Teknik Meslekler - Kondansatörler

- Geçici Elektrik Depolayan Devre Elemanlarıdır.

- AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılırlar ve tüm entegre elektronik devrelerin vazgeçilmez elemanıdırlar.

Kapasite değerinin okunması

Kondansatörlerde temel olarak iki değişken, tüketici için seçme olanağı sunar ve kondansatörler arasındaki farkları oluşturur. Bunlar, kondansatörün çalışma - dayanma gerilim değeri ve depolayabileceği yük miktarıdır ve bunlar her kondansatörün üzerinde belirtilmiş olmak zorundadır. Kimi kondansatörlerin üzerinde çalışma değerleri doğrudan yazılı iken kiminde rakamlar ve renkler kullanılır. Direk değerleri yazılı olanlar kolay okunmasına karşın, rakam ve renk kodlu olanların okunması belli standartlara bağlıdır.

Rakam Kodları

Kapasite, kondansatör üzerindeki rakam kodlarından hesaplanabilir.

Üstteki iki kondansatörün çalışma değerleri
→ Mavi: 400 Volt - 2.2 mikroFarad = 2.2 µF
→ Sarı: 222J = 2200 pikoFarad ± % 5 = 2.09 nF < C < 2.31 nF

Rakam kodlarının standartları bir liste şeklinde verilebilir.

Kondansatörün üzerinde kapasite değeri 3 rakam ve toleransı ise bir harf ile belirtilir.

Rakam kodlu kondansatörlerde son rakam kadar sıfır, ondan önce gelen rakamların yanına eklenir ve değer pikoFarad (pF) olarak bulunur. Yandaki resimde 103 yazan kondansatörün kapasitesi hesaplanırken, son rakam 3 kadar sıfır, kalan diğer sayı olan 10'un yanına eklenir ve kapasite
10000 pF = 10 nF olarak bulunur.

Eğer rakam kodları arasında nokta (.) kullanılıyorsa, yazılan sayı kapasiteyi doğrudan
mikroFarad (µF) olarak verir. Resimde ortadaki kondansatörde görülen 0.1 yazısı kapasitenin 0.1 µFolduğunu gösterir.

Rakam kodlarının arasında p, n, µ, m harflerinden biri kullanılıyorsa, harfin olduğu yerde ondalık kısım devreye girer ve değer de harfin cinsinden okunur. Örneğin resimde alttaki kondansatörde yazan 5n6ifadesi, kapasitenin 5.6 nF olduğunu belirtir.

Üçüncü rakam bazı istisnai durumlarda farklı anlamlar taşır. Üçüncü rakam, 1 - 5 arasında koyulması gereken sıfır sayısını belirtirken, hiçbir zaman 6 & 7 değerlerini alamaz. 8 & 9 sayıları ise sırayla
0.01 & 0.1 çarpanlarını belirtir.

Kapasite, bazı durumlarda tam yazılan değerde olmaz, bu sebeple belli oranlarda oynamalar olacağı göz önünde bulundurulur ve rakam kodlarının sonuna büyük harfler koyulur. Bu harfler de bize toleransın oranını belirtir. Aşağıdaki tabloda bu harflerin hangi tolerans değerini belirttiği sıralanmıştır.

Simetrik tolerans ifade eden kodlar

B = ± % 0.10	C = ± % 0.25	D = ± % 0.5
F = ± % 1	G = ± % 2	J = ± % 5
K = ± % 10	L = ± % 0.01	M = ± % 20
N = ± % 30	P = ± % 0.02	W = ± % 0.05

Simetrik olmayan tolerans ifade eden kodlar

Q = - % 10 , + % 30	S = - % 20 , + % 50
T = - % 10 , + % 50	Z = - % 20 , + % 80

Renk Kodları

Rakam kodlarından başka, bazı kondansatör çeşitlerinde de renk kodları kullanılır. Özellikle seramik, tantalum ve polyester kondansatörlerde renk kodları yaygındır. Aşağıdaki liste renk kodlarının anlamlarını sıralarken, yandaki resimlerde de çeşitli örnekler görülebilir.

Seramik, tantalum ve polyester kondansatörlerde renklerle çalışma değerlerinin belirlenmesi...

Renk kodları standardı

			Seramik		Tantalum		Polyester
Renk	Değer	Çarpan	T	V	T	V	T	V
Siyah	0	10⁰	2 pF	-	% 10	10 V	% 20	-
Kahve	1	10¹	% 1	-	% 1	-	-	100 V
Kırmızı	2	10²	% 2	-	% 2	-	-	250 V
Turuncu	3	10³	-	-	-	-	-	-
Sarı	4	10⁴	-	-	-	6.3 V	-	400 V
Yeşil	5	10⁵	% 5	-	% 5	16 V	% 5	-
Mavi	6	10⁶	-	-	-	20 V	-	-
Mor	7	10⁷	-	-	-	-	-	-
Gri	8	0.01	-	-	-	25 V	-	-
Beyaz	9	0.1	% 10	-	% 10	3 V	% 10	-

Seramik kondansatörlerde kodlar, renk çubuklarından hangisi kenara en yakında ondan başlanarak okunur. Tantalum ve polyester kondansatörlerde mevcut renk sırası ise resimde görülüyor.

1 ve 2 numaralı renkler anlamlı sayı dizisidir ve aynen yazılır. Ç (çarpan) harfinin belirttiği renkler anlamlı rakamların yanına eklenecek sıfır sayısını belirtir. T (tolerans) kapasite değerindeki oynamayı, V (gerilim) ise kondansatörün çalışma gerilimini gösterir.

Harf kodları

Harf kodları kondansatörler üzerinde toleransı veya sıcaklık katsayısını belirtmek için kullanılırlar. Tolerans değeri için rakam kodunun yanına bir büyük harf yerleştirilir. Bu harflerin anlamı rakam kodları bölümünde yazmaktadır. Sıcaklık katsayısını belirtmek için ise harflerden oluşan bir dizi kullanılır.

Yalıtkan malzemelerin çoğunda sıcaklıkla kapasite değişmemesine rağmen bazı malzemelerde değişim olur. Sıcaklık katsayısı, bir malzemenin sıcaklıkla kapasite değişimini belirten katsayıdır. İngilizcesi temperature coefficient (tempco) olan bu katsayının birimi $1/ ^circ C$ 'dir. Uygulamada ise $ppm 1/ ^circ C$ ifadesiyle karşılaşılır. ppm sözcüğü milyonda bir katsayısının ingilizce baş harflerinden oluşturulmuştur.

Çoğu yalıtkan malzemenin sıcaklıkla kapasite değişimi eğrisi düz kabul edilebilecek şekildedir. Ancak seramik yalıtkanının kapasitesi sıcaklık değişimine çok duyarlıdır ve büyük değişimler gösterir, öyle ki seramik kondansatörlerin üstünde belirtilen değerler sadece oda sıcaklığında (25 °C ~ 77 °F) geçerlidir. Sıcaklık katsayısı kondansatörlerin üzerinde bir harf dizisi kodla belirtilir ve aşağıdaki liste bu harflerin anlamını belirtir. Yandaki resimde ise bazı sıcaklık katsayısı kodlarının anlamları ve okunuş şekilleri verilmiştir.

Seramik kondansatörlerde sıcaklık katsayısının harflerle yazılması ve okunması.

P (positive change - pozitif değişim): Kapasite değerindeki değişimin sıcaklıkla arttığını anlatan harftir. Örneğin P100 ifadesi, sıcaklıkta milyonda bir derecelik bir artışın, kapasiteyi 100 parça artırdığını belirtir.

N (negative change - negatif değişim): Kapasite değerinin sıcaklık arttıkça azaldığını yani sıcaklıkla kapasitenin ters orantılı olarak değiştiğini belirtir. Örneğin üzerinde N1500 yazan bir seramik kondansatörün milyonda bir derecelik sıcaklık artışında, kapasitesi 1500 parça azalır.

NP0 (neg/pos/zero) - C0G (change zero): Sıcaklık nasıl değişirse değişsin kapasite değerinin hemen hemen sabit kaldığını belirtir.

GMV (guaranteed minimum value): Seramik kondansatörün üzerinde belirtilen kapasite değerinin, oda sıcaklığında garantilenmiş en küçük kapasite değeri olduğunu belirtir. Yani, kondansatörün kapasitesi çok daha büyük olabilir. Kapasite değerinin öneminin olmadığı uygulamalarda bu kondansatörler kullanılabilir.

Çeşitleri

Yalıtkan cinsine göre

Vakumlu kondansatör: İki metal plakanın arasında havasız ortam bırakılır ve genelde cam veya seramik kaplanarak oluşturulur. Özellikleri olarak düşükyük kapasitesi ( 10 ~ 1000 pikoFarad ) ve yüksek gerilime ( 10000 V'a kadar ) dayanması gösterilebilir. Genelde radyo vericilerinde ve yüksek gerilim gerektiren uygulamalarda kullanılırlar.

Havalı kondansatör: Metal plakaları arasında hava boşluğu bırakılmasıyla oluşturulan bu kondansatörlerde, plakalar genelde alüminyum ve gümüşkaplamalı olarak tasarlanır. Hava yalıtkanının dielektrik kaybı düşüktür. Hemen hemen tüm hava aralıklı kondansatörler ayarlanabilir olarak imal edilirler ve radyo frekansı ayarlamada kullanılırlar. Ayrıca yüksek kapasite değerleri sunarlar.

Plastik Film Kondansatör: Yüksek kaliteli polimer (polikarbonat, polyester, polipropilin ve yüksek kalite için polisülfon) tabakalarından üretilen plastik film kondansatörler sinyal ve filtre devrelerinde kullanım alanı bulurlar.Genelde kutupsuz olurlar.

Mikalı Kondansatör: Tasarım olarak metal filmli kondansatöre benzeyen mikalı kondansatör, çoğunlukla yüksek gerilim için kullanılır. Kapasite değerleri 50 pF ile 20 nF arasındadır. tolerans değerleri yüksektir ve yüksek frekansta çalışabilme özelliği vardır.

Kağıtlı Kondansatör: İki uzun metal tabakanın arasına yağ emdirilmiş kâğıtların yerleştirilmesiyle elde edilir. 300 pF ile 4 µFarasında kapasite değerleri alırlar ve delinme gerilimleri, çalışma gerilimlerinin 100 - 600 katı arasındadır. Eskiden radyo aksamlarında kullanılan bu kondansatör çeşidi görece yüksek gerilimlerde de kullanılır ancak kullanımı nerdeyse tamamen terk edilmiştir.

Camlı Kondansatör: Yüksek gerilimde kullanılır ve pahalıdır. Pahalı olmasının sebebi yüksek kararlılıkta çalışması ve kapasite değerinin yüksek güvenilirliğe sahip olmasıdır. Geniş bir sıcaklık aralığında kararlı bir sıcaklık katsayısı vardır.

Seramikli Kondansatör: Sırayla dizilmiş metal ve seramik tabakalarından oluşur. yüksek hassasiyet gerektirmeyen kuplaj ve filtreleme işlemlerinde geniş bi kullanım alanı bulurlar. Yüksek frekans için uygundurlar.

Alüminyum Elektrolitik Kondansatör: Kutuplu olarak imal edilirler. Yapısı metal filmli kondansatöre benzemekle birlikte, daha fazla alan kaplaması açısından alüminyum plakalar asitle yakılır. Yalıtkan malzeme ise elektrolitle ıslatılır. Düşük sıcaklıklarda kapasite kaybına eğilim gösterir. Frekans karakterinin kötü olması yüksek frekanslarda kullanımını kısıtlamaktadır.

Tantalum Elektrolitik Kondansatör: Alüminyum elektrolitik kondansatörle benzer özellikleri gösterir ancak daha düzgün frekans ve sıcaklık karakteristiklerine sahiptir. Kaçak akımı büyüktür ve düşük sıcaklıklarda performansı daha yüksektir.

OSCON (OS-CON) Kondansatör: Yalıtkan olarak polimerleştirilmiş organik yarıiletken katı elektrolitik bulundururlar. Yüksek fiyatını uzun ömürleriyle telafi ederler.

Süper Kondansatör: Karbon Aerojelinden imal edilir. Gayet fazla kapasite değerleri sunarlar. Bazı uygulamalarda şarj edilebilir pilleryerine kullanılırlar.

Gimmick Kondansatör: Yalıtılmış iki telin birbirine dolanmasıyla oluşturulur. Her bir tel bir plakayı temsil eder. Gimmick kondansatörü ayarlanabilir bir kondansatör şeklidir. Tellerin birbirine dolanması veya dolanmaması durumunda %20 kadar bir kapasite değişimi oluşur.

Yalıtkanları farklı olan kondansatörlerin karşılaştırılması

	Tantalum	Alüminyum	Seramik	Film
Yalıtkan	Tantalum pentaoksit (Ta₂O₃)	Alüminyum oksit (Al₂O₃)	Baryum titanat türevleri	Polyester, polipropilin vb.
Dielektrik katsayısı	27	8 ~ 10	1500 ~ 15000 (Baryum titanat)	2.1 ~ 3.1
Şekil ve Tipi	Çip, batırma	Vida, soket, çip	Çip, batırma	Çip, batırma
Avantajları	Küçük boyutta görece yüksek kapasite, yarı kalıcı çalışma ömrü	Ucuz, küçük boyutta yüksek kapasite	Küçük boyut, kutupsuzluk	İyi karakteristik, yaygın çalışma gerilimi yelpazesi, yüksek güvenilirlik
Dezavantajları	Kısıtlı çalışma gerilimi yelpazesi, kutupluluk	Sıcak ortamda kısa çalışma ömrü, yüksek kapasite toleransı, kutupluluk	Kapasite değerinde sıcaklığa ve gerilime yüksek bağımlılık	Boyutta büyüklük

Kapasite değerine göre

Kimi kondansatörlerin kapasiteleri değiştirilemez ve sabit kapasiteli olarak üretilirken, kimi kondansatörlerin kapasite değerleri üzerinde oynama, değişikliğe gitme imkânı vardır.

Sabit kondansatörler

Sabit kondansatörlerin devre şemasında aldığı simgeler.

Sabit kondansatörlerin üretim aşamasında belli olan kapasiteleri sonradan kullanıcı eliyle değiştirilemediğinden devreye ince ayar yapma imkânı yoktur. Kullanıcı önceden ihtiyacı olan çalışma değerlerini belirler, ardından ona göre uygun bir kondansatör temin eder. Sabit kondansatör olarak üstteki beş örnek sayılabilir. Bu kondansatör çeşitlerinin daha ayrıntılı anlatımları yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde bulunabilir. Devrede gösteriliş şekilleri ise yandadır.

Ayarlanabilir kondansatörler

Ayarlanabilir kondansatör simgeleri...

Ayarlanabilir kondansatör çeşitleri... Üstteki üç tanesi varyabl, alttaki dört tanesi trimer kondansatör çeşitleridir.

Kapasiteleri çeşitli yöntemlerle değiştirilebilen kondansatörlere ayarlanabilir kondansatör adı verilir. Bu halleriyle ince ayar yapmaya imkân tanırlar. Yandaki resim, devre üzerinde ayarlanabilir kondansatörlerin alabileceği simgelerdir. Üç çeşit ayarlanabilir kondansatörden bahsedilebilir.

Varyabl kondansatör

Birçok plakanın birbiri içine geçecek şekilde bağlanmasıyla elde edilen varyabl kondansatörler, iki parçadan oluşurlar (sabit parça stator, hareketli parça rotor). Rotora bağlı olan mil sayesinde plakalar birbiri içine doğru hareket eder veya uzaklaşır. Bu şekilde plakalar arası yüzey alanı kontrol edilir ve kapasite değerinde değişim olur. Varyabl kondansatörler, çok büyük kapasite değerlerine ulaşamasalar da yüksek gerilim ve yüksek frekans değerlerinde çalışabilme olanağı sunarlar.

Trimer kondansatör

Trimerler, varyabl kondansatörlerden farklı olarak plakaların birbirine yaklaştırılması yöntemiyle kapasite değişimi sağlarlar. Küçük güç ve küçük boyutlu olup tornavida ile kontrol edilen trimerlerin kullanım alanı genel olarak telekomünikasyon devreleridir.

Varaktör

Diyot kullanılarak oluşturulmuş bir kondansatör çeşididir. Gerilim kontrollüdürler, uygulanan gerilim değeri büyüdükçe kapasite değerleri düşer. Yüksek frekansta çalışabiliptelekomünikasyon alanında frekans kontrolünde kullanılırlar.

Kutup durumuna göre

Kondansatörler üretim aşamasında kutupları belirlenmiş olarak da tasarlanabilirler. Bu duruma göre kondansatörler iki gruba ayrılır.

Kutupsuz Kondansatör Devre Simgeleri

Kutupsuz kondansatör

Üretim aşamasında kutuplanmamış ve devreye bağlanma yönü önem taşımayan kondansatörlerdir.Seramik ve mika yalıtkanlı kondansatörlerlerin dahil olduğu bu grup, birkaç pikoFarad'danmikroFarad değerlerine kadar bir yelpazede değer alır. Devre şemalarında aldığı semboller yandadır.

Kutuplu Kondansatör Devre Simgeleri

Kutuplu kondansatör

Bu kondansatörler üretilirken kutuplu olarak tasarlanır. Kondansatörün bir $+$ ve bir $-$ ucu vardır. Bu uçların devreye düzgün şekilde bağlanması gerekir. Aksi halde ciddi hasarlar oluşur çünkü ters bağlama halinde bu kondansatörler patlarlar. Kutuplu kondansatörler grubuna yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde de anlatılan alüminyum elektrolitik ve tantalum kondansatörler girerler. Bu kondansatörlerin kapasiteleri birkaç pikoFarad'dan başlar Farad ve üzerine kadar uzanan geniş bir yelpazede değer alır. Devre şemalarında aldıkları semboller yanda gösterilmiştir.

Tek yönlü sıvı akışı uygulanan bir sıvı tankında basınç ve hız değişimi...

Kondansatör, elektrik yükünü depolayan bir elemandır.

Kaydedilen elektriksel yükün bosalmasi

Kondansatörler akkü olarak da kullanılmaktadırlar, çünkü gerilimi

U

yavaş şekilde azalabilecek şekilde devrelere takılabilirler.

Kaydedilen elektriksel yük elektrik akımı olarak boşalır. Dolayısıyla:

$I = - frac {dQ}{dt}$

$R= frac U I$

ve de

$C= frac Q U$

ile $I= frac U R = frac {dU} {dt cdot C}$

Yani: $dot U(t)= frac {U(t)}{R cdot C}$

Bu diferansiyel denklemin çözümü $U(t) = U_0 cdot e^{- frac t {R cdot C}}$ dir.

Böylece gerilim dirençle oynanarak yavaş veya hızlı şekilde boşaltılabilir.

DC bir kaynağa bağlı kondansatör devresinde elektronların hareketleri...
Son durumda kondansatör üzerinde oluşan gerilim farkı kaynağa eşit hale gelir ve elektron akışı durur.

Anahtar yardımıyla, kondansatör bir DCkaynakla bir lamba arasında periyodik olarak bağlanırsa, kondansatör dolup boşalma hareketi yapar.

DC kaynak, bir adet lamba ve kondansatör devresinin pratik hayattaki incelemesi yandaki animasyonda görülür. Kondansatör ilk anda yüksüzdür, bir DC kaynağı olan pile bağlanırsa yük depolar, bu arada üzerinden zamanla doğal logaritmik azalan bir akım geçer. Tam dolu haldeki kondansatör bir anahtar yardımıyla pilden ayrılır ve lambaya bağlanır. Kondansatör bu haliyle bir DC kaynak gibi davranır ve lambaya bağlandığının ilk anında akım en yüksek değerinden akmaya başlar. Yani lamba en parlak halindedir. Lamba yanmaya devam ettikçe kondansatörün depoladığı yük düşer ve lamba parlaklığı azalır. Depolanan yük tükendiğinde ise lamba tamamen söner. Lambanın yanma süresinin artırılması için, daha yüksek kapasiteli bir kondansatöre ihtiyaç olur.

Örneğin 5 V ile çalışan bir lambanın saniyede kullanacağı elektrik yükünün değeri 1 nanoFaradkabul edilirse, bu lambanın ucuna 5 V çalışma gerilimine sahip 10 nanoFarad 'lık yükü depolamış bir kondansatör bağlandığında, lambamız 10 saniye boyunca yanar. Bu süreyi artırmak için kondansatörün kapasitesi artırılır, ancak kondansatörün boyutları ve maliyeti de a

Fotoğraf makinesi flaşının ani patlaması kondansatör sayesindedir.

Hoparlörlerin kapandıktan sonra bir süre daha ses vermelerinin sebebi kondansatörlerdir.

Nokia 3510 daha büyük kapasiteli bir kondansatöre sahip olsa 5 saniyeden daha uzun süre saat hafızasını koruyabilir.

Enerji depolama

Kondansatöre bir DC kaynak bağlandığı zaman, kısa sürede yükü depolar ve dolar. Bu şekilde devreden ayrılan bir kondansatör yüklüdür ve plakaları arasında bir gerilim değeri okunur. Bu şekliyle kondansatörler bir pile benzetilebilir. İçindeki yükü ise kendisine bağlanan direnç değerine göre belli bir sürede boşaltan kondansatörler, devreye bağlandığı zaman kısa süre içinde yüklerini tüketirler, çünkü içlerindeki yük pile göre hem azdır hem de yeni yük üretimi yapamaz. Kondansatöre kısa devre yapıldığında bu yükün kıvılcım çıkartacak derecede hızlı aktığı görülür. Hem enerjiyi depolama hem de yükü aniden devreye sokma özelliklerinden dolayı, kaynağın devre dışı kalacağı durumlarda ve ani yük akışına ihtiyaç olan alanlarda kondansatörler kullanılabilir.

Fotoğraf makinesi flaşlarının çalışması için enerji depolayan araçlar kondansatörlerdir. Flaşa bağlanmış olan kondansatör önce pil tarafından doldurulur ardından çekim anında devreye sokulur ve depolanmış yüksek enerji bir anda boşaltılır, böylece anlık olarak yüksek aydınlık elde edilmiş olur. Flaşın biriktirdiği yüksek enerjiyi bir anda harcaması kondansatör sayesinde olmaktadır. Kondansatörün aniden boşalması flaş ışığının parlak olmasını sağlar.^[9]

Kondansatörler, elektronik alet herhangi bir sebeple kaynaktan ayrılırsa aletin bir süre daha işlev görmesini de sağlar. Buna örnek olarak hoparlörler verilebilir. Hoparlörlerin besleme devresinde bulunan kondansatörler kaynak gerilimi kesildiği zaman birkaç saniyeliğine de olsa höparlörün çalışmasını ve ses kaybı olmamasını sağlarlar. Hoparlörün çalıştığı süre boyunca depolanan kondansatör, kaynağın kesintiye uğramasının ardından depoladığı yükü hoparlöre verir ve böylece ses bir süreliğine kesilmez. Fişten çekilen hoparlörden hala ses gelmesinin nedeni budur. Bu kullanım şekli daha da genişletilebilir, farklı farklı kullanım alanları bulunabilir.

Kondansatör, kendisini besleyen kaynak tükendiği zaman hafızasındaki bilgiyi kaybeden elektronik aletler için geçici de olsa çözüm oluşturur. Dijital kol saatleri, bazı bilgisayar parçaları,cep telefonları bu tür aletlere örnek olarak verilebilir. Dijital saatler ve cep telefonlarında bulunan kondansatör, pil tükendiği zaman devreye girer ve özellikle saat ve bazı önemli bilgilerin kaybolmaması için yüklerini harcarlar. Kondansatör belli bir süre sonra yeniden depolanmadığından boşalacaktır ve bulunan çözüm geçici olacaktır. Bazı cep telefonlarının pillerinin birkaç saniyeliğine çıkarılıp geri takıldığında açılışta saati hatırlaması, daha uzun süreli pilsiz bırakmada ise açılışta saati yeniden sormasının sebebi de budur. Çünkü kondansatör o hafızayı sadece birkaç saniyeliğine tutacak şekilde tasarlanmıştır.

Kondansatör ani yük boşalmaları yapabildiğinden laboratuvar ortamında deney ve yapay yıldırımoluşturma amacıyla da kullanılır. Bir yapay yıldırımda aktarılan yük miktarı ve oluşan gerilim o kadar büyüktür ki, bu yükü depolamak için metrelerce uzunlukta büyük kondansatör blokları ve bu kondansatörleri doldurmak için dakikalar gerekmektedir. Depolanan enerji bir anda kısa devre edilir ve bir noktaya hedeflendirilir, böylece yapay bir yıldırım oluşturulabilir.

(Özetlenmiştir)

REKLAM ALANI

®Semih Çimen™

KONDANSATÖRLER