“Klick”

DER KONDENSATOR “Klick” Der Name kommt aus dem Lateinischen: condensare = dicht zusammendrängen, verdichten. Dieses Zusammendrängen bezieht sich auf die elektrische Ladungen,die sich auf den Kondensatorplatten befinden. Im Prinzip besteht ein Kondensator aus 2 Platten, die den elektrischen Strom leiten. “Klick”

Damit diese so aufgebaute Spannung aber durch den Ladungsaustausch nicht zusammenbricht, wird zwischen den Platten ein Isolierstoff eingebracht. Diesen nennt man Dielektrikum (Griechisch: dia = hindurch; die elektrischen Kräfte wirken durch das Dielektrikum). Der einfachste Isolierstoff ist Luft.

Das Schaltzeichen weist auf den prizipiellen Aufbau hin: Der Kondensator besteht aus 2 voneinander isolierten Platten Blickt man von vorne auf die Platten, ergibt sich das Schalt- zeichen. “Klick”

Man legt an den Kondensator eine Gleichspannung an, Die Elektronen fließen auf die eine, die Protonen der Batterie auf die andere Platte. - Der Kondensator ist geladen. Zwischen seinen Platten besteht ein elektrisches Feld; eine Spannung hat sich aufgebaut. Zwischen den beiden Kondensatorplatten besteht nun dieselbe Spannung wie an der Batterie: _ Elektrisches Feld + B “Klick”

Wird die Batterie aus dem Stromkreis entfernt, bleibt die Spannung am Kondensator bestehen. Er speichert die Ladung und wirkt wie eine Spannungsquelle. Wie viel Ladung ein Kondensator aufnehmen kann, gibt die Einheit "Farad" an. So ist das Fassungsvermögen umso größer, je dichter die Platten einander gegenüberstehen, denn durch die gegenseitige Anziehung werden die Ladungen auf den Platten noch mehr verdichtet. “Klick”

DREHKONDENSATOREN Durch Verdrehen von in Schichten übereinanderliegenden Platten kann die Kapazität verändert werden. Die größte Kapazität besteht bei vollständiger Überdeckung der Plattenschichten. “Klick”

Je größer die Oberfläche eines Kondensators ist, desto höher ist auch seine Kapazität. Aus Gründen der Platzersparnis und der Handlichkeit werden Kondensatoren aber nicht als große Platten hergestellt, sie werden viel mehr gewickelt.

KONDENSATOREN IN INTEGRIERTEN SCHALTKREISEN Diese Miniaturkondensatoren sind in Sperrichtung betriebene Dioden. Diese sind noch kleiner als ein halber Stecknadelkopf. _ + Kondensator im integrierten Schaltkreis “Klick”

UNERWÜNSCHTE KAPAZITÄTEN Schön wäre es, wenn in jeder Schaltung nur die Widerstände, Kapazitäten u. dgl. auftreten würden, die erwünscht sind. Immer treten jedoch Widerstände in Form von inneren Widerständen von Bauteilen, aufgrund von Zuleitungen usw. auf. “Klick”

Ebenso gibt es unerwünschte Kapazitäten Ebenso gibt es unerwünschte Kapazitäten.Sie treten überall dort auf, wo 2 voneinander isolierte spannungsführende Leiter sich gegenüberstehen. Beispielsweise kann eine 10 m lange, abgeschirmte Mikrofonleitung eine Kapazität von 1600 Picofarad (= 1,6 Mikrofarad) (!!!) haben, welches eine spürbare Dämpfung hoher Frequenzen bedeutet. Der Elektronik-Freund muß soche Kapazitäten sehen lernen und versuchen, sie zu verhindern. “Klick”

FUNKTIONSWEISE EINES KONDENSATORS LADEN EINES KONDENSATORS Der Kondensator wird im folgenden Teil im Stromkreis untersucht. Der Ladevorgang braucht Zeit. Diese Zeitspanne wird duch die Kapazität des Kondensators und einen Widerstand festgesetzt, der 2 Aufgaben hat: zum einen steuert er die Dauer des Ladevorgangs zum anderen soll er den Kondensator vor zu hohen Lade- bzw. Entladeströmen schützen. “Klick”

Schließen des Schalters 1: Beobachtung: das Lämpchen und das Voltmeter. Erkenntnis: Das Lämpchen leuchtet kurz auf, das Voltmeter zeigt einen Spannungswert an. Sobald der Kondensator geladen ist, sperrt er die Gleichstromzufuhr. “Klick”

ENTLADEN EINES KONDENSATORS Arbeitsanweisung: Schalter 1 öffnen und Voltmeter beobachten. - Die Spannung bleibt erhalten. - Der Kondensator speichert die Ladungen, das elektrische Feld. Wird nun der Schalter 2 geschlossen, leuchtet die Lampe kurz wieder auf, das Voltmeter zeigt am Ende keine Spannung mehr an. Die Ladungen müssen also über den Schalter 2 abgeflossen sein. “Klick”

KONDENSATORSCHALTUNGEN SERIENSCHALTUNG VON KONDENSATOREN “Klick”

Die Zwischenräume vergrößern sich, die Plattengröße bleibt gleich. Die Plattenoberfläche der hintereinandergeschalteten Kondensatoren bleibt gleich, jedoch ändert sich der Abstand der Platten, er wird größer. Die Gesamtkapazität ist kleiner als die Kapazität des kleinsten Kondensators. (Vgl.: Parallelschaltung von Widerständen). Die Zwischenräume vergrößern sich, die Plattengröße bleibt gleich. C C 1 2 U U 1 2 U “Klick”

Rechenbeispiel: 3 Kondensatoren, 180 Picofarad, 10 Picofarad und 1000 Picofarad liegen in Serie. C ges. (= Gesamtfassungsvermögen) ist nicht einmal 10 pF!! “Klick”

PARALLELSCHALTUNG VON KONDENSATOREN Die Gesamtplattenoberfläche wird größer. Der Zwischenraum bleibt erhalten. Die Gesamtkapazität ergibt sich aus der Summe der Einzelkapazitäten. (Vgl.: Serienschaltung von Widerständen). “Klick”

Cges. = C1 + C2 + C3 U U Vergleich: Die Zwischenräume bleiben erhalten, die Plattenoberfläche vergrößert sich. “Klick”

Rechenbeispiel: 3 Kondensatoren sind in Parallelschaltung angeordnet Rechenbeispiel: 3 Kondensatoren sind in Parallelschaltung angeordnet. C1 ... 10 Picofarad C2 ... 100 Picofarad C3 ... 330 Picofarad Wie groß ist Cges.? C ges. = C1 + C2 + C3 = 10 F + 100 F + 330 F = 440 F Die Gesamtkapazität würde durch einen Kondensator von 440 Picofarad ebenso erreicht. “Klick”

Eine Kombination aus Serien- und Parallelschaltung von Kondensatoren: Beispiel: Gegeben ist ein Stromkreis bestehend 4 Kondensatoren in Reihen- bzw. Parallelschaltung. Berechne die Gesamtkapazität, wenn C1 = 10 pF C2 = 330 pF C3 = 1000 pF C4 = 4700 pF betragen. Man erkennt in der Skizze, welche Kondensatoren wie geschaltet sind: parallel seriell seriell “Klick”

Die Parallelschaltung von C1 und C3 ergibt eine Gesamtkapazität 1 (Cges.1) von 10 pF. Da C2, C4 und der Parallelkreis in Serie geschaltet sind, errechnet sich die gesamte im Stomkreis vorhandene Kapazität so: Cges. = C2 + C4 + Cges.1 = 330 + 4700 + 0,1 = 5030,1 “Klick”

Cges. = 5030,1 pF ~ 5 nF Diese Formeln und Schaltungen haben den Sinn, Kapazitätswerte zu erzeugen, die mit einem bestimmten Kondensator nicht erhältlich sind. (Z.B.: 5030 pF). “Klick”

DER KONDENSATOR IM WECHSELSTROMKREIS Wie schon vorher erwähnt, fließt bei Gleichstrom nur kurz ein Entlade- bzw. Ladestrom. Sobald der Kondensator jedoch geladen bzw. entladen ist, stellt er für die Gleichspannung einen unendlich großen Widerstand dar. Da Wechselstrom ständig seine Richtung ändert, kommt es beim Anlegen einer Wechselspannung an den Kondensator zu ständiger Umladung der Platten. Wenn die Frequenz, das ist die Anzahl der Richtungsänderungen der Elektronen pro Sekunde, sehr hoch ist (50 Hz), erscheint das Aufblitzen eines Lämpchens aufrund von Lade- bzw. Entladeströmen als ständiges Leuchten (vgl. Diode). “Klick”

Glättung von gleichgerichteter Wechselspannung Bei der Diode wurde schon darauf verwiesen, daß dieser pulsierende Gleichstrom, der durch die Gleichrichtung von Wechselstrom erzeugt wurde, nicht ideal ist, sondern durch Kondensatoren geglättet werden muß. Zur Erinnerung noch ein paar Einstiegsversuche: 1 Kiloohm Widerstand parallel mit einem a) Lautsprecher, b) Oszilloskop. Beim Kopfhörer hören wir einen Brummton, beim Oszilloskop sehen wir eine Sinuskurve. 1) b) 1) a) ... Lautsprecher 4 V ~ “Klick”

Wieder wird mit a) einem Kopfhörer, b) einem Oszilloskop überprüft Wieder wird mit a) einem Kopfhörer, b) einem Oszilloskop überprüft. Durch die Gleichrichterwirkung der Diode wird nur die positive Halbwelle durchgelassen, was den Ausfall der negativen Halbwelle aufzeigt. “Klick”

Nach folgendem Schaltbild wird ein Kondensator dazugeschaltet. Schaltung mit 2 Widerständen, einem Kondensator, einer Diode und einem Lautsprecher. R 1 4 V R ~ 2 “Klick”

Die Kurve ist deutlich geglättet. Im Kopfhörer (Lautsprecher) hört man einen kaum hörbaren Brummton. Auf dem Oszilloskop sieht man deutlich eine geglättete Kurve: Die Kurve ist deutlich geglättet. “Klick”

Weitere Glättung erfolgt durch weitere Widerstände: Wieder wird überprüft. Schaltung : Die Schaltung mit einer Diode, 2 Widerständen, 2 Kondensatoren und einem Lautsprecher. R 1 4 V ~ R 2 “Klick”

Die Kurve ist vollständig geglättet. “Klick”

Wie ist dieser Wandel von Wechselstrom zu Gleichstrom zu erklären? Die Diode läßt nur die positive Halbwelle passieren. Der Kondensator lädt sich durch den pulsierenden Gleichstrom auf. Die stromlosen Zeiten werden durch den Entladestrom des Kondensators gefüllt, der sich über den Widerstand entlädt und so Strom in den Stromkreis fließen läßt. “Klick”

“Klick”