Kondensatoren sind Bauelemente, die elektrische Ladungen bzw. elektrische Energie speichern können.
Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei
gegenüberliegenden Metallplatten. Dazwischen befindet sich ein
Dielektrikum, welches keine elektrische Verbindung zwischen den
Metallplatten zulässt. Das Dielektrikum ist als Isolator zu verstehen.
Legt man an einen Kondensator eine Spannung an, so entsteht zwischen
den beiden metallischen Platten ein elektrisches Feld. Eine Platte
wird positiv geladen, die andere wird negativ geladen.
Kondensatoren unterscheiden sich nach Art der Spannung. Es gibt
Gleichspannungs- und Wechselspannungskondensatoren.
Gleichspannungskondensatoren sind gepolt. Die Anschlüsse dürfen nicht
vertauscht werden. Wechselspannungskondensatoren sind ungepolt und
dürfen sowohl an Wechsel- als auch an Gleichspannung betrieben werden
Ladevorgang des Kondensators

Im Einschaltaugenblick springt der Strom von Null auf den Maximalwert.
Ab diesem Augenblick wird der Strom immer
kleiner. Die Spannungsquelle 'pumpt' Ladungen von der einen
Kondensatorfläche zur anderen Kondensatorfläche.
Bei diesem Vorgang wird der Kondensator aufgeladen. Es fließt ein Ladestrom.
Je länger der Ladevorgang dauert, desto weniger Strom fließt. Die
Elektronen auf der einen Fläche werden weniger. Während der Strom in
Richtung Null sinkt, steigt die Spannung von Null auf den Maximalwert. Ein Kondensator kann nur bis zu einer bestimmten
maximalen Spannung aufgeladen werden. Eine höhere Spannung zerstört den
Kondensator.
Hat die Kondensatorspannung UC die Ladespannung Uges
erreicht, fließt kein Strom mehr. Der Kondensator wirkt dann wie eine Sperre für den
Gleichstrom.
Die Ladung bleibt auch dann
erhalten, wenn die Ladespannung Uges entfernt wird. Allerdings entlädt sich der Kondensator trotzdem.
Entladevorgang des Kondensators

Der Kondensator wirkt wie eine Spannungsquelle. Ab dem Entladezeitpunkt sinkt die Spannung vom
Maximalwert auf Null ab. Der Strom wechselt seine Flussrichtung
(Polarität) und sinkt vom Maximalwert auf Null ab. Er fließt also in
entgegengesetzter Richtung zum Ladestrom.
Die Spannung UC
verhält sich wie der Strom. Sie sinkt vom Maximalwert auf Null. Die
Polarität bleibt erhalten. An dem Punkt, wo keine Strom mehr fließt,
ist der Kondensator entladen.
Man sollte es vermeiden einen Kondensator zu schnell zu entladen. Zum
Beispiel durch einen Kurzschluss. Durch den kurzzeitig sehr hohen Strom
können vor allem Kondensatoren mit hoher Kapazität zerstört werden.
Kondensatoren sollten immer über einen Widerstand entladen und auch
geladen werden.
Wenn man das Strommessgerät während des Entladevorgangs beobachtet,
dann kann man einen kurzen Ausschlag des Zeigers erkennen, der
allerdings in die gegengesetzte Stromrichtung wirkt und schnell gegen
Null zurück geht.
Lade- und Entladezeit des Kondensators
Zur
Berechnung der Lade- bzw. Entladezeit wird der Wert des Widerstands,
der den Kondensator auflädt, und der Wert des Kondensators benötigt.
Die angelegte Spannung hat dabei keinen Einfluss auf die Ladezeit!
Die Aufladung erfolgt umso schneller, je kleiner die Kapazität des Kondensators C und je kleiner der Widerstand R ist.

Die Ladezeit ist nur von den Größen des Kondensators C und des
Widerstandes R abhängig. Daher wird das Produkt aus Kondensator C und
Widerstand R als Zeitkonstante τ (tau) festgelegt.

Innerhalb jeder Zeitkonstante τ (tau) lädt oder entlädt sich ein Kondensator um 63% der angelegten bzw. geladenen Spannung.
Nach 5 Zeitkonstanten ist ein Kondensator fast aufgeladen bzw. fast entladen.
Die Lade- bzw. Entladezeit beträgt 5 τ (tau) bzw. 5 mal Widerstand mal Kapazität.
Schaltzeichen
Normal
 |
Elektrolytkondensator
 |
Drehkondensator
 |
Trimmkondensator
 |
Kapazität
Die Kapazität gibt die Ladungsmenge bzw. Größe der speicherbaren elektrischen
Energie an. Die Kapazität hat als
Formelzeichen C. Es ist die Abkürzung für das englische Wort
Capacity. Die Maßeinheit ist das große F für Farad. Meist werden
Kondensatoren in µF, nF oder pF angegeben. In dieser Größenordnung
befinden sich die gebräuchlichsten Kapazitäten. Farad (F) kommt vom Engländer Michael Faraday.
Die Kapazität eines Kondensators wird durch seine baulichen Größen bestimmt.
Die Kapazität C ist umso größer,
- je größer die Plattenoberfläche (A)
- je kleiner der Plattenabstand (d)
- je höher die Dielektrizitätszahl ist (εr)
Dielektrikum
Die Dielektrizitätszahl εr gibt an, um welchen Faktor
sich die Kapazität vergrößert, wenn statt Luft ein anderes Dielektrikum
verwendet wird. Je höher die Dielektrizitätszahl ist, desto höher die
Kapazität oder kleiner die Kondensatorbauform.
Die Dielektrizitätskonstante gibt an, um wie viel das Dielektrikum besser ist als Luft mit ε0.
Dielektrikum | εr |
Luft | 1 |
Papier | 2 |
Glimmer | 5 |
Porzellan | 6 |
Kondensatorkeramik | 60-3000 |
Durchschlagsfestigkeit
Die Durchschlagsfestigkeit eines Kondensators ist auf das
Dielektrikum bezogen. Sie bestimmt die höchste Spannung, die am
Kondensator anliegen darf. Wird die Spannung überschritten isoliert das
Dielektrikum nicht mehr. Es kommt zu einem Durchschlag durch das
Dielektrikum.
Kondensatorverlust
Ein Kondensator entlädt sich immer selbst. Die Entladung ist u. a. abhängig
von der Isolation (Dielektrikum). Die Entladung nennt man auch Kondensatorverlust.