Transcript 6.2 Condenstoren

Condensatoren
28
________________________________________________________________________________
Hoofdstuk 3 : Technologie en eigenschappen van condensatoren.
_______________________________________________________________
1. Bijzonderste specificaties van condensatoren.
• de nominale capaciteitswaarde : wordt gedefinieerd bij kamertemperatuur (25°C). De capaciteiten worden in standaardreeksen ingedeeld naar analogie met de weerstanden.
• de tolerantie in % van de nominale capaciteit (1%, ... , 20%).
• nominale temperatuursgebied : maximale en minimale temperatuur die in regimewerking niet
mogen overschreden worden (bv. -55°C tot + 85°C).
• de temperatuurscoëfficiënt van de capaciteit : wordt uitgedrukt in ppm/°C en kan positief, negatief of nul zijn.
• de nominale (of maximale) gelijkspanning die aan de condensator doorlopend mag worden
aangelegd (eventueel bij maximale temperatuur).
• de nominale (of maximale) wisselspanning, bij een bepaalde frequentie (meestal 50 Hz) die aan
de condensator doorlopend mag worden aangelegd (eventueel bij maximale temperatuur).
• de isolatieweerstand (lekweerstand) tussen de klemmen, bij een bepaalde DC spanning. Het is
de weerstand van het diëlektricum en wordt uitgedrukt in MΩ of in seconden ( tijdsconstante =
Risolatie x Cnominaal ). Merk op dat de isolatieweerstand in DC gemeten wordt en zich in een equivalent schema voordoet als een parallelweerstand over een ideale capaciteit. De isolatieweerstand vormt wel een bijdrage tot tg δ maar is niet toe te schrijven aan polarisatieverschijnselen. De isolatieweerstand hangt af van de soortelijke weerstand van het diëlektricum, aanwezigheid van onzuiverheden en oppervlaktetoestanden; dikwijls leveren deze laatste
de voornaamste bijdrage.
• tg δ of dissipatiefactor D : wordt gemeten bij een AC-spanning van welbepaalde frequentie. De
dissipatiefactor houdt rekening met alle verliezen in het diëlektricum, serieverliezen van platen
en aansluitingen, eventuele wervelstroomverliezen in de platen bij hogere frequenties. Naast
Condensatoren
29
________________________________________________________________________________
een frequentieafhankelijkheid bezit tg δ ook een temperatuurs-afhankelijkheid. De definitie van
de dissipatiefactor gebeurt dikwijls via de zogenaamde ESR en de capacitieve reactantie :
- ESR : equivalent series resistance : het is de netto serieweerstand van de capaciteit die
rekening houdt met alle mogelijke verliezen.
- capacitieve reactantie :
Xc =
1
ωC
Men heeft dan :
tgδ =
ESR
Xc
Merk op dat de impedantie van de condensator dan gegeven is door :
Z = (ESR)2 + X c2
Voor een goede condensator is de impedantie ongeveer gelijk aan de capacitieve reactantie en dit over een zo breed mogelijk frequentiegebied.
• de kwaliteitsfactor :
Q=
X
1
= c
tgδ ESR
Hoe groter Q, hoe beter de condensator. Q en tg δ kunnen relatief gemakkelijk gemeten worden met behulp van impedantiebruggen.
• de seriezelfinductie of meer algemeen het hoogfrequent gedrag van condensator. Men spreekt
van een equivalente seriezelfinductie (ESL). De totale impedantie van de condensator wordt
dan :
1 

Z = (ESR ) +  ω.ESL −

ωC 

2
2
Z vertoont een minimum bij ωres = 1
ESL.C
en is dan gelijk aan ESR.
Voor ω < ωres gedraagt de condensator zich capacitief, hetgeen uiteraard gewenst is, voor ω >
ωres gedraagt de condensator zich inductief. Vooral voor grote C-waarden moet men er voor
zorgen dat de ESL zeer laag is (van de orde nH) opdat ωres voldoende hoog blijft. Het typisch
verloop van Z in functie van de frequentie voor een Ta-Elco is weergegeven in figuur 1.1.
Condensatoren
30
________________________________________________________________________________
Figuur 1.1 Impedantie Z in functie van frequentie (6.8 uF/35V)
• rimpelstroom : toegelaten rimpelcomponente van de stroom gesuperponeerd op een DCniveau. Rimpel bevat hogere harmonischen die bijkomende verliezen en verwarming veroorzaken.
• maximale vermogendissipatie.
De warmteontwikkeling in een condensator wordt veroorzaakt door de vermogendissipatie te
wijten aan de verliesfactor tg δ. Meestal zijn de condensatoren ruim voldoende gedimensioneerd om deze warmte af te voeren. Door de miniaturisatie echter worden de afmetingen van
de condensator zo klein mogelijk gehouden zodat het gevaar bestaat dat de component bij uiterste specificaties wordt gebruikt.
In het geval van sinusoïdale stromen en spanningen kan het vermogen dan berekend worden
als:
P = Irms ².ESR
Voor (1/ωC) >> ESR kan dit ook herleidt worden tot:
Condensatoren
31
________________________________________________________________________________
P = ωC. tgδ . Vrms ²
In het geval van pulsvormige signalen kan het vermogen kan berekend worden als:
P = ∑ ωkC . tgδ k . Vk ²
k
De index k slaat op de k-de harmonische van de signalen, ontbonden in Fourrier-termen. Vk is
de piekwaarden van spanning en stroom bij frequentie fk van de k-de harmonische. In databoeken kan men de tg δ vinden i.f.v. de frequentie.
Condensatoren
32
________________________________________________________________________________
2. Soorten condensatoren, eigenschappen.
2.1. Elektrolytische condensatoren.
Indien een grote capaciteitswaarde (> 10µF) in een klein volume geëist wordt dan is de elektrolytische condensator (ELCO) het enige alternatief. Deze condensatoren worden gekenmerkt door een
zeer grote capaciteit - spanningsprodukt; men zegt dat hun volumetrische efficiëntie zeer groot is
(volumetrische efficiëntie = C.V/volume = capaciteit - spanningsproduct per volumeeenheid).
Naargelang het gebruikte basismateriaal onderscheidt men aluminium - en tantaliumcondensatoren. Zij zijn in veel gevallen gepolariseerd hetgeen voor de gebruiker kenbaar wordt gemaakt door
bvb. een + teken bij een bepaalde klem te vermelden : deze klem is dan de anode van de elco en
moet steeds op een positieve potentiaal t.o.v. de andere klem (kathode) geplaatst worden. Niet
gepolariseerde condensatoren (bipolaire elco's) mag men willekeurig aansluiten; zij worden bvb.
gebruikt als startcondensator bij eenfazige asynchrone motoren. De principiële opbouw van een
gepolariseerde elektrolytische condensator bestaat uit een anode (+ klem), een oxidelaag, een
elektrolyt en een kathode. Bipolaire elco's bevatten twee oxidelagen.
Bij aluminium elektrolytische condensatoren bestaat de anode uit een geëtste aluminiumfolie. De
aluminiumfolie heeft een zuiverheid van 99,9%. De dikte is ≈ 100 µm; bij het begin van het fabricageproces wordt deze folie verwerkt onder de vorm van rollen met een breedte van bv. 50 cm en
een lengte van de orde 1km. Pas na het ets- en formeerproces wordt de folie versneden.
Het etsen vergroot de bruikbare oppervlakte met een factor > 50 en aldus ook de capaciteit. Door
middel van een elektrochemisch procédé wordt een zeer dunne laag aluminiumoxide (Al2O3) op de
folie aangebracht (formeren, anodiseren). Daartoe wordt de aluminiumfolie ondergedompeld in
een formeervloeistof (elektrolytisch bad) waaraan de zogenaamde formeerspanning wordt aangelegd. Deze is ongeveer 20% hoger dan de "rated voltage" van de condensator. In normale werkomstandigheden mag de toegepaste spanning nooit de formeerspanning overschrijden omdat het
anodeformeerproces dan verder zou gaan; de hierbij vrijgekomen warmte kan leiden tot explosie
van de condensator. Dank zij de grote doorslagspanning van Al203 (≈ 800 MV/m) kan de dikte van
de oxidelaag teruggebracht worden tot enkele nm per volt formatiespanning.
Condensatoren
33
________________________________________________________________________________
Figuur 2.1.1 Opbouw van een aluminium elektrolytische condensator
Figuur 2.1.2 Oxidedikte en capaciteit per cm² i.f.v. de formeerspanning.
Hoe dunner de oxidelaag, hoe groter de capaciteit maar hoe kleiner de toegelaten spanning. Het is
duidelijk dat de oxidelaag dienst doet als diëlektricum (εr ≈ 8 à 10) van de condensator. Het elektrolyt (dat bvb. d.m.v. vacuümimpregnatie in de opgewikkelde cel wordt aangebracht) zorgt voor
een goed contact tussen de ruwe oxidelaag en de kathode - aluminiumfolie. Indien het elektrolyt
vloeibaar is (dimethylacetamide (DMA), dimethylformamide (DMF)) dan spreekt men van een natte Al-elco; indien het elektrolyt een soort pasta is (mangaandioxide Mn02) dan spreekt men van
een droge Al-elco.
Als houder van het elektrolyt wordt papier voor natte Al-elco's of een soort glasvezelweb voor
droge Al-elco ´s gebruikt (spacer). Naast de elektrolythoudende functie zorgt de spacer ervoor dat
Condensatoren
34
________________________________________________________________________________
anode en kathodefolies behoorlijk van elkaar gescheiden blijven bij opwikkeling. De "rolled sandwich" structuur (= het spiraalvormig opgerolde pakket anode/spacer/kathode/spacer) wordt
d.m.v. automatische opwikkelmachines bekomen en resulteert in een compacte cylindrische
vorm. Zie figuur 2.2.1.
Figuur 2.1.3a Enkele uitvoeringen van Al-elco´s ( Through Hole)
Figuur 2.1.3b Enkele uitvoeringen van Al-elco´s ( SMD)
Condensatoren
35
________________________________________________________________________________
Bij de tantalium elektrolytische condensatoren bestaat de anode uit gesinterd tantaalpoeder (figuur 2.1.4) dat onder hoge druk geperst wordt op een tantalium draad. Het diëlektricum bestaat
uit een uiterst dun laagje tantaalpentoxyde (Ta2O5). Op het diëlektricum wordt een laag mangaandioxyde afgezet (MnO2) dat dienst doet als droog elektrolyt. Mangaandioxyde is een n-type halfgeleider, waardoor een lage serieweerstand ontstaat. Ten slotte wordt nog een laagje grafiet aangebracht en krijgt het geheel een dekking met een mantel van goedgeleidende zilverlak die de kathode van de condensator vormt.
Het diëlektricum heeft een aantal belangrijke eigenschappen :
• grote relatieve diëlektrische constante ( εr = 25 à 27 );
• een grote doorslagvastheid. De doorslagspanning bedraagt circa 600 V/µm;
• grote effectieve oppervlakte door de talrijke poriën tussen de tantaalkorrels;
Figuur 2.1.4 Opbouw van een tantalium elektrolytische condensator
Alhoewel Ta-elco ´s met axiale en radiale aansluitingen (through hole ) bestaan komen deze toch
het meest voor onder SMD-vorm: zie figuur 2.1.5.
Gelijkaardig aan de tantalium elektrolytische condensatoren zijn de niobium elektrolytische condensatoren. Deze gebruiken niobium-pentoxide als diëlektricum, met een εr = 41.
Condensatoren
36
________________________________________________________________________________
Figuur 2.1.5. Enkele uitvoeringen van Ta-elco´s ( SMD)
Vergelijking Al en Ta elco ´s
Vergeleken met Al-elco´s hebben Ta-elco’s een zeer stabiele capaciteit, lage lekstroom en zeer lage
impedantie bij hoge frequenties. Ze zijn echter in tegenstelling tot Al-elco´s zeer intolerant voor
positieve of negatieve spanningspieken en exploderen gemakkelijk wanneer ze invers gepolariseerd worden of onderworpen worden aan spanningpieken (‘spikes’) boven de werkspanning.
Ta-elco’s zijn duurder dan Al-elco’s en zijn meestal slechts beschikbaar in versies voor lage spanning. Door hun kleinere afmetingen en lagere ESR worden Ta-elco’s meestal gebruik in miniatuur
toepassingen zoals bijvoorbeeld GSM´s.
Condensatoren
37
________________________________________________________________________________
2.2 Filmcondensatoren ( Kunststofcondensatoren)
Onder filmcondensatoren verstaat men de zeer uitgebreide klasse van condensatoren waarbij als
diëlektricum een of ander kunststof (polyester, polycarbonaat, polypropyleen, polystyreen) of
papier wordt gebruikt. Qua capaciteitswaarde vertegenwoordigen ze de "middenrange" gaande
van 1 nF tot ≈ 10 µF.
De inwendige structuur bestaat in principe uit een stapeling van gemetalliseerde plasticfolies ofwel een stapeling van afzonderlijke plastic- en metaalfolies (de dikte van de folies ligt in de buurt
van 5 µm). Naast aluminium wordt soms tin als elektrodemateriaal gebruikt.
Men spreekt o.a. van :
• gemetalliseerde foliecondensatoren waarbij de elektrodes gevormd worden door vacuum opgedampte aluminiumlagen (Figuur 2.2.1 ). De zeer dunne elektrodes zorgen voor een ‘selfhealing’ effect in geval van doorslag. Dit effect wordt veroorzaakt door het feit dat de metaallaag
door de elektrische boog die bij spanningsdoorslag ontstaat verdampt in de omgeving van de
doorslag zonder het diëlektricum te beschadigen. Defecte locaties worden op die manier volledig geisoleerd.
• film-foliecondensatoren (film foil capacitor) bestaande uit een stapeling van afzonderlijke plastic- en aluminiumfolies (Figuur 2.2.2). In vergelijking met de gemetalliseerde versies zijn de filmfolie-types beter geschikt voor pulsbedrijf met hoge flanksteilheid.
In tabel 2.2.1 zijn enkele typische eigenschappen der meest gebruikte types filmdiëlektrica opgenomen.
Men merkt op dat het diëlektricum van kunststofcondensatoren een lage er heeft (2.2 à 3.3) in
vergelijking met het diëlektricum gebruikt bij elektrolytische condensatoren en keramische condensatoren (zie verder). Hierdoor hebben deze condensatoren een lage volumetrische efficiëntie.
Ze worden daarom vooral nog toepast in elektronische schakelingen waar hoge spanningen (230
Vac, 400Vac,1000Vac) optreden, zoals schakelende voedingen, elektronische ballasten,…
Condensatoren
38
________________________________________________________________________________
Figuur 2.2.1 Gemetalliseerde foliecondensator
Figuur 2.2.2 Film-folie condensator
Tabel 2.2.1 Eigenschappen der meest gebruikte types filmdiëlektrica.
Condensatoren
39
________________________________________________________________________________
Volgende figuren geven enkele typische eigenschappen weer in functie van frequentie en temperatuur.
Figuur 2.2.3 Eigenschappen der meest gebruikte types filmdiëlektrica.
Er kan opgemerkt worden dat :
• Bij polycarbonaat condensatoren is de capaciteitsstabiliteit over een breed temperatuursbereik
de voornaamste eigenschap.
• een meer recent diëlektricum voor algemeen gebruik is polyfenyleen sulfide (KPS condensatoren) . Met zijn lage dissipatiefactor (tg δ) en zijn grote weerstand tegen ‘wave soldering’ temperaturen is dit diëlektricum van groot belang voor de SMD-technologie. Capaciteitsrange :
100pF-6.8µF, E12, tolerantie : 5%, 10%.
Condensatoren
40
________________________________________________________________________________
• polypropyleen (KP) en polystyreen (KS) condensatoren worden gebruikt in toepassingen bij
hoge frequenties of hoge spanningen (afbuigingscircuits, SMPS, filters, afgestemde kringen )
omwille van hun lage dissipatiefactor (tg δ) en hoge diëlektrische sterkte. Niettegenstaande de
zeer lage verliesfactor en andere uitstekende eigenschappen kan vooral de geringe temperatuursbestendigheid een beperkende factor zijn voor het gebruik van polystyreencondensatoren. Capaciteitsrange : 470pF-5.6µF, E96, tolerantie: 1%, 2%,5%.
• papier condensatoren (P) worden nog steeds gebruikt in nettoepassingen. Papiercondensatoren komen heel dikwijls voor onder de vorm van rechthoekige of cilindrische metalen- of kunststofdozen waarbij dat de aansluitingen via keramische of glazen dragers naar buiten gebracht
zijn. De voornaamste toepassingen zijn: arbeidsfactorverbetering, faseverschuivingscondensator, afvlak- condensator, filter- en commutatiecircuits. Capaciteitsrange : 10nF-1µF, E6, tolerantie: 10%, 20%.
Verklaring van de benaming van filmcondensatoren
- M staat voor ‘metallised’ : opgedampte condensator.
- K wijst er op dat het diëlektricum een kunststof is.
- het soort diëlektricum :
vb:
KT : polyester
KP : polypropyleen
KC : polycarbonaat
KPS : polyfenyleen sulfide
KS : polystyreen
P : papier
MKT : gemetalliseerde polyester filmcondensator
MKPS : gemetalliseerde polyfenyleen sulfide filmcondensator
MKP : gemetalliseerde polypropyleen filmcondensator
KS : polystyreen film folie condensator
Condensatoren
41
________________________________________________________________________________
Figuur 2.2.5
Diverse uitvoeringen van filmcondensatoren (Through Hole)
Figuur 2.2.5
Filmcondensatoren in SMD-vorm.
Condensatoren
42
________________________________________________________________________________
2.3. Keramische condensatoren.
Keramische condensatoren zijn de vertegenwoordigers der lage capaciteitsrange (1µF - 1pF). Voor
SMD-condensatoren met lage werkspanning strekt de range zich tegenwoordig uit tot 47 uF (bij
6.3V, style 1210)
Het basismateriaal waaruit ze zijn opgebouwd is van keramische aard. Dit basismateriaal, samen
met de nodige additieven, wordt geperst onder de vorm van plaatjes die op bepaalde plaatsen
voorzien zijn van een (zilverhoudende) pasta. Het geheel wordt dan onderworpen aan een sinterproces. De metaalpasta die hierbij overgaat in een metaallaagje dat als soldeereiland dienst doet.
Voor keramische condensatoren hanteert de constructeur in veel gevallen een klasse-indeling :
klasse I - klasse II.
Klasse I - condensatoren worden vervaardigd uit keramische materialen (bv. titanium dioxide TiO2)
met lage diëlektrische constante (εr ≈ 100). Zij worden o.a. gekenmerkt door goed gedefinieerde
(lineaire) temperatuurscoëfficiënt (bv. +30 ppm/°C, ook temperatuurs-coëfficiënten "op maat" zijn
mogelijk), lage verliezen over een breed frequentiegebied (bv. tgδ ≈ 3.10-4), hoge werkspanning
(verschillende kV zijn mogelijk), hoge capaciteitsrange (tot enkele tientallen nF)...
Hun gebruik behelst temperatuursgecompenseerde schakelingen, resonantiecircuits met lage verliezen en hoge frequentiestabiliteit in functie van de temperatuur.
Klasse II - condensatoren worden vervaardigd uit keramische materialen op basis van bariumtitanaat (BaTiO3) met grote diëlektrische constante (1000-4000). De capaciteitswaarde kan sterk afhankelijk zijn van temperatuur, frequentie, werkspanning. Deze condensatoren worden o.a. gekenmerkt door een slecht gedefinieerde temperatuurscoëfficiënt, vrij hoge verliezen, hoge capaciteitsrange (tot in de µF range wegens de hoge εr). Zij worden gebruikt als koppeling in elke toepassing waar de niet-lineaire temperatuursafhankelijkheid van de capaciteit, de hogere verliezen ...
geen bezwaar zijn.
Keramische condensatoren komen tegenwoordig vooral voor in SMD-vorm. Voor de hogere capaciteitswaarden gebruikt men een meerlagenstructuur (multilayer chip capacitors) : hun constructie bestaat uit een "multilayered sandwich" van gemetalliseerde keramische plaatjes.
Condensatoren
43
________________________________________________________________________________
Figuur 2.3.1c Multilayer keramische condensatoren
De meest voorkomende keramische diëlektrica zijn: COG/NP0, X7R, X5R en Y5R.
COG/NP0 behoort tot klasse I, X7R, X5r en Y5R zijn klasse II .
Figuur 2.3.2 Temperatuurscoëfficiënt en dissipatiefactor (tgd) voor COG/NP0, X7R, X5r en Y5R.
Condensatoren
44
________________________________________________________________________________
Figuur 2.3.3 Impedantie Z
i.f.v. de frequentie voor klasse I multilayer keramische condensator.
c
Figuur 2.3.4
Figuur 2.3.5
Diverse uitvoeringen van keramische condensatoren
ondensatoren SMD
Diverse uitvoeringen van keramische condensatoren Through Hole
Condensatoren
45
________________________________________________________________________________
2.4. Regelbare condensatoren
2.4.1 Trimcondensatoren
Regelbare condensatoren zijn condensatoren waarvan de capaciteit op continue wijze binnen bepaalde grenzen kan ingesteld worden.
Het meest gebruikte type is de zgn. draaicondensator waarbij twee stellen parallel geschakelde
(om capaciteit te verhogen) aluminiumplaten in elkaar draaien : het vaste stel is de stator, het beweegbare stel wordt rotor genoemd. De vorm der platen bepaalt de wet volgens dewelke de capaciteit verandert met de rotatiehoek. Het diëlektricum kan zowel lucht, kunststof of keramisch
materiaal zijn.
Naast de gewone gegevens die van dezelfde aard zijn als bij vaste condensatoren verschaft de
constructeur eventueel extra informatie i.v.m. de verandering van capaciteit met de rotatiehoek,
nulcapaciteit (minimale capaciteit wanneer de platen volledig uitgedraaid zijn), de mogelijke rotatiehoek, contactweerstand (van de orde mΩ).
De capaciteitsrange van trimcondensatoren kan typisch variëren van 0.25pF-0.7pF tot 12pF-100pF
(minimum - maximum capaciteit).
Figuur 2.4.1.1
Diverse uitvoeringen van keramische condensatoren
Condensatoren
46
________________________________________________________________________________
2.4.2 Varicaps.
De varicap (capaciteitsdiode, varactor) is in wezen een invers gepolariseerde p-n junctie waarvan
het uitputtingsgebied als een diëlektricum (bevat geen vrije ladingen) en de aangrenzende p- en ngebieden als "condensatorplaten" kunnen beschouwd worden. De aldus gevormde spanningsafhankelijke capaciteit wordt benut in tunerschakelingen, spanningsgestuurde oscillatoren (VCO´s),
frequentie-modulatoren, frequentie-multipliers.
Varicaps worden vervaardigd uit Si of GaAs-halfgeleider materiaal. De spanningsafhankelijkheid
van de capaciteit is niet lineair en daalt met toenemende inverse spanning aangezien de uitputtingslagen breder worden.
Significante parameters van varicaps zijn o.a. :
• de maximale continue inverse spanning ( is voor diverse types 28 V).
• verhouding van de maximale tot de minimale capaciteit ( capacitance ratio): typisch waarden
zijn gelegen tussen 1,3 en 10.
• serieweerstand (RS): deze weerstand is spanningsafhankelijk en daalt met toenemende inverse
spanning ( 0.6 à 2 Ω).
• de kwaliteitsfactor: Q =
1
2π. f . RS . CT
• afsnijfrequentie: frequentie waarbij Q = 1 (in GHz gebied)
Figuur 2.4.2.1
Diverse uitvoeringen van keramische condensatoren
Condensatoren
47
________________________________________________________________________________
Figuur 4.2.2.1 geeft de 3 basisschakelingen weer voor de afstemming een parallel-resonantiekring. Om een varicap als regelbare condensator te gebruiken moet er via een DC-bron een inverse
spanning over aangebracht worden. Dit gebeurt in elk van de 3 gevallen in figuur 4.2.2.1 via de
weerstand RV. Dit is een weerstand van de grootteorde 10 à 100kΩ en zorgt voor scheiding tussen
de DC-bron en de resonantiekring. De weerstand RV mag groot zijn omdat hierdoor toch slechts
de kleine inverse lekstroom van de varicap vloeit. Ga na dat in elk van de drie gevallen op DCgebied de DC-bronspanning een inverse polarisatie van de varicap-diode realiseert.
a
b
c
Figuur 4.2.2.1 3 basisschakelingen voor de afstemming van parallel-resonantiekringen.
Condensatoren
48
________________________________________________________________________________
2.5 Supercaps.
Supercaps zijn volgens speciale procédés geconstrueerde natte elektrolytische condensatoren
voor lage spanningen (tot 5.5V) met een uitzonderlijk hoge capaciteitswaarde (tot verschillende
Farad) binnen een zeer beperkt volume. Ze zijn vooral geschikt als kortstondige energiehulpbron.
Enkele eigenschappen:
• capaciteitswaarden gaande van bv. 0,1 tot 3,3F waarbij stromen van µA tot enkele A kunnen
geleverd worden gedurende tijden gaande van weken tot seconden
• beschikbaar in rechthoekige, cilindrische en SMD vorm
• minimale zelfontlading
• ten opzichte van batterijen vertonen supercaps voordelen zoals afwezigheid van ingewikkelde
oplaadcircuits, korte oplaadtijd waaraan geen speciale eisen gesteld worden, geen noodzaak
tot vervanging, uitgebreider operating temperature range, zeer goede laad/ontlaad karakteristieken en long term stability. De energiecapaciteit van een gold capacitor is echter veel kleiner
dan deze van een batterij.
Het gebruik situeert zich voornamelijk als memory back-up element (CMOS en NMOS geheugens
met backup tijden gaande van seconden tot enkele weken), power failure backup element in allerlei consumenten-, meet-, communicatie-, informatica -apparatuur.
Figuur 2.5.1
Diverse uitvoeringen van supercaps condensatoren
Condensatoren
49
________________________________________________________________________________
2.6 Micacondensatoren.
Micacondensatoren staan bekend als zeer stabiele en betrouwbare condenstoren maar ook als
dure condensatoren; deze kenmerken zijn te danken aan het gebruik van hoge kwaliteitsmica als
diëlektricum. Hun opbouw is min of meer vergelijkbaar met deze van de vlakke kunststofcondensator en bestaat uit een sandwich-structuur van micablaadjes (enkele tientallen µm dik) afgewisseld met metaalfolies (lood-tin,koper) die als elektrode dienen. De beste versies maken gebruik
van verzilverde micablaadjes. Het geheel wordt zorgvuldig in een kunststofomhulling ondergebracht.
Typische kenmerken voor micacondensatoren zijn :
• range : 10µF - 100 nF
• sommige types hebben zeer kleine toleranties (0,1%)
• zeer kleine temperatuurscoëfficiënt (bv. 25ppm/°C)
• lage verliezen, ook bij hoge frequenties (tg δ ≈ 5 à 10.10-4)
• hoge diëlektrische sterkte : er bestaan micacondensatoren met werkspanningen van verschillende 10.000V.
• temperatuursbereik : afhankelijk van het type : 85°C, 125°C, 200°C
• uitstekende stabiliteit in functie van de tijd.
Omwille van de gunstige eigenschappen situeert het gebruik van micacondensatoren zich in toepassingen zoals :
filters, oscillatoren (dus schakelingen van frequentie bepalende aard), delay lijnen, hoogfrequentie
schakelingen, transmissieketens, meetreferentiecondesatoren.
Mica condensatoren komen ook voor als trimmers; deze hebben een vrij grote capaciteitsrange:
420pF/1400pF. (Figuur 2.6.2 )
Condensatoren
50
________________________________________________________________________________
Figuur 2.6.1 Enkele uitvoeringen van micacondensatoren.
Figuur 2.6.2 Enkele uitvoeringen van mica trimcondensatoren.
Condensatoren
51
________________________________________________________________________________
2.7 Doorvoercondensatoren
Doorvoercondensatoren worden gebruikt in de HF-techniek waar verschillende afgeschermde
compartimenten met elkaar moeten verbonden worden. De te ontstoren geleider wordt axiaal
doorheen de condensator gevoerd en maakt rechtstreeks deel uit van één der condensatorplaten.
De andere condensatorplaat wordt gevormd door een concentrische plaat omheen de condensatorhuls en is in contact met de compartimentwand. Door de lage impedantie tussen de draad en
de behuizing worden de hoogfrequent componenten van het signaal naar de behuizing afgeleid.
Het gebruik van doorvoercondensatoren bij HF-schakelingen is nodig, zowel om te voorkomen dat
HF componenten naar buiten toe uitgestraald worden, als om te voorkomen dat HF stoorcomponenten van buiten af de HF-schakelingen verstoren.
Typische kenmerkende waarden : range : enkele pF tot enkele nF, werkspanning 400V, tgδ <
10.10-4 op 1MHz....
Figuur 2.71 Enkele uitvoeringen van doorvoercondensatoren.