia następuje reakcja, na skutek której kondensator ulega zniszczeniu. Może ono dokonać się w bardzo gwałtowny sposób, doprowadzając do wybuchu obudowy w wyniku zbierającego się w jej środku gazu. Wśród kondensatorów tego typu znajdziemy też przemysłowe superkondensatory, które charakteryzują się pojemnością kilku tysięcy faradów.

Kondensatory ceramiczne

Kondensatory te produkuje się z płytek ceramicznych. Metaliczne okładki są napylone na ich obie strony, do których przyłącza się przewody. Dzięki unikalnym właściwościom materiału ceramicznego, kondensatory te mogą zachować niewielkie rozmiary i posiadać niezwykle wysokie pojemności, które w przypadku specjalistycznych modeli sięgają wartości nawet kilkudziesięciu tysięcy faradów.

Kondensatory powietrzne

Kondensatory, w których dielektrykiem jest powietrze, a okładki są wykonane z różnego typu metali. Modele te pracują niezwykle wydajnie przy wysokich częstotliwościach prądu.

Autor: Michał Kułakowski