Kondensatoren

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ELEKTRONIK FÜR EMBEDDED SYSTEMS TEIL 1, ABSCHNITT 3 EES01_03 SEITE 2 Ein Kondensator hat eine Kapazität von 1 F, wenn er bei 1 V Spannung eine Ladung von 1 As (1 C) aufnehmen kann. Übliche <strong>Kondensatoren</strong> haben viel geringere Kapazitäten, so daß man die Einheit meist mit "verkleinernden" Vorsätzen verwendet (AF, nF, pF, fF). Die Kapazität eines Plattenkondensators Abbildung 1.3.2 zeigt, wie man die Kapazität eines Plattenkondensators berechnet. Abbildung 1.3.2 Die Kapazität eines Plattenkondensators Die Dielektrizitätskonstante Die Dielektrizitätskonstante (DK) B kennzeichnet die "Güte" des Dielektrikums. Die DK wird üblicherweise dimensionslos (als bloßer Zahlenwert) angegeben (relative Dielektrizitätskonstante, auch mit B rel bezeichnet). Das Vakuum hat definitionsgemäß eine DK = 1. Die DK der Luft entspricht näherungsweise der des Vakuums. Die DK weiterer Stoffe ist aus Abbildung 1.3.2 ersichtlich. Die absolute Dielektrizitätskonstante (Influenzkonstante) Die absolute Dielektrizitätskonstante (Influenzkonstante) B0 (Epsilon-Null) ist eine Naturkonstante: B0 ' 8,8542 @ 10&12 As Vm ' 8,8542 @ 10&14 F cm Mit diesem Wert muß die relative Dielektrizitätskonstante multipliziert werden. Der Kondensator im Wechselstromkreis Wenn wir einem Kondensator Ladungsträger zuführen, kommt - infolge der Influenzwirkung - zunächst ein Stromfluß zustande. Erst der geladene Kondensator wirkt als Isolator, über dem man eine Spannung messen kann. Wir beobachten also die Reihenfolge: erst Stromfluß, dann Spannung. Man sagt, die Spannung eilt dem Strom nach (negative Phasenverschiebung). Beim idealen Kondensator beträgt die Phasenverschiebung - I/2 bzw. - 90E (Abbildung 1.3.3). Der Blindwiderstand X C eines (idealen) Kondensators ergibt sich zu: X C ' 1 M C ' 1 2 I fC
ELEKTRONIK FÜR EMBEDDED SYSTEMS TEIL 1, ABSCHNITT 3 EES01_03 SEITE 3 Wir merken uns: Der Blindwiderstand eines Kondensators sinkt mit steigender Frequenz. Mit anderen Worten: Der Kondensator sperrt Gleichstrom und läßt Wechselstrom passieren, und zwar um so bessser (= um so weniger abgeschwächt), je höher dessen Frequenz ist. Abbildung 1.3.3 Der Kondensator im Wechselstromkreis Der Kondensator als Energiespeicher Ein Kondensator der Kapazität C, an dem die Spannung U anliegt, hat folgenden Energiebetrag E gespeichert: Beispiel: 500 AF, 200 V. E ' 1 2 CU2 E = 0,5 @ 500 @ 10 -6 As/V @ (200 V) 2 = 250 @ 10 -6 @ 40 000 A @V@ s = 10 000 000 @ 10 -6 Ws = 10 Ws = 10 J Laden und Entladen eines Kondensators über einen Widerstand - die Zeitkonstante Wird ein Kondensator über einen Widerstand geladen oder entladen (Abbildung 1.3.4), so ergeben sich charakteristische Spannungs- und Stromverläufe (Abbildungen 1.3.5, 1.3.6). Abbildung 1.3.4 Laden und Entladen eines Kondensators (Prinzipschaltung)
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