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Keramik Kondensatoren: Die Allrounder unter den Kondensatoren
Keramik Kondensatoren, auch Kerko genannt, sind wesentliche Bestandteile in der modernen elektronischen Schaltung. Sie erfüllen eine wichtige Funktion in der Speicherung und Filterung von elektrischer Energie. Aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften und hohen Zuverlässigkeit sind sie in einer Vielzahl von Anwendungen als Platinen-Bauteil zu finden.
- Was ist ein Keramikkondensator und wie funktioniert er?
- Bauarten, Typen und Klassen von Keramik-Kondendensatoren
- In welchen Bereichen finden Keramikkondensatoren Anwendung?
- Was sollten Sie beim Kauf und Austausch von Keramik-Kondensatoren beachten?
- Was bedeuten die Temperaturkoeffizienten von Keramikkondensatoren?
- Keramik Kondensator Beschriftung - was bedeutet was?
- Welche Keramik Kondensatoren gibt es bei IT-Tronics?
Unser Ratgeber bietet Einblicke in die Technik, Funktionsweise und Bauformen von Keramik-Kondensatoren, einschließlich THT und SMD. Erfahren Sie, wie sie aufgebaut sind, wo sie eingesetzt werden, und erhalten Sie Tipps zur Auswahl und zum Austausch. Entdecken Sie die Vielseitigkeit und Vorteile von Keramikkondensatoren für Ihre elektronischen Projekte.
Was ist ein Keramikkondensator und wie funktioniert er?
Der Keramikkondensator ist ein elektrisches Bauelement, das wie alle Kondensatoren elektrische Ladungen speichert und freigibt. Keramik Kondensatoren gehören zur Gruppe der passiven Bauelemente und verwenden Keramik als Dielektrikum, das zwischen den beiden leitenden Platten (Elektroden) des Kondensators als Isolator dient. Sie sind durch ihre Vorteile und Eigenschaften die am meisten verbauten Kondensatoren in der Elektronik.
Ein Keramik-Kondensator speichert elektrische Energie in Form von Ladungstrennung zwischen seinen Elektroden. Wenn eine Spannung an den Kondensator angelegt wird, sammeln sich Elektronen auf der einen Elektrode, während sie auf der anderen Elektrode abfließen, was zu einem elektrischen Feld im Dielektrikum führt. Wird die externe Spannung entfernt oder der Stromkreis geschlossen, entlädt der Kondensator die gespeicherte Energie zurück in den Stromkreis.
Die Kapazität der Keramikkondensatoren ist abhängig von der Art des verwendeten Keramikmaterials für das Dielektrikum. Zur Verwendung kommen paraelektrische und ferroelektrische Materialien.
Die Kapazität eines Kondensators, die seine Fähigkeit zur Speicherung elektrischer Ladung beschreibt, wird in Farad (F) gemessen, wobei Mikrofarad (µF) und Millifarad (mF) häufig verwendete Einheiten sind. Keramikkondensatoren haben typischerweise eine relativ geringe Kapazität, und werden deshalb meist in Nanofarad (nF) und Pikofarad (pF) angegeben.
Beispiel: 6,8e-10F = 0,00068 µF = 0,68nF = 680pF
Bauarten, Typen und Klassen von Keramik-Kondendensatoren
Keramik-Kondensatoren sind in verschiedenen Bauformen und Klassen erhältlich, die jeweils spezifische Eigenschaften und Anwendungen haben.
THT- und SMD-Bauformen
- THT (Through-Hole Technology): Diese Bauform umfasst radial und axial montierte, bedrahtete Kondensatoren, die durch Löten direkt auf Leiterplatten angebracht werden. Keramikkondensatoren für die THT-Bestückung eignen sich gut für Anwendungen, bei denen mechanische Stabilität wichtig ist. Um optimal in die Bestückung integriert werden zu können, haben die Platinen Bauteile normalerweise eine Scheibenform und werden aufgrund dessen auch gerne als Scheibenkondensator bezeichnet.
- SMD (Surface-Mount Device): Die Kondensatoren sind für die Oberflächenmontage konzipiert und ermöglichen eine kompakte Bauweise, die ideal für die Miniaturisierung in modernen elektronischen Geräten ist. Die MLCC Kondensatoren sind mit einer Produktionszahl von jährlich einer Billion Stück die am häufigsten eingesetzten Keramikkondensatoren.
Klassen von Keramik-Kondensatoren
- Klasse 1 Kondensatoren: Keramikkondensatoren der Klasse 1 bieten hohe Stabilität und geringe Verluste. Die mit einem paraelektrischen Dielektrikum aus z.B. Titandioxid, arbeitenden Kondensatoren haben eine niedrige, feldstärkeunabhängige Dielektrititätszahl, die Permittivität. Diese Kondensatoren besitzen eine relativ geringe Kapazität, die typischerweise nur bis zu einige hundert Pikofarad hat.
- Klasse 2 Kondensatoren: Keramikkondensatoren der Klasse 2 haben eine höhere Kapazität pro Volumen, sind jedoch weniger stabil bei Temperaturänderungen. Die Kapazität der Keramikkondensatoren mit ferroelektrischem Dielektrikum (z.B. Bariumtitanat), mit ihrer höheren, feldstärkeabhängigen Permittivität ist stark von der Zwischenplattenspannung und der Umgebungstemperatur abhängig. Im Vergleich zu Klasse-1-Keramikkondensatoren sind die Kapazitätstoleranzen bei diesen Kondensatoren normalerweise größer.
- MLCC (Multilayer Ceramic Capacitors): MLCC Kondensatoren, sogenannte Vielschicht-Kondensatoren, bieten eine hohe Kapazität in einer kompakten Bauform. Das Dielektrikum der Multilayer Ceramic Capacitors besteht aus ferroelektrischem Pulver, aus denen durch Sintern dünne Platten in unterschiedlichen Dicken entstehen, je nach Nennspannung des SMD Kondensators. Die einseitig metallisierten, mikrometerfeinen Platten werden zu einem mehrlagigen Block zusammengefügt. An den Enden dieses Blocks befinden sich Metallelektroden, die als Kontaktflächen dienen. MLCC sind weit verbreitet in Telekommunikation, Computern und Unterhaltungselektronik. Sie kombinieren die Vorteile von Klasse 1 und Klasse 2, indem sie sowohl hohe Kapazität als auch stabile Eigenschaften bieten.
In welchen Bereichen finden Keramikkondensatoren Anwendung?
Keramikkondensatoren sind wahre Allrounder und lassen sich als Universal Kondensator verwenden. Kerkos sind nicht polarisiert und in einer breiten Palette von Kapazitäten, Spannungswerten und Größen verfügbar. Keramik-Kondensatoren sind ideal für Hochspannungs- und Hochfrequenzanwendungen, da sie hohe Spannungen und Frequenzen gut vertragen. Sie werden häufig in Hochfrequenz-Schaltungen, Schwingkreisen und Filtern eingesetzt, wo Zuverlässigkeit und Stabilität entscheidend sind.
Im Allgemeinen können Keramik-Kondensatoren vielseitig eingesetzt werden, um elektrische Schaltungen zu stabilisieren und Rauschen zu unterdrücken:
- Entstörfilter: Zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen in Stromversorgungen.
- Signalkopplung und -entkopplung: In Verstärkerschaltungen zur Übertragung von Wechselstromsignalen.
- Speicher und Timing-Schaltungen: In elektronischen Geräten zur Zeit- und Frequenzbestimmung.
Spezifisch werden die unterschiedlichen Klassen der Keramik-Kondensatoren je nach Anwendung eingesetzt:
- Keramik Kondensatoren der Klasse 1 bieten hohe Stabilität und geringe Verluste, ideal für präzise Hochfrequenz- und Zeitmessanwendungen. Mit ihrer stabilen Kapazität sind sie ideal für Anwendungen, die eine hohe Oszillator- und Frequenzstabilität erfordern, wie z.B. in Hochfrequenz-Schaltungen.
- Keramik Kondensatoren der Klasse 2 haben eine höhere Kapazität pro Volumen und sind nützlich für Anwendungen, bei denen eine hohe Kapazität erforderlich ist, wie Entkopplung und Filterung. Sie sollten nur in Schaltungen verwendet werden, bei denen Schwankungen der Kapazität unrelevant sind. Sie eignen sich gut zum Filtern und Abblocken von Störfrequenzen in Stromversorgungen.
- MLCC (Multilayer Ceramic Capacitors) bieten eine hohe Kapazität in einer kompakten Form und ermöglichen so eine effiziente Verwaltung elektrischer Schaltungen auf Leiterplatten in der Telekommunikation, im Computer und der Unterhaltungselektronik. In Gleichstromwandlern unterdrücken sie effektiv elektrisches Rauschen bei hohen Frequenzen, wodurch die Signalqualität verbessert wird.
Insbesondere in der Robotik werden Scheibenkondensatoren gerne genutzt, um Hochfrequenzstörungen in Anwendungen mit bürstenbehafteten Gleichstrommotoren effektiv zu reduzieren.
Was sollten Sie beim Kauf und Austausch von Keramik-Kondensatoren beachten?
Die Auswahl des richtigen Keramik-Kondensators erfordert die Berücksichtigung verschiedener Kriterien wie die Kapazität, der Spannungsbereich, die Toleranz, die Temperaturbeständigkeit, die Bauform, der Verlustfaktor sowie die Alterung des Keramikkondensators, um die optimale Leistung und Zuverlässigkeit in elektronischen Schaltungen zu gewährleisten.
| Auswahlkriterien von Keramik-Kondensatoren | |
| Kapazität | Wählen Sie die benötigte Kapazität basierend auf der Anwendung, von wenigen Picofarad bis hin zu Mikrofarad. |
| Spannungsbereich | Achten Sie darauf, dass der Kondensator für die maximale Betriebsspannung der Schaltung geeignet ist. Die angelegte Nennspannung darf nicht überschritten werden, da eine Überspannung zum dielektrischen Durchschlag und einem Kurzschluss führen kann. |
| Toleranz | Berücksichtigen Sie die Toleranzanforderungen. Die meisten Klasse 1 und Klasse 2 Kondensatoren sind mit einer Toleranz von 10% gekennzeichnet. Einige Varianten weisen Toleranzen zwischen 1% und 20% auf. |
| Temperaturstabilität | Entscheiden Sie sich für Klasse-1-Kondensatoren bei hohen Stabilitätsanforderungen. |
| Bauform | Wählen Sie zwischen THT-Kondensatoren und SMD-Kondensatoren, je nach Montageart und Platzverhältnissen auf der Leiterplatte. |
| Verlustfaktor | Für Hochfrequenzanwendungen sollten Kondensatoren mit einem niedrigen Verlustfaktor gewählt werden. |
| Alterung | Berücksichtigen Sie die Alterungseffekte, insbesondere bei Anwendungen mit langen Betriebszeiten. |
| Rastermaß | Das Rastermaß (RM) bezieht sich auf den Abstand zwischen den Anschlussdrähten und variiert je nach Bauform. |
Beim Austausch eines Keramik-Kondensators sollten die Spezifikationen wie Kapazität, Spannung, Toleranz und Temperaturbereich mit dem Original übereinstimmen. Keramik-Kondensatoren sind nicht polarisiert, aber auf die korrekte mechanische Ausrichtung ist zu achten. Verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötstation, um Überhitzung zu vermeiden, und stellen Sie sicher, dass die Schaltung stromlos ist, um Unfälle zu verhindern.
Was bedeuten die Temperaturkoeffizienten von Keramikkondensatoren?
Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie sich die Kapazität eines Kondensators mit der Temperatur ändert. Kondensatoren mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten, wie C0G, bieten eine sehr stabile Kapazität über einen weiten Temperaturbereich, während Kondensatoren mit höheren Temperaturkoeffizienten, wie Y5V und Z5U, bedeutende Kapazitätsänderungen aufweisen können.
- C0G (NP0)
- Temperaturbereich: -55°C bis +125°C
- Kapazitätsänderung: ±30 ppm/°C
- Eigenschaften: Sehr stabil, nahezu keine Kapazitätsänderung mit der Temperatur. Geeignet für Hochfrequenzanwendungen und in Situationen, die eine hohe Präzision erfordern.
- X7R
- Temperaturbereich: -55°C bis +125°C
- Kapazitätsänderung: ±15%
- Eigenschaften: Moderate Stabilität, geeignet für Anwendungen, bei denen eine gewisse Kapazitätsänderung tolerierbar ist, wie Filter- und Entkopplungsschaltungen.
- X5R
- Temperaturbereich: -55°C bis +85°C
- Kapazitätsänderung: ±15%
- Eigenschaften: Ähnlich wie X7R, jedoch für einen etwas engeren Temperaturbereich geeignet. Wird häufig in allgemeinen Anwendungen eingesetzt, bei denen Platz und Kosten wichtiger sind als hohe Präzision.
- Y5V
- Temperaturbereich: -30°C bis +85°C
- Kapazitätsänderung: +22% / -82%
- Eigenschaften: Große Kapazitätsänderungen mit der Temperatur, günstig und kompakt, geeignet für Anwendungen, die weniger strenge Anforderungen an die Stabilität stellen.
- Z5U
- Temperaturbereich: +10°C bis +85°C
- Kapazitätsänderung: +22% / -56%
- Eigenschaften: Ähnlich wie Y5V, aber noch weniger stabil. Oft in preisgünstigen Anwendungen eingesetzt, wo die Präzision der Kapazität nicht kritisch ist.
Diese Informationen unterstützen Sie bei der Auswahl des passenden Kondensators für spezielle Anwendungen, insbesondere wenn es um die Anforderungen an Temperaturstabilität und Kapazitätsgenauigkeit geht.
Keramik Kondensator Beschriftung - was bedeutet was?
Aufgrund der kompakten Bauweise der Keramik Kondensatoren und dem daraus resultierenden begrenzten Platz für die Beschriftung ist die Kapazität meist durch einen kodierten Aufdruck ablesbar. Das Entschlüsseln ist einfach: Die ersten beiden Ziffern stellen die Kapazität in Picofarad (pF) dar, und die dritte Ziffer ist der Multiplikator, der die Anzahl der anzufügenden Nullen angibt. Ab drei Nullen wird der Wert in Nanofarad (nF) umgerechnet.
Beispiel: 104 Keramik Kondensator
Die auf dem Keramikkondensator angegebene Zahl lautet 104. Die ersten zwei Ziffern werden mit dem Multiplikator (die dritte Ziffer) multipliziert und dementsprechende Nullen angehängt.
10 × 104 pF
= 100.000 pF
= 100nF
Ein Kondensator mit der Kennzeichnung 104 hat also eine Kapazität von 10 × 104 pF, was 100.000 pF oder 100nF oder 0,1 µF entspricht.
Als weitere Werte sind oft die maximale Spannung in Volt oder Kilovolt angegeben, die dementsprechend mit V oder KV markiert sind.
Welche Keramik Kondensatoren gibt es bei IT-Tronics?
Entdecken Sie die erstklassigen Keramikkondensatoren von IT-Tronics, die höchste Zuverlässigkeit und Effizienz für Ihre Elektronikprojekte bieten. Unsere Auswahl an mechanisch stabilen THT-Kondensatoren und platzsparenden SMD-Kondensatoren sind von namhaften Herstellern, die für jede Anwendung den richtigen Keramik Kondensator bereithalten.
Vertrauen Sie auf IT-Tronics, um die Leistungsfähigkeit Ihrer Anwendungen zu steigern, egal ob für Niederspannungs- oder Hochfrequenzanwendungen. Optimieren Sie Ihre Projekte mit hochwertigen Kondensatoren und profitieren Sie von der herausragenden Qualität, die IT-Tronics garantiert.
Kondensator Keramik Axial
Keramikkondensatoren mit axialer Bauform zeichnen sich durch ihre lineare Anordnung der Anschlüsse aus, was sie ideal für Anwendungen macht, die eine horizontale Montage und hohe mechanische Stabilität erfordern. Diese Kondensatoren bieten eine hervorragende Temperatur- und Spannungsfestigkeit, wodurch sie sich besonders gut für robuste Anwendungen in der Industrieelektronik und der Automobiltechnik eignen.
Die Kapazitäten der axialen Keramikkondensatoren reichen von 1nF bis zu 10nF und sind für eine Spannung von 50V ausgelegt.
Kondensator Keramik Radial
Keramikkondensatoren mit radialer Bauform ermöglichen durch ihre Anschlüsse an einer Seite des Gehäuses eine einfache vertikale Montage auf Leiterplatten. Ihr kompakter Aufbau und die Fähigkeit, sowohl hohe Spannungen als auch Temperaturschwankungen zu bewältigen, machen sie ideal für Anwendungen, die eine hohe Packungsdichte und Zuverlässigkeit erfordern.
Mit der breiten Kapazitätsspanne von 0,033 nF bis 220 nF und einem Spannungsbereich von 50V bis 400V können Keramikkondensatoren mit radialer Bauform sowohl in niedrigen als auch in hohen Spannungsanwendungen eingesetzt werden.
Kondensator Keramik SMD
SMD-Keramikkondensatoren, konzipiert für die Oberflächenmontage, ermöglichen eine effiziente Nutzung des Platzes auf der Leiterplatte und eine hohe Packungsdichte in kompakten Design. Sie bieten eine hervorragende Temperatur- und Spannungsstabilität, was sie ideal für Anwendungen in der Hochfrequenzelektronik und modernen Geräten macht, die zuverlässige Leistung auf kleinstem Raum benötigen.
Der Kapazitätsbereich von 0,5pF bis zu 330nF und Spannungen von 16V bis 630V macht sie vielseitig einsetzbar in zahlreichen Anwendungen, wodurch sie sich ideal für eine Vielzahl von Anwendungen eignen, die kompakte und zuverlässige elektrische Leistung verlangen.
Die Größen der Keramikkondensatoren sind sowohl in Zoll als auch in metrischen Einheiten in vier Ziffern angegeben: Die ersten beiden Ziffern stehen für die Länge, die letzten beiden Ziffern für die Breite der Keramik Kondensatoren. Weitere spezifische Daten können Sie dem Datenblatt des jeweiligen Produkts entnehmen.
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