Elektronik Devre Elemanları-Kondansatör

[Constantin]

Sözlük anlamı ile kondansatör nedir: alternatif akım devrelerinde,
elektrik yükünü biriktirmek kapasitif reaktans sağlamak amacıyla
kullanılan gereç.Temelde bir ince yalıtkan ile birbirinden ayrılmış
iki iletken levhadan oluşan aygıt.
Bir kondansatörun elektrik yükü taşıyabilme yeteneği yani
kapasitesi C ile gösterilir ve levhalarda birikmiş elektrik
yükünün (Q = Coulomb ) levhalar arasındaki potansiyel
farkına ( V = volt ) oranına eşittir.
C = Q / V ………………………. (1)
Bir kondansatörde biriken enerji ise:
2
j = ½ C V …………………………. ( 2) dir.
Buradaki birimler Farad, volt, coulomb ,joule olarak kullanılır.


İki veya daha çok iletken levha ve aralarına yalıtkan bir madde
koyarak bir kondansatör yapıldığını söyledik. Burada yalıtkan
olarak hava da kullanılabilir ve hepimizin çok iyi bildiği
havalı kondansatör elde edilir.
Konuyu açıklamada pratik olsun diye hep iki iletken levha
olarak kullanacağız. Şimdi iki iletken levha yı birbirine çok
yakın olarak koyalım, arada hava bulunsun. Bu kondansatörun
kapasitesi A olsun.
Şimdi aynı iki levhayı aynı uzaklıkta tutup araya başka bir madde
(kağıt, seramik, mika) koyarak bir kondansatör yapalım
ve bunun kapasitesi B olsun
B /A oranına ikinci kondansatörü oluşturan yalıtkan maddenin
yani dielektrik maddenin "Bağıl dielektrik sabitesi"adı verilir.
Yani havanın yalıtkanlığı temel alınarak diğer kondansatörler
buna kıyasla değerlendirilir.
Bağıl dielektrik sabitesinin büyük olması, aynı plaka yüzeyi
ile hava yerine bu madde kullanıldığında, büyüklüğü oranında
yüksek kapasitede kondansatör elde edilmesi anlamına gelir.
Arada bulunan yalıtkan maddenin bir önemli vasfı da,
bu maddenin potansiyel farkına dayanıklığıdır,
buna bozulma veya delinme gerilimi adı verilir.
Delinme gerilimi düşük ise bu kondansatörün levhaları arasına
verilen daha yüksek gerilimle kondansatör delinir.


Maddenin AdıDielektrik SabitesiDelinme voltajıHava120Bakalit5700Sellüloz7300 -1000Cam4-7400Mika2-7250 - 1500Kağıt21250Polistren2,5500 -2500Porselen6-840 - 100Lastik3450Statit4200
Not: delinme voltajı 0.025 mm için verilmiştir.
Bir kondansatörün kapasitesi ; plaka sayısı,plaka yüzölçümü,
dielektrik sabiti ile doğru, plakalar arasındaki uzaklık ile ters
orantılıdır. Kapasite kullanımını hesaplamada ki temel formül.
C = 0,0885 K . A .( n-1 ) / d ………………………(3) dir.
Burada birimler: C pikofarad , K dielektrik sabiti, A santimetrekare
olarak tek plaka yüzeyi , D santimetre olarak plakalar arası
mesafe , N plaka sayısı dır.
Örnek: bir plaka yüzeyi 10 santimetre kare olan 11 plakadan
oluşan plaka aralığı 1 milimetre olan havalı bir kondansatör
yapalım.
Kapasitesi nedir?
C pikofarad = 0.0885 X 10 X 10 X 1 / 0.1 = 88.5 pf
Kondansatörlerde birim olarak kullanılan Farad çok büyük bir
değerdir. Pratikte pek kullanılmaz. Farad'ın milyonda biri olan
mikrofarad ve mikrofaradın milyonda biri olan pikofarad en
çok kullanılan birimlerdir. Arada nano farad vardır.
Bir nano farad mikrofaradın 1000 katıdır.
Farad 1
Mikrofarad 10 - 6 farad
Nanofarad 10- 9 farad
Pikofarad 10 -12 farad
Bu ölçüye göre 0.047 mf = 47 nf = 47.000 pf olur.
Amatörlerin kullandığı kondansatörler genelde 1 pf'tan
100.000 mikrofarad'a kadar değişen değerlerdir. Bunca farklı
kapasitede kondansatör ancak değişik dielektrik maddeler
sayesinde olur.Yüksek kapasitedeki kondansatörlerde kimyasal
maddeler, yüksek voltajlı kondansatorlerde yağ kullanılması gibi.
Bir kondansatörü bir direnç ile bir doğru akım kaynağına
bağladığımızda, devrenin açılması ile kondansator levhaları
üzerinde elektrik yükü birikir ve levhalar arasında bir potansiyel
farkı meydana gelir.Burada, kondansatörun dolması tabir edilen,
potansiyel farkının oluşması için bir zaman gerekir. Bir voltage -
zaman grafiğinde bu tabii logaritmik bir fonksiyondur.
V = E ( 1- e ( -t/rc)) dir.
Burada : V kondansatör gerilimi,
E kaynak gerilimi,
e tabi logaritma 2.718 , R ohm olarak
devre rezistansı, C farad olarak kapasite,
t sarj süresi saniye olarak
Burada teorik olarak kondansatör sonsuza kadar doldurulabilir.
Fakat pratikte RC time konstant dediğimiz bir sürede
kondansatörü dolmuş sayarız. Formülde RC = t ise
V (rc) = E ( 1- e -1 ) = 0.632 E yani
rezistans ve kapasite çarpımı kadar sürede kondansatör kaynak
geriliminin 0.632 si kadar dolar. Pratikte Megaohm ve mikrofarad
seçildiğinde çarpımları saniye olarak t olur.
Örnek: 1000 µf bir kondansatör 1 kiloohm direnç üzerinden
100 volt uygulanarak dolduruluyor.
Burada t = RxC =1000 mf X 0.001 mohm = 1 sn dir.
Bir sn sonra 63.2 volt kondansatör gerilimi ortaya çıkar.
Bu kondansatörü 1 megaohm üzerinden doldursaydık,
RxC =1000 sn olurdu ve aynı gerilim değeri
1000 sn yani 16.6 dakika sonra ortaya çıkardı.
Kondansatörun boşalması da dolması gibi log e nin bir fonksiyonudur.
V = E ( e ^ (-t /rc)) dir.
Yani aynı zaman sabiti süresince kondansatörun 0.632'si
kadar boşalma gerçekleşir.
V = 0.368 E kadar gerilim kondansatör uçlarında kalır.
http://www.antrak.org.tr/gazete/081999/Image9.gif
Kondansatörler elektronik devrelere doğru akımı ayırmak,alternatif
akım devrelerinde kapasitif reaktans sebebi ile akımı sınırlamak için
kullanılır. Bir A.C. devresine bir kondansatör bağlandığı zaman.
Kapasitif Reaktans = X c =1 / 2 p f c dir.
Yani frekans arttıkça ve kondansatorün kapasitesi arttıkça
kapasitörün alternatif akıma gösterdiği direnç azalır.
Bu nedenle kondansatörler alternatif akım devrelerinde akım
sınırlayıcı olarak kullanılır. Göktay beyin meşhur şarj cihazı
bu prensiple çalışır.
Örnek : 200 volt 50 hz lik bir A.C. kaynağına 2 mikrofaradlık
bir kondansatör bağlasak devreden ne kadar akım geçer.
Xc = 1/ 2x3.14x50x0.000002 = 1592 ohm İ =V/R 200/1592 =125 miliamper
Pratikte biz amatörler pek çok tip kondansatör kullanırız.
Kondansatörler dielektrik maddeye göre sınıflandırılırlar.
Belli başlı kondansatörler şunlardır:
1-) Havalı,
2-) Kağıt,
3-) Mika,
4-) Polistren,
5-) Tantal,
6-) Yağlı,
7-) Elektrolitik,
8-) Polyester,
9-) Seramik,
10-) Mylar,
gibi kondansatör çeşitleri mevcuttur.
Ayrıca kondansatörler
Dayanabileceği voltajlar ve toleransları belirlenerek piyasaya
sürülürler. Rf devrelerinde kullanılan feed-through kodansatörler,
trimmer kondansatörler ve varicap'lar da farklı çeşit
kondansatörlerdendir. Kondansatörler için bak resim 1.
Renk Kodları Renkdeğersıfır sayısıtoleransvoltaj Siyah00 Kahve111100Kırmızı222200Turuncu333300 Sarı444400Yeşil555500Mavi666600Mor777700Gri888800B eyaz999900Altın 0,151000Gümüş 0,01102000Renksiz 20500
http://www.antrak.org.tr/gazete/081999/Image10.gif
Seramik kondansatörlerin renk kodları yukarıdaki şekildeki gibidir.
Birinci renk temperature coefficienttir. Daha sonraki 3 renk halkası
değer renkleridir. Son halka ise toleransı gösterir.
SERAMİK
KONDANSATÖR RenkÇarpanTolerans
under 10 pfTolerance
over 10 pfTem. Coeff
ppm/CSiyah1% 202 pf0Kahverengi10%1 -30Kırmızı100%2 -80Turuncu1000 -150Sarı -220Yeşil %50.5 pf-330Mavi -470Mor -750Gri0.01 0.25 pf30Beyaz0.1%101.0 pf500
Tantal kondansatörler de şekilde görüldüğü gibi değerlendirilir.
http://www.antrak.org.tr/gazete/081999/Image11.gif


Birinci tip tantallarda,birinci ve ikinci renk standart color
tablosundan okunur.ortadaki çarpan yuvarlağıdır.
Yani bununla çarpılır.
Siyah 1 kahve 10 kırmızı 100 beyaz 0.1 gri 0.01 dir.
Son renk olan pembe ye tekabül eden voltaj renkleri ise şöyledir.
Sarı 6.3 yeşil 16 mavi 20 gri 25 beyaz 3 siyah 10 pembe 35 volt.
İkinci tip tantallarda işaretli çizgili taraf positif bacağı gösterir.
Üst rakam mikrofarad olarak kapasiteyi alt rakam ise voltajı belirtir.
Polyester kapasitorlerde ise durum şöyledir. 5 adet şeritten
ilk ikisi standart renk kodundan okunur ve pf değerindedir..
Üçüncü şerit çarpandır.Tolerans siyah % 20,
beyaz %10 yeşil % 5'dir.
Voltaj ise kahve 100 kırmızı 250 sarı 400 volt anlamındadır.
http://www.antrak.org.tr/gazete/081999/Image13.gif

Mercimek tabir ettiğimiz yuvarlak kondansatörlerin pek çok çeşidi
vardır. Üzerinde yalnız rakam yazanlarda p veya n harfi başta
veya ortada ise nokta anlamına gelir. p pikofarad n ise nanofarad
anlamındadır.
P 82 = 0.82 pikofarad 5p6 = 5.6 pikofarad n 22 = 0.22
nanofarad = 220 pf demektir.
Yine bu tip yuvarlak kondansatörlerde
104M 103K 222K 472M 4R7D gibi yazılar görürüz. Burada ilk dört
ifadedeki gibi olanlarda ilk iki rakam ilk iki sayıdır,daha sonra
gelen 4 ,3 ,2 gibi sayılar okadar sıfır anlamındadır.
M %20 K %10 J % 5 G %2 F % 1 tolerans demektir.
Burada ki kondansatörler;
10.0000 pf = 0.1 µf 10.000 pf = 10 nf 2200 pf 4700 pf değerindedirler.
Son olarak belirtilen 4R7D gibi tiplerde ise 4 ve 7 ilk iki rakamı
R ise noktayı gösterir ve bu kondansatör 4.7 pf ve 0.5 pf
hassasiyettedir. Yuvarlak kondansatörlerin bazılarında tepe
renk şeridi bulunur, bu temperature coefficient color code'dir.
http://www.antrak.org.tr/gazete/081999/Image12.gif
Elektrolitik kondansatörler bağlanırken + ve - kutuplara dikkat edilir.
Paralel bağlı kondansatörlere kapasite kondansatör değerlerinin
toplamı kadardır. Seri bağlı kondansatörlerde: 1/c1 +1/c2 +…. 1/cn = 1/c olur. Eğer seri bağlanan kondansatör
elektrolitik ise kutupları pillerin seri bağlanması gibi bağlanır.
Elektrolitik kondansatörler paralel bağlandığında düşük voltajlı
kondansatör dayanma gerilimi geçerlidir. Seri bağlandığında ise
kapasitesi en az olan kondansatör uçlarında en fazla gerilim
olacağı göz önüne alınmalıdır.