2.2 Condensator

Een condensator bestaat uit twee geleiders (platen) met daartussen een isolator, het diëlektricum.

2.2.1 capaciteit

De capaciteit C geeft aan hoeveel lading bij een spanning wordt opgeslagen: \( Q = C \cdot U \). Laden met een constante stroom: \( Q = I \cdot t \).

• 1 µF op 400 V: \( Q = 10^{-6} \cdot 400 = 4 \cdot 10^{-4} \) C.
• 1 µF, 1 ms geladen met 1 mA: \( Q = 10^{-6} \) C, dus \( U = Q/C = 1 \) V.
• Een geladen, losgekoppelde condensator houdt zijn lading. Wordt C kleiner gemaakt (500 naar 250 pF), dan stijgt U = Q/C (10 naar 20 V).
• Op gelijkspanning loopt alleen even een laadstroom; daarna loopt er door de condensator (en een weerstand in serie ermee) 0 A, ongeacht de grootte van C.

2.2.2 de eenheid farad

Een condensator heeft 1 F als hij bij 1 V een lading van 1 C bevat. In de praktijk: µF (10^-6), nF (10^-9) en pF (10^-12).

2.2.3 de relatie tussen capaciteit, afmetingen en diëlektricum

\( C = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot {A \over d} \): evenredig met het plaatoppervlak A en de relatieve diëlektrische constante \( \varepsilon_r \), omgekeerd evenredig met de plaatafstand d. Lucht (en vacuüm) heeft \( \varepsilon_r \approx 1 \). Een plaat met \( \varepsilon_r = 5 \) tussen de platen: C wordt 5 x zo groot. Een 2 x zo kleine afstand of 2 x zo groot oppervlak: C wordt 2 x zo groot.

2.2.4 de reactantie \( \left[ X_{C} = {1 \over 2 \pi f C} \right] \)

De reactantie neemt af bij hogere frequentie en grotere capaciteit; bij gelijkspanning (0 Hz) is ze oneindig groot. Bij gelijke spanning is de stroom dus evenredig met f: van 100 naar 2000 Hz wordt de stroom 20 x zo groot. Voorbeeld: 25 nF bij 50 kHz: \( X_C = {1 \over 2 \pi \cdot 50 \cdot 10^3 \cdot 25 \cdot 10^{-9}} \approx 127 \) Ω.

2.2.5 faseverschil tussen stroom en spanning

Bij een ideale condensator ijlt de stroom altijd 90° vóór op de spanning (onafhankelijk van frequentie, spanning of stroom). Een verliesvrije condensator neemt daardoor gemiddeld geen vermogen op: de energie gaat elke periode heen en terug.

2.2.6 eigenschappen van vaste en van variabele condensatoren

• Lucht: kleinste hf-verliezen, hoge doorslagspanning bij grote plaatafstand; het gebruikelijke diëlektricum van variabele condensatoren.
• Mica, keramisch en kunststof (polystyreen/styroflex, polyester): vaste condensatoren; mica en keramisch voor kleine waarden (pF–nF). Keramisch is gebruikelijk voor hf-ontkoppeling en koppeling, bijvoorbeeld in een 145 MHz-versterkertrap. Polystyreen heeft zeer kleine hf-verliezen, papier de grootste.
• Elektrolytisch (elco): grote capaciteit (µF tot duizenden µF), voor afvlakken in voedingen; heeft een + en een −, verkeerd aansluiten vernielt hem. De lekstroom is het grootst bij dit type.
• Variabele condensator: voor afstemming en afregeling (trimmer: eenmalig instellen). Voor kortegolf is ongeveer 100 pF gebruikelijk (examenwaarde).
• Op een condensator staan capaciteit, tolerantie en maximale werkspanning. De temperatuurcoëfficiënt (verandering van de capaciteit) kan positief of negatief zijn.

• Test je kennis
• Set 2
• Set 3

• Vorige
• Terug
• Volgende