Elektronika (nie tylko) dla informatyków (35) Rodzaje kondensatorów

W poprzednim odcinku omawialiśmy najważniejsze niedoskonałości rezystorów. Okazało się, że idealne rezystory również nie istnieją w rzeczywistości. W tym odcinku weźmiemy pod lupę różne rodzaje kondensatorów i przyjrzymy się praktycznym aspektom niedoskonałości tych elementów.

We wcześniejszych odcinkach cyklu dla informatyków przedstawione były informacje o niedoskonałości podstawowych elementów elektronicznych. Bardzo mocno dają one o sobie znać w praktyce, zwłaszcza w przypadku kondensatorów. Nie ma kondensatorów idealnych, a te, które mają bliskie ideału właściwości elektryczne, mają poważne wady praktyczne: wysoką cenę i duże rozmiary. Problem wynika też z tego, że w praktyce wykorzystujemy kondensatory o niewyobrażalnej różnicy pojemności. Można przyjąć, że praktyczną dolną granicą jest 1 pF, czyli jedna bilionowa farada – fotografia 1, choć w ofertach producentów można znaleźć też mniejsze nominały.

Natomiast górna granica przekroczyła już 1000 F – fotografia 2 pokazuje kondensator o pojemności 3000 faradów, a dostępne są o jeszcze większej pojemności (np. WIMA SuperCap C 6500 F). Czyli różnice pojemności kondensatorów są rzędu biliardów. Dla porównania: dla najpopularniejszych rezystorów i cewek różnice wartości skrajnych nie przekraczają biliona; wykorzystujemy bowiem rezystory o nominałach od 1 milioma do 1 gigaoma oraz cewki w zakresie od dziesiątek nanohenrów do około 100 H.

Z uwagi na różnorodność kondensatorów, warto poznać przynajmniej z grubsza ich podstawowe rodzaje. Dziś najpopularniejsze są:
– kondensatory elektrolityczne zwykłe, czyli aluminiowe oraz tantalowe,
– kilka odmian kondensatorów foliowych,
– kilka odmian kondensatorów ceramicznych.

Kondensatory mało popularne

W podręcznikach można spotkać informacje o kondensatorach próżniowych, mikowych, szklanych, teflonowych, papierowych, olejowych, porcelanowych, gazowanych i jeszcze innych, które dziś są rzadkością. Ich nazwy prawie zawsze wskazują na wykorzystany w nich izolator – dielektryk. Niektóre albo są już przestarzałe, albo też mają znakomite parametry, np. teflonowe czy próżniowe, jednak są kosztowne i dlatego mało popularne. Inne przeznaczone są wyłącznie do specyficznych, profesjonalnych zastosowań. Na przykład fotografia 3 pokazuje kondensatory próżniowe (vacuum capacitors) o średnicy 6,7 cm i wysokości 17 cm, o pojemności tylko 150 pF. Są przeznaczone głównie do nadajników radiowych, mogą pracować przy napięciach do 20 000 V i mogą przez nie płynąć prądy zmienne w.cz. do 90 A.

Fotografia 4 (z Wikipedii) pokazuje kondensator próżniowy 12 pF (oznaczony 12MMF) o napięciu nominalnym 20 kV.

W kondensatorach mikowych (mica capacitors, silver-mica capacitors) izolatorem są cieniutkie płatki minerału, znanego jako mika, a srebrne okładziny są napylone na powierzchnię miki. Mika, zwana również łyszczykiem, jest popularnym w przyrodzie minerałem, występującym w różnych odmianach, różniących się składem chemicznym; np. dla muskowitu podaje się wzór K₂Al₄(Al₂Si₆O₂₀)(OH)₄. Mika jest zbudowana z bardzo cienkich płytek (grubość ok. 1 nm) i charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami dielektrycznymi. Do dziś dostępne są kondensatory mikowe – przykład na fotografii 5 z oferty jednej z chińskich firm. Wykorzystywane są przede wszystkim w sprzęcie w.cz.

Nadal na rynku są też kondensatory szklane (glass capacitors) – fotografia 6. Są używane tylko w nielicznych zastosowaniach. Na przykład jedną z zalet kondensatorów z dielektrykiem szklanym jest wysoka odporność na promieniowanie jądrowe.

Rzadko spotykane są kondensatory teflonowe (teflon capacitors, PTFE capacitors), głównie ze względu na wysoką cenę. Mają one wiele zalet i oprócz zastosowań w sprzęcie profesjonalnym, są też wykorzystywane przez hobbystów. Fotografia 7 (www.v-cap.com) pokazuje kondensatory teflonowe, przeznaczone do audiofilskiego sprzętu najwyższej klasy referencyjnej.

Kondensatory papierowe (paper capacitors) czasy świetności przeżywały dobre kilkadziesiąt lat temu. Kiedyś bardzo popularne, dziś są rzadkością. Dielektrykiem był cienki papier nasączony olejem, stąd też nazwa kondensatory papierowo-olejowe, jednak często nazywane po prostu kondensatorami olejowymi. Fotografia 8 pokazuje stary kondensator papierowy produkcji byłego ZSRR, a w kraju były one produkowane z oznaczeniem MPHP.

Kondensatory papierowe nadal są produkowane przez niektóre firmy i pracują w obwodach sieci 230 V, m.in. z silnikami elektrycznymi. Niemiecka WIMA wytwarza papierowe kondensatory przeciwzakłóceniowe – fotografia 9.

Spotyka się też papierowe kondensatory dla audiofilów – fotografia 10 (www.jupitercondenser.com).

Nazwa kondensatory porcelanowe (porcelain capacitor) może być myląca. Nie jest to oddzielny rodzaj kondensatorów. Tak nazywane bywają niektóre kondensatory ceramiczne, ponieważ porcelana to przecież też ceramika. Nieściśle porcelanowymi mogą też być nazywane niektóre stare kondensatory papierowe, umieszczone w obudowie w postaci porcelanowej rurki.

Kondensatory powietrzne (air capacitors) to przede wszystkim kondensatory zmienne i dostrojcze – fotografia 11. Dawniej popularne, dziś zostały praktycznie całkowicie wyparte z popularnego sprzętu przez diody pojemnościowe.

Jeśli chodzi o kondensatory gazowe czy gazowane (gas capacitors), to może to być odmiana kondensatorów powietrznych (próżniowych). Wtedy chodzi o kondensatory o małej pojemności, rzędu pikofaradów. Fotografia 12 pokazuje zmienny kondensator gazowany dużej mocy o pojemności nastawianej w zakresie 1,5…45 pF, napięciu pracy do 4500 V, długości 90 mm o średnicy 22 mm (jenningstech).

Ale tak samo nazywane są kondensatory foliowe lub papierowe, których szczelna obudowa wypełniana jest nie powietrzem, tylko innym gazem, np. czystym azotem. Przykład na fotografii 13.

Dziś przeciętny elektronik hobbysta może nie przejmować się wspomnianymi właśnie rodzajami kondensatorów. Powinien natomiast znać właściwości i różnice między kondensatorami: ceramicznymi, foliowymi i elektrolitycznymi. Będziemy się tym zajmować w następnym i w kolejnych odcinkach.

Piotr Górecki