Kondensatoren 101

Hier ist ein wenig von dem trockenen Zeug, nur um zu verstehen, was ein Kondensator ist und im Allgemeinen funktioniert.

Ein Kondensator ist ein kleines (meist) elektrisches/elektronisches Bauteil auf den meisten Leiterplatten, das verschiedene Funktionen erfüllen kann.

Wenn ein Kondensator in einem Stromkreis mit Wirkstrom platziert wird, sammeln sich Elektronen an der dem negativen Pol zugewandten Platte.

Die negative Ladung fließt zum positiven Pol - deshalb bildet der negative Pol die aktive Phase, obwohl viele Kondensatoren keine Vorzugsrichtung in der Polarisierung aufweisen. Wenn die Platte keine Ladungen mehr aufnehmen kann, werden sie durch das Dielektrikum auf die andere Platte transferiert, wodurch die Elektronen wieder im Stromkreis auftauchen. Dies wird als Entladung bezeichnet.

Elektrische Bauteile sind sehr empfindlich gegenüber Spannungsschwankungen, und daher können Leistungsspitzen diese teuren Teile zerstören.

Kondensatoren gleichen die Gleichspannung für andere Bauteile aus und sorgen so für eine stabile Stromversorgung.

Wechselspannung wird durch Dioden gleichgerichtet, so dass sich anstelle von Wechselspannung eine Gleichspannung ergibt, die zwischen 0 Volt und der Maximalspannung schwankt.

Wenn ein Kondensator aus der Stromleitung an die Erde angeschlossen ist und der Gleichstrom nicht durchgelassen wird, aber der Impuls die Kappe füllt, reduziert er den Stromfluss und die effektive Spannung.

Während die Messspannung auf Null sinkt, beginnt der Kondensator sich zu leeren, was die Ausgangsspannung und den Strom glättet.

Daher wird ein Kondensator in Reihe zu einem Bauteil platziert, was die Absorption von Spitzen und Ergänzungstälern ermöglicht, was wiederum eine konstante Stromversorgung des Bauteils gewährleistet.

Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Arten von Kondensatoren. Sie werden in Schaltungen oft unterschiedlich eingesetzt.

Die allzu bekannten runden Blechdosenkondensatoren sind in der Regel Elektrolytkondensatoren.

Sie bestehen aus einem oder zwei Blechen, die durch ein Dielektrikum getrennt sind.

Das Dielektrikum kann Luft (einfachster Kondensator) oder andere nichtleitende Materialien sein.

Die durch das Dielektrikum getrennten Metallplattenfolien werden dann aufgerollt und in die Dose gelegt.

Diese funktionieren hervorragend für die Massenfilterung, sind aber bei hohen Frequenzen nicht sehr effizient.

Hier ist ein Kondensator, an den sich einige vielleicht noch aus den alten Radiotagen erinnern. Es handelt sich um einen mehrteiligen Can-Kondensator. In diesem Fall handelt es sich um einen Kondensator mit vier (4) Abschnitten. Das bedeutet nur, dass es vier separate Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten in einem Gehäuse gibt.

Keramikscheibenkondensatoren sind ideal für höhere Frequenzen, sind aber nicht gut für die Massenfiltration, da Keramikscheibenkondensatoren zu groß für höhere Kapazitätswerte werden. In Schaltungen, in denen es wichtig ist, eine Spannungsquelle stabil zu halten, gibt es in der Regel einen großen Elektrolytkondensator parallel zu einem Keramikscheibenkondensator. Die Elektrolyse erledigt die meiste Arbeit, während der kleine Keramikscheibenkondensator die Hochfrequenz herausfiltert, die der große Elektrolytkondensator vermisst.

Dann gibt es noch Tantalkondensatoren. Diese sind klein, haben aber im Verhältnis zu ihrer Größe eine größere Kapazität als Keramikscheibenkondensatoren. Sie sind teurer, finden aber viel Verwendung auf den Leiterplatten kleinerer elektronischer Geräte.

Obwohl unpolar, hatten alte Papierkondensatoren an einem Ende schwarze Streifen. Das schwarze Band zeigte an, an welchem Ende des Papierkondensators etwas Metallfolie (die als Abschirmung diente) war. Das Ende mit der Metallfolie wurde mit der Masse (oder der niedrigsten Spannung) verbunden. Der Hauptzweck der Folienabschirmung war es, die Lebensdauer des Papierkondensators zu verlängern.

Hier ist die, an der wir am ehesten interessiert sind, wenn es um iDevices geht. Diese sind im Vergleich zu den zuvor aufgeführten Kondensatoren sehr klein. Es handelt sich um die SMD-Kappen (Surface Mount Device). Auch wenn sie im Vergleich zu den bisherigen Kondensatoren eine Miniaturgröße haben, ist die Funktion immer noch die gleiche. Neben den Werten dieser Kondensatoren ist vor allem ihr "Gehäuse" von Bedeutung. Für die Größe dieser Komponenten gibt es eine Standardisierung, d.h. Paket 0201 - 0,6 mm x 0,3 mm (0,02" x 0,01"). Die Gehäusegröße für die keramischen SMD-Kondensatoren folgt dem gleichen Gehäuse für SMD-Widerstände. Dadurch ist es nahezu unmöglich, durch Visualisierung festzustellen, ob es sich um einen Kondensator oder einen Widerstand handelt. Hier ist eine gute Beschreibung der individuellen Größe anhand der Paketnummern.

SMDs auf einer Leiterplatte

Große SMDs

Die Bestimmung des Wertes, den ein Kondensator hat, kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die Nummer eins ist natürlich eine Markierung auf dem Kondensator selbst.

Dieser spezielle Kondensator hat eine Kapazität von 220μF (micro farad) mit einer Toleranz von 20%. Das bedeutet, dass es überall zwischen 176μF und 264μF sein kann. Es hat eine Nennspannung von 160V. Die Anordnung der Leitungen zeigt, dass es sich um einen Radialkondensator handelt. Beide Leitungen treten auf der einen Seite gegenüber einer axialen Anordnung aus, bei der eine Leitung von beiden Seiten des Kondensatorkörpers austritt. Außerdem zeigt der Pfeilstreifen auf der Seite des Kondensators die Polarität an, die Pfeile zeigen auf den negativen Pin.

Nun ist die Hauptfrage hier, wie man einen Kondensator testet, um zu sehen, ob er ersetzt werden muss.

Um eine Überprüfung eines Kondensators durchzuführen, während er noch in einem Stromkreis installiert ist, ist ein ESR-Zähler erforderlich. Wenn der Kondensator aus der Schaltung entfernt wird, kann ein Multimeter, das als Ohm-Meter eingestellt ist, verwendet werden, aber nur, um einen Alles-oder-Nichts-Test durchzuführen. Dieser Test zeigt nur, ob der Kondensator vollständig tot ist oder nicht. Er wird "nicht" bestimmen, ob sich der Kondensator in gutem oder schlechtem Zustand befindet. Um festzustellen, ob ein Kondensator mit dem richtigen Wert (Kapazität) funktioniert, ist ein Kondensator-Tester erforderlich. Dies gilt natürlich auch für die Bestimmung des Wertes eines unbekannten Kondensators.

Der für dieses Wiki verwendete Zähler ist der günstigste, der in jedem Kaufhaus erhältlich ist. Für diese Prüfung ist es auch ratsam, ein analoges Multimeter zu verwenden. Es zeigt die Bewegung visueller an als ein Digitalmultimeter, das nur schnell wechselnde Zahlen anzeigt. Dies sollte es jedem ermöglichen, diese Tests durchzuführen, ohne ein Vermögen für so etwas wie ein Fluke-Messgerät auszugeben.

Entlade immer einen Kondensator, bevor du ihn testest, sont erwartete dich eine eine schockierende Überraschung. Sehr kleine Kondensatoren können entladen werden, indem beide Leitungen mit einem Schraubendreher überbrückt werden. Eine bessere Möglichkeit, dies zu tun, wäre, den Kondensator durch eine Ladung zu entladen. In diesem Fall kann das mithilfe eines Alligator-Kabels und eines Widerstands durchgeführt werden. Hier ist eine sehr gute Seite, die zeigt, wie man ein Entladewerkzeug konstruiert.

Um den Kondensator mit einem Multimeter zu testen, stelle das Messgerät so ein, dass de hohen Ohm-Bereich, irgendwo über 10k und 1m Ohm, anzeigt. Berühre die Messleitungen zu den entsprechenden Leitungen am Kondensator, rot zu positiv und schwarz zu negativ. Das Messgerät sollte bei Null beginnen und sich dann langsam in Richtung unendlich bewegen. Dies bedeutet, dass sich der Kondensator im Betriebszustand befindet. Wenn der Zähler bei Null bleibt, lädt sich der Kondensator nicht durch die Batterie des Zählers auf, was bedeutet, dass er nicht funktioniert.

Dies funktioniert auch mit SMD-Caps. Gleicher Test mit der Nadel des Multimeters, die sich langsam in die gleiche Richtung bewegt.

Ein weiterer Test, den man an einem Kondensator durchführen kann, ist ein Spannungstest. Wir wissen, dass Kondensatoren eine potenzielle Ladungsdifferenz über ihre Platte speichern, das sind Spannungen. Ein Kondensator hat eine Anode, die eine positive Spannung aufweist, und eine Kathode, die eine negative Spannung aufweist. Eine Möglichkeit, zu überprüfen, ob ein Kondensator funktioniert, besteht darin, ihn mit einer Spannung aufzuladen und dann die Spannung an Anode und Kathode abzulesen. Dazu ist es notwendig, den Kondensator mit Spannung aufzuladen und eine Gleichspannung an die Kondensatorleitungen anzulegen. In diesem Fall ist die Polarität sehr wichtig. Wenn dieser Kondensator eine positive und negative Leitung hat, handelt es sich um einen polarisierten Kondensator (Elektrolytkondensator). Positive Spannung geht an die Anode, negative an die Kathode des Kondensators. Denke daran, die Markierungen auf dem zu prüfenden Kondensator zu überprüfen. Lege dann für einige Sekunden eine Spannung an, die kleiner sein sollte als die Spannung, für die der Kondensator ausgelegt ist. In diesem Beispiel wird der 160V-Kondensator für einige Sekunden mit einer 9V DC-Batterie aufgeladen.

Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen ist, trenne die Batterie vom Kondensator. Verwende das Multimeter und lies die Spannung an den Kondensatorleitungen ab. Die Spannung sollte bei 9 Volt liegen. Die Spannung wird sich schnell auf 0 V entladen, da sich der Kondensator durch das Multimeter entladen hat. Wenn der Kondensator diese Spannung nicht hält, ist er defekt und sollte ersetzt werden.

Am einfachsten ist es natürlich, einen Kondensator mit einem Kapazitätsmessgerät zu überprüfen. Hier ist ein FRAKO axial GPF 1000μF 40V mit einer Toleranz von 5%. Die Überprüfung dieses Kondensators mit einem Kapazitätsmessgerät ist einfach. Bei diesen Kondensatoren ist die positive Leitung markiert. Befestige die positive (rote) Leitung vom Messgerät an dieser und die negative (schwarze) an der gegenüberliegenden Seite. Dieser Kondensator zeigt 1038μF, deutlich innerhalb seiner Toleranz.

Die Prüfung eines SMD-Kondensators kann mit den sperrigen Sonden schwierig sein. Man kann entweder Nadeln an das Ende dieser Sonden löten oder in eine qualitativ hochwertige Pinzette investieren. Der bevorzugte Weg wäre die Verwendung einer guten Pinzette.

Einige Kondensatoren benötigen keinen Test, um den Fehler festzustellen. Wenn eine Sichtkontrolle der Kondensatoren Anzeichen von gewölbten Spitzen zeigt, müssen diese ausgetauscht werden. Dies ist der häufigste Fehler in Stromversorgungen. Beim Austausch eines Kondensators ist es von größter Wichtigkeit, ihn durch einen Kondensator gleichen oder höheren Wertes zu ersetzen. Begnüge dich niemals mit einem Kondensator von geringerem Wert.

Wenn der zu ersetzende oder zu prüfende Kondensator keine Markierungen aufweist, ist ein Schaltplan erforderlich. Die folgende Abbildung von hier zeigt einige Symbole für Kondensatoren, die auf einem Schaltplan verwendet werden.

Dieser Auszug aus einer iPhone-Schaltplan zeigt das Symbol für Kondensatoren sowie die Werte für diese Kondensatoren.

Dieses Wiki ist so ziemlich nur die Grundlage dafür, wonach man bei einem Kondensator suchen sollte, es ist in keiner Weise vollständig. Um mehr über die gängigen elektronischen Komponenten zu erfahren, gibt es eine Vielzahl von guten On- und Offline-Kursen.