Kondansatör

Kondansatör, DA akımı geçirmeyip, AA akımı geçiren devre elemanıdır.

Kondansatörün Yapısı:

Kondansatör şekil 1.6 'da görüldüğü gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur. Kondansatörler yalıtkan maddenin cinsine göre adlandırılır.

Kondansatörün sembolü:

Değişik yapılı kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazı küçük değişiklikler vardır



Kondansatörün Çalışma Prensibi: Kondansatörün bir DA kaynağına bağlanması ve doldurulması: Şekil 1.17(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DA kaynağına bağlanırsa, devreden Şekil 1.17(b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akım akar. IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir.

Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk gerilimine eşit bir VC gerilimi oluşur.

Bu olaya, kondansatörün doldurulması, kondansatöre de dolu kondansatör denir.

"Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" ya da "doldurma" dır.





Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır?

Şekil (a)' daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi, kondansatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder.

Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer. IC akımının yönü elektron hareketinin tersi yönündedir.

Devreden geçen IC akımı, bir DA ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavaş yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir. IC akımına doldurma akımı denir.

Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör plakaları arasında VC = Vk oluşur.

VC gerilimine doldurma gerilimi denir.

VC geriliminin kontrolü bir DA voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir. Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar.

Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite;

Doldurma işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir EC enerjisi kazanır.

Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir. C ile gösterilir.

Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsında şu bağlantı vardır.

Q = C.V EC = CV2/2

Q: Coulomb (kulon) V: Volt (V) C: Farad (F) EC: Joule (Jul) Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan IC akımı da o kadar büyük olur.

Kondansatörün kapasite formülü:

C = ε0.εr.(A/d)

ε0: (Epsilon 0): Boşluğun dielektrik sabiti (ε0 = 8.854.10-12)

εr: (Epsilon r): Plakalar arasında kullanılan yalıtkan maddenin BAĞIL1 dielektrik (yalıtkanlık) katsayısı.

A: Plaka alanı d: Plakalar arası uzaklık A ve d değerleri METRİK sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alanı (m) ve "d" uzaklığı, metre (m2) cinsinden yazılırsa, C' nin değeri FARAD olarak çıkar.

Örneğin:

Kare şeklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım.

A ve d değerleri MKS' de şöyle yazılacaktır: 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, değerler yerlerine konulursa:

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

NOT:

1 BAĞIL sözcüğü, yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliğinin boşluğunkinden olan farkını göstermesi nedeniyle kullanılmaktadır.

AC Devrede Kondansatör:

Yukarıda DA devrede açıklanan akım olayı, AA devrede iki yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AA devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel oluşturmamaktadır. Ancak bir direnç gösterir.

Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.

Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm dur.

XC = (1 / ω C ) = (1 / 2 π f C ) 'Ohm olarak hesaplanır.

XC = Kapasitif reaktans ω = Açısal hız (Omega) f = Frekans (Hz) C = Kapasite (Farad) Yukarıdaki bağıntıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır. Sabit Kondansatörler Sabit kondansatörler kapasitif değeri değişmeyen kondansatörlerdir.

Yapısı ve Çeşitleri:

Kondansatörler, yalıtkan maddesine göre adlandırılmaktadırlar.

Sabit kondansatörler aşağıdaki gibi gruplandırılır: Kağıtlı Kondansatör Plastik Film Kondansatör Mikalı Kondansatör Seramik Kondansatör Elektrolitik Kondansatör

Kağıtlı Kondansatör

Kondansatörlerin kapasitesini arttırmak için levha yüzeylerinin büyük ve levhalar arasında bulunan yalıtkan madde kalınlığının az olması gerekir. Bu şartları gerçekleştirirken de kondansatörün boyutunun mümkün olduğunca küçük olması istenir. Bu bakımdan en uygun kondansatörler kağıtlı kondansatörlerdir. Çok yaygın bir kullanım alanı vardır. bir kağıt, bir folyo ve yine bir kağıt bir folyo gelecek şekilde üst üste konur. Sonra da bu şerit grubu silindir şeklinde sarılır.

Bağlantı uçları (elektrotlar) alüminyum folyolara lehimlenir.

Oluşturulan silindir, yalıtılmış olan metal bir gövdeye konarak ağzı mumla kapatılır ya da üzeri reçine veya lak ile kaplanır.

Plastik Film Kondansatör Plastik film kondansatörlerde kağıt yerine plastik bir madde kullanılmaktadır. Bu plastik maddeler: Polistren, poliyester, polipropilen olabilmektedir.

Hassas kapasiteli olarak üretimi yapılabilmektedir. Yaygın olarak filtre devrelerin de kullanılır.

Üretim şekli kağıt kondansatörlerin aynısıdır.

Mikalı Kondansatör

Mika, "εr" bağıl di elektrik sabiti çok yüksek olan ve çok az kayıplı bir elemandır. Bu özelliklerinden dolayı da, yüksek frekans devrelerinde kullanılmaya uygundur. Mika doğada 0.025 mm 'ye kadar ince tabakalar halinde bulunur. Kondansatör üretiminde de bu mikalardan yararlanılır. İki tür mikalı kondansatör vardır: Gümüş kaplanmış mikalı kondansatör. Alüminyum folyolu kaplanmış mikalı kondansatör. Gümüş Kaplanmış Mikalı Kondansatör: Bu tür kondansatörlerde mikanın iki yüzüne gümüş püskürtülmektedir. Oluşturulan kondansatöre dış bağlantı elektrotları lehimlenerek mum veya reçine gövde içerisine yerleştirilir. Şekil.1.20 'de değişik boydaki mikalı kondansatörler gösterilmektedir.

Alüminyum Folyo Kaplanmış Mikalı Kondansatör:

Gümüş kaplama çok ince olduğundan, bu şekilde üretilen kondansatör büyük akımlara dayanamamaktadır. Büyük akımlı devreler için, mika üzerine alüminyum folyo kaplanan kondansatörler üretilmektedir. Mikalı kondansatör ayarlı (trimmer) olarak ta üretilmektedir.

Seramik Kondansatör

Seramiğin yalıtkanlık sabiti çok büyüktür. Bu nedenle, küçük hacimli büyük kapasiteli seramik kondansatörler üretilebilmektedir. Ancak, seramik kondansatörlerin kapasitesi, sıcaklık, frekans ve gerilim ile %20 'ye kadar değiştiğinden, sabit kapasite gerektiren çalışmalarda kullanılamaz. Fakat, frekans hassasiyetinin önemli olmadığı kuplaj, dekupaj kondansatörü olarak ve sıcak ortamlarda kullanılır Elektrolitik Kondansatörler Elektrolitik kondansatörler büyük kapasiteli kondansatörlerdir. Yaygın bir kullanım alanı vardır. Özellikle, doğrultucu filtre devrelerinde, gerilim çoklayıcılarda, ses, frekans yükselteçlerinde, kuplaj ve dekupaj devrelerinde, zamanlama devrelerinde yararlanılmaktadır.

İki tür elektrolitik kondansatör vardır:

Alüminyum plakalı Tantalyum (tantalıum) plakalı Alüminyum Plakalı Elektrolitik Kondansatör Alüminyum plakalı elektrolitik kondansatörün yapısı verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi kondansatör yapısı şöyledir:

Birinin yüzü okside edilmiş ve iki elektrot bağlanmış olan şerit şeklindeki iki alüminyum plaka Plakaların arasında elektrolitik emdirilmiş kağıt Bunlar silindir şeklinde sarılarak kondansatör oluşturulmaktadır. Oksit tabakası yalıtkan olduğundan plakalar arası yalıtkanlığı sağlamaktadır.

Alüminyum oksitli plakaya bağlı elektrot pozitif (+), alüminyum plakaya bağlı elektrot da negatif (-) olarak adlandırılır.

Devreye bağlantı da "+" elektrot, devrenin pozitif tarafına, "-" elektrotta negatif tarafına bağlanmalıdır. Ters bağlantıda anot üzerindeki oksit tabakası kalkar ve geçen akımla elektrolitik kimyasal reaksiyona uğrar ve ısınıp şişerek kondansatörü patlatır. Kağıda emdirilmiş olan elektrolitik, iletken bir madde olup, gövdesi oksit tabakasının zamanla ve küçük değerli aşırı gerilimlerde bozulmasını önlemektedir.

Tantalyumlu Elektrolitik Kondansatör

Bu tür kondansatörde de anot, oksit kaplı tantalyum şerit ve katot da yalnızca tantalyumdur. Yapımı Alüminyum elektrotlu kondansatör ile aynıdır.

Farkı: Tantalyum oksidin yalıtkanlık sabiti daha büyüktür.

Elektrolitik kondansatörlerin avantajları ve dezavantajları:

Avantajları: Hacmi küçük, kapasitesi büyüktür. Maliyeti düşüktür.

Dezavantajları: Kaçak akımı büyüktür.Ters bağlantı halinde yanar.

1ppm =10-6 kapasite birimidir. Örneğin 300ppm/°C 'nin anlamı; her sıcaklık derecesi altında, kapasite 300*10-6F artmaktadır. "+"ppm = Sıcaklık arttıkça kapasite de artıyor anlamındadır. "-"ppm = Sıcaklık arttıkça kapasite de küçülüyor anlamındadır. Tan= RS/XC kayıp sabitidir. Rs plakalar arası yalıtkandaki enerji kaybını sembolize etmektedir. Kondansatöre seri bağlı bir RS direnci varmış gibi düşünülür. RS ve dolayısıyla da "tan" küçük olursa kondansatör o kadar kaliteli demektir.

Ayarlı Kondansatörler

Ayarlı Kondansatörler, kapasitif değerleri değişik yöntemler ile değiştirilebilen kondansatörlerdir.Kullanılma yerine göre değişik yapıda ve çeşitli boyutlarda üretilmektedirler. üç şekilde de sembolize edilebilir.

Çeşitleri:

Ayarlı kondansatörler üç gruba ayrılır:

Büyük boy değişken kondansatörler (Varyabl kondansatör) Küçük boyutlu değişken kondansatörler (Trimer) Değişken kapasiteli diyotlar (Varaktör) Büyük Boy Ayarlı (Varyabl) Kondansatörler Bu gruba giren kondansatörler, İngilizce adı ile varyabl (variable) olarakta anılmaktadır. "Varyabl" kelimesinin Türkçe karşılığı "değişken" kelimesidir. Varyabl kondansatörler paralel bağlı çoklu kondansatörden oluşmaktadır. Bu kondansatörlerin birer plakası sabit olup, diğer plakaları ve bir mil ile döndürülebilmektedir. Böylece kondansatörlerin kapasiteleri istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Hareketli plakalar sabit plakalardan uzaklaştıkça, karşılıklı gelen yüzeyler azalacağından kapasitede küçülecektir. Hareketli plakalara rotor, sabit plakalara stator denmektedir. Plakalar genelde alüminyum (Al) veya özel amaçlar için gümüş kaplı bakırdır. Plakalar arasında yalıtkan madde olarak genellikle hava vardır. Bazı özel hallerde, mika plastik ve seramikte kullanılmaktadır. Veya vakumlu (havasız) yapılmaktadır. Havalı ve yalıtkanlı kondansatörlerde bir miktar kaçak (leakage) akımı vardır. Vakumlu olanlarda hiç kaçak yoktur. Vakumlu kondansatörlerde; çalışma gerilimi 50 KV 'a ve frekansı 1000 MHz 'e kadar çıkabilmektedir. Kapasitif değeri ise 50-250 pF arasında değişir. Havalılarda ise kapasite 400pF 'a kadar çıkabilmektedir. Varyabl kondansatörler ile büyük kapasitelere ulaşılamamakla beraber, yukarıda belirtildiği gibi çok büyük gerilimlerle ve frekanslar da çalışılabilmektedir. Bazı uygulamalardaki aynı gövdede iki varyabl kondansatör kullanılır. Bunlardan birinin rotoru, statordan uzaklaştırılırken diğerinin rotoru ters bir çalışma şekli ile statoruna gelir.

Varyabl kondansatörün kullanılma alanları:

Radyo alıcıları (plakaları çok yakın ve küçüktür). Radyo vericileri Büyük güçlü ve yüksek frekans üreticileri (plakalar arası 2,5 cm 'dir)

Küçük Boy Ayarlı Kondansatörler (Trimerler)

Küçük boy ayarlı kondansatörler, trimer (Trimmer), peddir (Padder) gibi değişik isimlerle anılmaktadır. Hassas kapasite ayarı için kullanılırlar ve bu ayar tornavida ile yapılır. Bu nedenle, bunlara ayarlı kondansatör de denilir. Değişik tipleri vardır. En yaygın tipi yan yüzünde vida bulunan karesel yapıda olanlarıdır. Bu türde kare şeklindeki iki alüminyum plaka arasında mika veya plastik yalıtkan vardır. Vida bir tornavida yardımı ile sıkılınca plakalar birbirine doğru yaklaşır ve C:eo.er.A/d bağıntısı gereğince "d" aralığı kısaldığı için kapasite (C) büyür.

Ayrıca silindirik veya varyabl tipinde olanları da vardır. Silindiriklerde ortadaki iletken vida bir yalıtkan içerisinde hareket etmekte ve bir plaka görevi yapmaktadır. İçe doğru vidalama yapıldıkça kapasitif değer büyümektedir.

Trimerler, 100-600 V gerilimde çalışabilmekte ve kapasiteleri çok küçük değerler ile 1000 pF arasıda değişmektedir.

Değişken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör) Jonksiyon diyotlara ters gerilim uygulandığında bir kondansatör gibi çalışmaktadır. Uygulanan gerilime göre kapasitif değer değişir. Uygulanan gerilim büyüdükçe kapasitif değeri küçülür.

Gerilime bağlı kapasite değişikliği nedeniyle VARAKTÖR veya VARİKAP adı verilmiştir.