KONDANSATÖR

Kondansatör, DC akimi geçirmeyip, AC akimi geçiren devre elemanidir.

Kondansatörün Yapisi:

Kondansatör sekilde görüldügü gibi, iki iletken plaka arasina yalitkan bir maddenin yerlestirilmesi veya hiç bir yalitkan kullanilmaksizin hava araligi birakilmasi ile olusturulur. Kondansatörler yalitkan maddenin cinsine göre adlandirilir.

Kondansatörün sembolü:

Degisik yapili kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazi küçük degisiklikler vardir.

Kondansatörün Çalisma Prensibi:

Kondansatörün bir DC kaynagina baglanmasi ve sarj edilmesi:
Sekil (a) 'da görüldügü gibi kondansatör bir DC kaynagina baglanirsa, devreden Sekil (b) 'de görüldügü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akim akar. IC akiminin degisimini gösteren egriye kondansatör zaman diyagrami denir.

Akimin kesilmesinden sonra kondansatörün plakalari arasinda, kaynagin Vk gerilimine esit bir VC gerilimi olusur.

Bu olaya, kondansatörün sarj edilmesi, kondansatöre de sarjli kondansatör denir.

"Sarj" kelimesinin Türkçe karsiligi "yükleme" yada "doldurma" dir.

Kondansatör Devresinden Akim Nasil Akmalidir?

Sekil (a)' daki devrede, S anahtari kapatildiginda ayni anda kondansatör plakasindaki elektronlar, kaynagin pozitif kutbu tarafindan çekilir, kaynagin negatif kutbundan çikan elektronlar, kondansatöre dogru akmaya baslar. Bu akma islemi, kondnsatörün plakasi daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder.

Bu elektron hareketinden dolayi devreden bir IC akimi geçer. IC akiminin yönü elektron hareketinin tersi yönündedir.

Devreden geçen IC akimi, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtari kapaninca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavas yavas sifira gelir. Bu durum devreden herhangi bir akim geçmedigini gösterir. IC akimina sarj akimi denir.

Devre akiminin kesilmesinden sonra yukarida da belirtildigi gibi kondansatör plakalari arasinda VC=Vk olusur.

VC gerilimine sarj gerilimi denir.

VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapilabilir. Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynagin pozitif kutbuna bagli olan plakasina, "-" ucu da diger plakaya dokundurulursa VC degerinin kaç volt oldugu okunabilir. Eger voltmetrenin uçlari yukarida anlatilanin tersi yönde baglanirsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar.

Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite;

Sarj islemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmis olur ve bir EC enerjisi kazanir.

Kondansatörün yüklenebilme özelligine kapasite (siga) denir. C ile gösterilir.

Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsinda su baglanti vardir.

Q=C.V EC=CV2/2

Q: Coulomb (kulomb)
V: Volt
C: Farad (F)
EC: Joule (Jul)

Yukaridaki baglantidan da anlasildigi gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bagli olarak devreden akan IC akimi da o kadar büyük olur.

Kondansatörün kapasite formülü:

C = ε0.εr.(A/d)

ε0: (Epsilon 0): Boslugun dielektrik katsayisi (ε0=8.854.10-12)

εr: (Epsilon r): Plakalar arsinda kullanilan yalitkan maddenin IZAFI1 dielektrik (yalitkanlik) sabiti.

A: Plaka alani
d: Plakalar arasi uzaklik

A ve d degerleri METRIK sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alani (m) ve "d" uzakligi, metre (m2) cinsinden yazilirsa, C' nin degeri FARAD olarak çikar.

Örnegin:
Kare seklindeki plakasinin her bir kenari 3 cm ve plakalar arasi 2 mm olan, hava aralikli kondansatörün kapasitesini hesaplayalim.

A ve d degerleri MKS' de söyle yazilacaktir:

A=0,03*0,03=0,0009m2 = 9.10-4 m2

d=2mm=2.10-3m ε0 = 8,854.10-12

Hava için εr=1 olup, degerler yerlerine konulursa:

C=8,854.10-12.4,5.10-1=39,843.10-13 F=3,9PF (Piko Farad)1 olur.

NOT:

1 IZAFI kelimesi, yalitkan maddenin yalitkanlik özelliginin boslugunkinden olan farkini göstermesi nedeniyle kullanilmaktadir. Izafinin, öz türkçesi, "göreceli" dir.

Tablo Bazi yalitkan maddelerin r sabitleri

AC Devrede Kondansatör:

Yukarida DC devrede açiklanan akim olayi, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanir. Dolayisiyla da, AC devredeki kondansatör, akim akisina karsi bir engel teskil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir.

Kondansatörün gösterdigi dirence kapasitif reaktans denir.

Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω) dur.

XC = (1/ωC) = (1/2πfC) 'Ohm olarak hesaplanir.

XC = Kapasitif reaktans (Ω)
ω = Açisal hiz (Omega)
f = Frekans (Hz)
C = Kapasite (Farad)

Yukaridaki baglantidan da anlasildigi gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansi; C kapasitesi ve f frekansi ile ters orantilidir. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalisma frekansi arttikça kapasitif reaktansi, diger bir deyimle direnci azalir.

KONDANSATÖR ÇEŞİTLERİ

Sabit Kondansatörler

Kagitli Kondansatör
Plastik Film Kondansatör
Mikali Kondansatör
Seramik Kondansatör
Elektrolitik Kondansatör

Ayarlı Kondansatörler

Degisken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör)

Kagitli Kondansatör

Kondansatörlerin kapasitesini arttirmak için levha yüzeylerinin büyük ve levhalar arasinda bulunan yalitkan madde kalinliginin az olmasi gerekir.
Bu sartlari gerçeklestirirken de kondansatörün boyutunun mümkün oldugunca küçük olmasi istenir.
Bu bakimdan en uygun kondansatörler kagitli kondansatörlerdir.
Çok yaygin bir kullanim alani vardir.www.diyot.net
Sekil 1.18 'de görüldügü gibi bir kagit, bir folyo ve yine bir kagit bir folyo gelecek sekilde üst üste konur. Sonra da bu serit grubu silindir seklinde sarilir.

Baglanti uçlari (elektrotlar) yine sekil 'de görüldügü gibi, aliminyum folyolara lehimlenir.

Olusturulan silindir, izole edilmis olan metal bir gövdeye konarak agzi mumla kapatilir. Yada üzeri reçine veya lak ile kaplanir. Sekilde kagitli kondansatörlerin dis görüntüleri verilmistir.

Plastik Film Kondansatör

Plastik film kondansatörlerde kagit yerine plastik bir madde kullanilmaktadir.
Bu plastik maddeler:
Polistren, poliyester, polipropilen olabilmektedir.

Hassas kapasiteli olarak üretimi yapilabilmektedir. Yaygin olarak filtre devrelerin de kullanilir.

Üretim sekli kagit kondansatörlerin aynisidir.

Mikali Kondansatör

Mika, "εr" yalitkanlik sabiti çok yüksek olan ve çok az kayipli bir elemandir. Bu özelliklerinden dolayi da, yüksek frekans devrelerinde kullanilmaya uygundur.
Mika tabiatta 0.025 mm 'ye kadar ince tabakalar halinde bulunur. Kondansatör üretiminde de bu mikalardan yararlanilir.

Iki tür mikali kondansatör vardir:

Gümüs kaplanmis mikali kondansatör.
Aluminyum folyolu kaplanmis mikali kondansatör.

Gümüs Kaplanmis Mikali Kondansatör:

Bu tür kondansatörlerde mikanin iki yüzüne gümüs püskürtülmektedir. Olusturulan kondansatöre dis baglanti elektrotlari lehimlenerek mum veya reçine gövde içerisine yerlestirilir.
Sekilde degisik boydaki mikali kondansatörler gösterilmektedir.

Alüminyum Folyo Kaplanmis Mikali Kondansatör:

Gümüs kaplama çok ince oldugundan, bu sekilde üretilen kondansatör büyük akimlara dayanamamaktadir. Büyük akimli devreler için, mika üzerine alüminyum folyo kaplanan kondansatörler üretilmektedir.Mikali kondansatör ayarli (trimmer) olarak ta üretilmektedir.

Elektrolitik Kondansatörler

Elektrolitik kondansatörler büyük kapasiteli kondansatörlerdir.
Yaygin bir kullanim alanani vardir. Özellikle, dogrultucu filtre devrelerinde, gerilim çoklayicilarda, ses, frekens yükselteçlerinde, kuplaj ve dekuplaj devrelerinde, zamanlama devrelerinde yararlanilmaktadir.

Iki tür elektrolitik kondansatör vardir:

Aliminyum plakali
Tantalyum (tantalium) plakali

Alüminyum Plakali Elektrolitik Kondansatör

Aliminyum plakali elektrolitik kondansatörün yapisi sekil 1.21 'de verilmistir.
Sekilde görüldügü gibi kondansatör yapisi söyledir:

Birinin yüzü okside edilmis ve iki elektrot baglanmis olan serit seklindekiiki aliminyum plaka
Plakalarin arasinda elektrolitik emdirilmis kagit

Bunlar silindir seklinde sarilarak kondansatör olusturulmaktadir. Oksit tabakasi yalitkan oldugundan plakalar arasi yalitkanligi saglamaktadir.

Aliminyum oksitli plakaya bagli elektrot pozitif (+), aliminyum plakaya bagli elektrot da negatif (-) olarak adlandirilir.

Devreye baglanti da "+" elektrot, devrenin pozitif tarafina, "-" elektrotta negatif tarafina baglanmalidir. Ters baglantida anot üzerindeki oksit tabakasi kalkar ve geçen akimla elektrolitik kimyasal reaksiyona ugrar ve isinip siserek kondansatörü patlatir.

Kagida emdirilmis olan elektrolitik, iletken bir madde olup, gövdesi oksit tabakasinin zamanla ve küçük degerli asiri gerilimlerde bozulmasini önlemektedir.www.diyot.net

Tantalyumlu Elektrolitik Kondansatör

Bu tür kondansatörde de anot, oksit kapli tantalyum serit ve katot da yalnizca tantalyumdur. Yapimi Aliminyum elektrotlu kondansatör ile aynidir.

Farki: Tantalyum oksidin yalitkanlik sabiti daha büyüktür.

Elektrolitik kondansatörlerin avantajlari ve dezavantajlari:

Avantajlari:

Hacmi küçük, kapasitesi büyüktür. Maliyeti düsüktür.

Dezavantajlari:

Kaçak akimi büyüktür.Ters baglanti halinde bozulur.

Sekil 1.22

Degisik kondansatörlerden görüntüler

a. Degisken Kondansatörler
b. Ayarlanabilen Kondanstörler
c. Kagit Kondanstörler
d. Seramik Kondanstörler
e. Elektrolitik Kondanstörler
f. Mika Kondanstörler

Tipi	Kapasitesi (C)	Tolerans	TipikAC gerilim	TipikDC gerilim	Sıcaklık sabiti
Kağıt	10nF-10µF	±%10	250V-500Vrms	600V	300 ppm/°C
Mika	5nF-10nF	±%0.5	-	60-600V	100 ppm/°C
Seramik	5pF-10nF 5pF-1µF 1nF-47µF	±%10 ±%20 ±%10	250V	60-10kV 60-400V	±30 ppm/°C Değişken Değişken
Polistren	50pF-0.5µF	±%1	150V	50-500V	-150 ppm/°C
Poliyester	100pF-10nF 1nF-47µF	±%5	400V rms	400V	400 ppm/°C
Polipropilen	1nF-100µF	±%5	600V	1250V	-170 ppm/°C
Aliminyun Elektrolitik	1µF-22000µF 1µF-100000µF	±%20 ±%50	Polarize Polarize	6-100V	1500 ppm/°C
Tantalyum Elektrolitik	1µF-1000µF 1µF-2000µF	±%10 ±%5	Polarize Polarize	1-50V	500 ppm/°C 200 ppm/°C

Tipi	fR	tan :Delta	Kaçak direnci	Kararlılık	Tipik Uygulamaları
Kağıt	0.1MHz	0.005 0.01	10¹⁰ohm 10⁹ohm	Düşük	Motor kont. Genel amaçlı
Mika	10MHz	0.0005	10¹¹ohm	Çok iyi	Yüksek frekans devreleri
Seramik	10MHz 10MHz 100MHz	0.002 0.02 0.02	10⁸ohm 10⁸ohm 10¹⁰ohm	iyi düşük iyi	Sıcaklık kontrolü Kuplaj&dekuplaj (by-pass)
Polistren	10MHz	0.0002	10¹²ohm	çok iyi	Ayarlı devreler Filtreler Zamanlayıcılar
Poliyester	1MHz 0.5MHz	0.005 0.01	10¹⁰ohm 10¹¹ohm	Düşük	Genel amaçlı Kuplaj&dekuplaj
Polipropilen	1MHz	0.0003	10¹⁰ohm	Düşük	Genel amaçlı Motor başlangıç ve çalıştırma
Aliminyun Elektrolitik	0.05MHz	0.08	Kaçak akımına bağlı	Düşük	Alçak frekans dekuplajında güç kaynaklarında
Tantalyum Elektrolitik	0.1MHz	0.01 0.001	Kaçak akımına bağlı	iyi çok iyi	Ses frekansında kuplaj ve dekuplaj elektronikdevreler zamanlama dev.

Sabit kondansatörlerin karakteristik degerleri

Not(X):

1ppm =10-6 kapasite birimidir.
Örnegin :300ppm/°C 'nin anlami; her sicaklik derecesi altinda, kapasite 300*10-6F artmaktadir. "+"ppm = Sicaklik arttikça kapasite de artiyor anlamindadir. "-"ppm = Sicaklik arttikça kapasite de küçülüyor anlamindadir.
Tan= RS/XC kayip sabitidir. Rs plakalar arasi yalitkandaki enerji kaybini sembolize etmektedir. Kondansatöre seri bagli bir RS direnci varmis gibi düsünülür. RS ve dolayisiyla da "tan" küçük olursa kondansatör o kadar kaliteli demektir.

Ayarli Kondansatörler

Ayarli Kondansatörler, kapasitif degerleri degisik yöntemler ile degistirilebilen kondansatörlerdir.Kullanilma yerine göre degisik yapida ve çesitli boyutlarda üretilmektedirler. Sekilde görülen üç sekilde de sembolize edilebilir.

Çesitleri:

Ayarli kondansatörler üç gruba ayrilir:

Büyük boy degisken kondansatörler (Varyabl kondansatör) Küçük boyutlu degisken kondansatörler (Trimer) Degisken kapasiteli diyotlar (Varaktör)www.diyot.net

Büyük Boy Ayarli (Varyabl) Kondansatörler

Bu gruba giren kondansatörler, Ingilizce adi ile varyabl (variable) olarakta anilmaktadir. "Varyabl" kelimesinin Türkçe karsiligi "degisken" kelimesidir. Varyabl kondansatörler paralel bagli çoklu kondansatörden olusmaktadir. Bu kondansatörlerin birer plakasi sabit olup, diger plakalari sekil 1.22(a) ve sekil 1.25 'te görüldügü gibi bir mil ile döndürülebilmektedir. Böylece kondansatörlerin kapasiteleri istenildigi gibi degistirilebilmektedir. Hareketli plakalar sabit plakalardan uzaklastikça, karsilikli gelen yüzeyler azalacagindan kapasitede küçülecektir. Hareketli plakalara rotor, sabit plakalara stator denmektedir.

Plakalar genelde alüminyum (Al) veya özel amaçlar için gümüs kapli bakirdir. Plakalar arasinda yalitkan madde olarak genellikle hava vardir. Bazi özel hallerde, mika plastik ve seramikte kullanilmaktaradir. Veya vakumlu (havasiz) yapilmaktadir. Havali ve yalitkanli kondansatörlerde bir miktar kaçak (leakage) akimi vardir. Vakumlu olanlarda hiç kaçak yoktur. Vakumlu kondansatörlerde; çalisma gerilimi 50 KV 'a ve frekensi 1000 MHz 'e kadar çikabilmektedir. Kapasitif degeri ise 50-250 pF arasinda degisir. Havalilarda ise kapasite 400pF 'a kadar çikabilmektedir. Varyabl kondansatörler ile büyük kapasitelere ulasilamamakla beraber, yukarida belirtildigi gibi çok büyük gerilimlerle ve frekenslar da çalisilabilmektedir. Bazi uygulamalarda, Sekil 1.25 'te görüldügü gibi ayni gövdede iki varyabl kondansatör kullanilir. Bunlardan birinin rotoru, statordan uzaklastirilirken digerinin rotoru ters bir çalisma sekli ile statoruna yaklasir.

Varyabl kondansatörün kullanilma alanlari:

Radyo alicilari (plakalari çok yakin ve küçüktür).
Radyo vericileri
Büyük güçlü ve yüksek frekans üreticileri (plakalar arasi 2,5 m dir).

Küçük Boy Ayarli Kondansatörler (Trimerler)

Küçük boy ayarli kondansatörler, trimer (Trimmer), peddir (Padder) gibi degisik isimlerle anilmaktadir. Hassas kapasite ayari için kullanilirlar ve bu ayar tornavida ile yapilir. Bu nedenle, bunlara ayarli kondansatör de denilir. Degisik tipleri vardir. En yaygin tipi sekil 1.22 (b) 'de görüldügü gibi, yan yüzünde vida bulunan karesel yapida olanlaridir. Bu türde kare seklindeki iki alüminyum plaka arasinda mika veya plastik yalitkan vardir. Vida bir tornavida yardimi ile sikilinca plakalar birbirine dogru yaklasir ve C:eo.er.A/d bagintisi geregince "d" araligi kisaldigi için kapasite (C) büyür.

Ayrica sekil 1.26 'da görüldügü gibi silindirik veya varyabl tipinde olanlari da vardir. Silindiriklerde ortadaki iletken vida bir yalitkan içerisinde hareket etmekte ve bir plaka görevi yapmaktadir. Içe dogru vidalama yapildikça kapasitif deger büyümektedir.

Trimerler, 100-600 V gerilimde çalisabilmekte ve kapasiteleri çok küçük degerler ile 1000 pF arasida degismektedir.

Baslica kullanim alanlari:

Telekomünikasyon devrelerinde kapasitif degerlerdeki ince ayarlar için kullanilir.

Degisken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör)

Jonksiyon diyotlara ters gerilim uygulandiginda bir kondansatör gibi çalismaktadir. Uygulanan gerilime göre kapasitif deger degisir.
Uygulanan gerilim büyüdükçe kapasitif degeri küçülür.

Gerilime bagli kapasite degisikligi nedeniyle VARAKTÖR veya VARIKAP adi verilmistir.

Kullanim Alanlari:

0 - 100 V arasindaki gerilimlerde ve 200 GHz 'e kadar olan frekenslarda kullanilir. 3 - 100 pF arasinda kapasitif degere sahiptir.

Telekomünikasyonda frekans kontrolünde kullanilir.