Kondensatoren

Dr.-Ing. Peter Strassacker
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Kondensatoren sind, ebenso wie Spulen, Energiespeicher.

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Der Kondensator besteht aus zwei leitfähigen Schichten (Platten, o.ä.), die durch einen Isolator getrennt werden. Legt man an den Kondensator eine Spannung an, so ist am Isolator eine elektrisches Feld. Dieses Feld hat eine Energie. Je größer die Platten des Kondensators oder je dünner der Isolator, desto größer ist die im Kondensator gespeicherte Energie - bei Anliegen einer vorgegebenen Spannung.

Wie wird die speicherbare Energie angegeben?

Die gespeicherte Energie E im Kondensator ist abhängig von der Kapazität C des Kondensators und der anliegenden Spannung U im Quadrat: E = 0,5*C*U2. Je höher die Kapazität C ist, desto mehr Energie speichert der Kondensator bei vorgegebener Spannung. Die Maßeinheit ist Farad F, wobei meist nur Millionstel benötigt werden: Mikrofarad oder uF.

Was hat das alles mit meinem Lautsprecher zu tun?

Legt man an einen Kondensator eine Spannung, so fließt anfangs Strom bis er sich aufgeladen hat; dann nicht mehr. Ändert man die Spannung, so fließt wieder Strom bis der Kondensator umgeladen ist. Je öfter und schneller sich die Spannung ändert, desto mehr Strom fließt durch den Kondensator. Legen wir eine Wechselspannung mit hoher Frequenz an, so ändert sich andauernd die Spannung; es fließt andauernd Strom. Ein in Reihe (anderes Wort: Serie) geschalteter Lautsprecher bekommt somit Strom, falls sich die anliegende Spannung oft bzw. schnell ändert - also bei hohen Frequenzen. Der Kondensator wirkt als Filter, der an den in Serie geschalteten Lautsprecher hochfrequente Schwingungen durchlässt.

Wird er parallel zu einem Lautsprecher geschaltet, passiert etwas ganz anderes. Wenn sich die Spannung am Lautsprecher ändern soll, muss erst der Kondensator umgeladen werden. Der Kondensator verhindert schnelle Spannungsänderungen und lässt somit nur tiefe Frequenzen an den Lautsprecher durch.

Was ist ein idealer Kondensator?

Ein idealer Kondensator zeigt obige Eigenschaften. Er speichert Energie verbraucht selbst aber keine - er hat also keine Verluste und produziert auch im Betrieb keine Wärme. In Wirklichkeit ist aber kein elektrisches Bauelement ideal. Der Kondensator leitet auch Strom im isolierenden Bereich und er hat Anschlussdrähte zu den Platten, die nicht unendlich gut den Strom leiten.

Also: Verlustbehaftete Kondensatoren lassen bei hohen Frequenzen den Strom nicht völlig ungehindert durch, da die Anschlüsse einen ohmschen Widerstand haben. Außerdem sind sie für niedere Frequenzen nicht isolierend, da der Isolator auch eine messbare Leitfähigkeit hat.

Welche Kondensatortypen gibt es und welche Eigenschaften haben sie?

Es gibt Elektrolyt- und Folienkondensatoren. Nachfolgend werden sie in steigender Qualität aufgezählt:

Wann wird welcher Kondensator eingesetzt?


Nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die typischen Eigenschaften der Kondensatortypen:
 
Kondensatortyp 
(Bezeichnung bei I.T.)
typische Verluste
(f=1kHz und 20 C)
Größe Preis Anwendung
Standard
Anwendung
High-End
Dielektrikum
Elektrolytkondensator, rau 0,12 klein gering Impedanz-
korrektur
    - Oxidschicht
Elektrolytkondensator, glatt 0,03 mittel gering parallel zu 
Tieftöner
Impedanz-
korrektur
Oxidschicht
Folienkodensator MKT 0,005 mittel mittel seriell zu 
Hochtöner
parallel zu
Tieftöner
Polyesterfolie
Folienkondensator MKP
(Audyn Cap MKP QS)
0,0003 groß mittel     - seriell zu
Hochtöner
Polypropylen
Zinn-Folienkondensator
(Audyn Cap KP Sn)
0,0002 groß hoch     -    - Polypropylen

Es ist insbesondere anzumerken: Falls eine Frequenzweiche für einen niederwertigen Kondensator optimiert ist, so bringt die Benutzung eines hochwertigen Kondensators oft keine Vorteile, da die Frequenzweiche jetzt neu auf das hochwertige Bauteil abgestimmt werden müßte.

Welchen Widerstand hat ein idealer Kondensator?

Der Widerstand eines Kondensators ist frequenzabhängig. Er lässt sich nicht direkt mit dem normalen Widerstand vergleichen. Für Abschätzungen ist die Berechnung des sogenannten Blindwiderstand hilfreich:
Z = 1 / (2*π*f*C)
mit: C=Kapazität, f=Frequenz, Pi=3,141... (Kreiszahl)

Dieser Widerstand entspricht einem idealen Kondensator.

Beispiel:

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für f=100 Hz und C=1 uF (u - griech. Buchstabe steht für Millionstel):
Z = 1 / (6,28 * 100 Hz * 0,000001 F) = 1591 Ohm = 1,591 kOhm