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Aufbau des Kondensators

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Elektrolyt- und Folienkondensatoren mit verschiedenen C-Toleranzen. Bei dem bipolaren Aluminium-Elektolytkondensatoren (Abb.: 02) dient die Oxydschicht auf den Aluminiumanoden als Isolator und Dielektrikum, wobei eine Flüssigkeit als leitende Zwischenschicht dient. Die Folienkondensatoren (Abb. 03) besitzen als Isolator und Dielelektrikum üblicherweise metallische Kunststofffolie. Der MKP-Kondensator besteht aus einer Polyesterfolie und der MKP-Kondensator aus einer Polypropylenfolie. Die Metallschichten auf der Folie bilden die Anoden. Folienkondensatoren liegen hinsichtlich der elektrischen Verluste und der Langzeitkonstanz um ein vielfaches günstiger als Elekrolytkondensatoren, wodurch sie sich für Anwendungen im Audiobereich anbieten. Eine Sonderstellung bieten die IT. Kondensatoren Audyn- Cap mit der Bezeichnung Kp-SN (Zinnfolie) und die Kondensatoren Audyn- Cap FF (Paper, Oil, Alu). Die Anwendungsbereiche und die technischen Daten der Kondensatoren können aus der Datenblättern im Handbuch entnommen werden.

Abb. 1

Wirkungsweise des Kondensators

Ein Kondensator besteht grundsätzlich aus zwei voneinander isolierten Metallfolienstreifen. Die Isolierung zwischen den Anoden wird Dielektrikum genannt. Der Kondensator ist in der Lage elektrische Spannung aufzunehmen und wieder abzugeben (Abb. 01). Die elektrische Größe wird durch die Kapazität C (Maßeinheit Farad) angegeben. Ob ein Kondensator sich ideal verhält (kleinste Verluste), ist anhängig vom Aufbau und den verwendeten Materialien. Insbesondere ist die Wickeltechnik mit einer Indukivität, der Widerstand der Anschlußdrähte und deren Kontaktierung die Ursache für die entstehenden Verluste. Bei Betrieb mit Wechselstrom (z. B. Audiosignal) werden die Platten wechselweise aufgeladen. Wie die Spule, zeigt auch der Kondensator bei Wechselstrom frequenzabhängiges Verhalten. Für tiefe Frequenzen stellt der Kondensator einen großen Widerstand dar, der mit höher werdender Frequenz immer kleiner wird. Schaltet man also vor den Lautsprecher einen Kondensator, erhält er vorwiegend höhere Frequenzen. Tiefe Frequenzen werden gedämpft. Ein Maß für die Qualität eines Kondensators sind die Verluste die bei den Umladevorgängen auftreten. Hier spielt die Bauart des Kondensators eine wesentliche Rolle.

Abb. 2

Anwendungsbereiche

Weil die Kondensatoren bei tiefen Frequenz einen hohen Widerstand entgegenbringen, der mit zunehmender Frequenz schwindet, sind sie in jeder Frequenzweiche erhalten, um dem Hoch töner die für ihn unbrauchbaren Tieftonsignale zu eliminieren. Da außerdem noch relativ hohe Ströme durch den Kondensator fl ießen fi ndet hier die große Auslese statt. Aber wo liegen die Unterschiede? Das passende Bauteil am richtigen Platz ist der Garant für den guten Klang. Die Auswahl des richtigen Kondensators, insbesondere im Signalweg, der klanglich überzeugen kann, ist für den Musikliebhaber eine lösbare Aufgabe.

Abb. 3

Aufbau und Arbeitsweise eines Kondensators

Ein Kondensator besteht aus zwei elektrisch leitenden Platten, die durch einen dazwischen liegenden Isolator -das Dielektrium- getrennt sind. Die (elektrische) Größe eines Kondensators wird als Kapazität bezeichnet. Sie berechnet sich wie folgt: C = &r·A/d·8.85·10--12 [F] Damit ist &r die relative dielektrische Konstante des Isolators, A die elektrisch wirksame Oberfl äche der Platten (in m2) und d ist der Abstand der Platten (in m). Daraus kann man schon sehen, daß die Kapazität vergrößert oder verkleinert werden kann, wenn man den Plattenabstand verringert, beziehungsweise vergrößert. Zur relativen Dielektrizitätskonstante ist die Kapazität direkt proportional. Je größer also der spezifi sche Wert des eingesetzten Dielektrikums ist, um so größer ist auch die Kapazität. In der folgenden Tabelle sind die verschiedenen Dielektrizitätskonstanten unterschiedlicher Materialien aufgelistet.

Material &r
Aluminiumoxyd 7…8
Keramik 10 und höher
Glas 4…10
Luft 1.0001
Mica 6…8
Papier 2…5
Pertinax 5
Polycarbonat 3
Polyester 3…3.2
Polypropylen 2.1…2.3
Polystyrol 2.5
Porzellan 4…8
Tantaloxyd 11
Tefl on(PTFE) 2.0…2.1
Der Plattenabstand und das gewahlte Dielektrikum legen die Spannungsfestigkeit eines Kondensators fest. Die Abmessungen eines Kondensators werden also nicht nur durch die Kapazitat, sondern auch durch die Spannungsfestigkeit (und naturlich auch durch den Aufbau) vorgegeben. Ein idealer Kondensator laut Lehrbuch, hatte eine Reaktanz, die exakt durch die Formel X=1/(2 ƒÎEfEC) bestimmt wurde. In der Realitat sieht es wie immer anders aus. In (Abb. 04) ist das Ersatzschaltbild eines realen Kondensators dargestellt. Das Ersatzschaltbild wird praktisch in der gesamten technischen Literatur genau so dargestellt. Lediglich die gestrichelt gezeichneten Komponenten sind weniger haufi g zu sehen. Allerdings spielen gerade sie bei der klanglichen Qualitat eines Kondensators eine grose Rolle. Die eigentliche Kapazitat in der Ersatzschaltung ist C. Parallel dazu liegt der Widerstand RP, er reprasentiert den Isolationswiderstand des Dielektrikums. Ublicherweise hat RP die Grosenordnung von einigen Mega-Ohm und ist dehalb fur unsere Berachtungen getrost vernachlassigbar. In Serie mit RP und C liegt der Widerstand RS, der fur den ziemlich geringen Ubergangswiderstand zwischen den Kompenenten Anschlusdraht-/-Platte-/-Dielektrikum-/-Platte-/-Anschlusdraht steht. Die minimale Impedanz eines Kondensators kann nie kleiner werden als RS. Vor allem bei Anwendungen, bei denen auch schon mal grosere Strome fl iesen, beispielsweise in Frequenzweichen, spielt der Serienwiderstand eine wichtige Rolle. Das letzte Bauteil der ublichen Ersatzschaltbilder ist die Serien-Induktivitat LS, deren Größe von der Konstruktion des Kondensators, den Anschlusdrahten und der Art abhangt, wie die Drahte befestigt sind, beispielsweise nur an einem Punkt oder an einem größeren Stück der Platte.


Abb. 4

Abb. 5

Filter 6 DB/OCT.
Filter 12 DB/OCT.
Filter 18 DB/OCT.





Erläuterungen:
Cn: Ist die Ladungsmenge, die im Kondensator gespeichert werden kann.
Un: Ist die hochste Spannung oder Impulsspannung, fur die der Kondensator im Dauerbetrieb ausgelegt ist.
tan ƒÂ: Der Verlustfaktor tan ƒÂ ist die Summe aller ohmschen Widerstande im Verhaltnis zum kapazitiven Blindwiderstandes des Kondensators.