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Diskussion:Kondensator

2021-03-02T11:41:21Z

Ararara: Styren=Styrol QED

wegen der Stoffidentität Styren=Styrol macht die Einführung der dritten Sparte = Spalte Polystyren(e) zusätzlich zum Polystyrol kaum Sinn, siehe Chemieseiten bzw. Interwiki.

Beweis:

https://de.wikipedia.org/wiki/Styrol

https://en.wikipedia.org/wiki/Styrene

QED, weiter auch:

https://www.chemie.de/lexikon/Styrol.html

Der nächste Logoschritt ist die Einführung der Sparte: Polyphenylethen-Kondensator.

Viel Spaß noch beim blödeln!

Kondensator

2021-03-02T05:41:25Z

Ararara: Polystyrenene ist engl. für Polystyrol und identisch, eine Spalte sollte reichen

Ein Kondensator ist ein passives Bauteil mit zwei Anschlüssen, welches elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Die charakteristische Größe, die den Kondesator beschreibt ist die Kapazität C, gemessen in Farad (F).
Dieses Bauteil besteht aus zwei Flächen gut leitfähigem Materials, die jedoch voneinander isoliert sind. Das Isolationsmaterial ist ein Dielektrikum und verleiht dem Kondensator je nach Materialauswahl stark unterschiedliche Eigenschaften.

== Aufbau eines Kondensators ==
Wie oben beschrieben besteht ein Kondensator immer aus zwei leitfähigen - voneinander isolierten - Flächen. Je größer die Fläche, je geringer der Abstand der Flächen, und je höher das relativer Permittivität \varepsilon_r - das Dielektrikum - desto höher ist die Kapazität des Bauteiles. Der einfachste Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten, zwischen denen sich Luft als "Dielektrikum" befindet. Um die Fläche und damit die Kapazität zu vergrößern gibt es verschiedene Möglichkeiten:

=== Wickelkondensator ===
Die einfachste Methode die Flächen zu vergrößern ist es, zwei leitfähige Folien mit einem Isolationsmaterial dazwischen aufzuwickeln. Diese Methode wird für so ziemlich alle Kondensatortypen verwendet. Manchmal wird der Wickel nach der Herstellung flachgepresst, um das Volumen zu optimieren.

=== Schichtkondensator ===
Diese Aufbauart wird durch "stapeln" der unterschiedlichen Lagen erreicht. Verfahrenstechnisch ist dies oft wieder ein Wickel, jedoch meist auf bis zu 2 Meter durchmessenden Wickelrädern. Dieses ursprünglich von Siemens eingesetzte Verfahren wird auch aktuell noch verwendet, hauptsächlich für Folienkondensatoren bis in den mF-Bereich hinein. Nach dem Wickeln auf vieleckigen Räder wird der Folienstapel geschnitten und auf die gewünschte Größe = Kapazität getrennt.

== Kondensatortypen ==
(Vakuum-, Glimmer-, Gas- und Glaskondensatoren nicht berücksichtigt)
=== Keramik-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Keramikkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator#Spannungsabh.C3.A4ngigkeit_der_Kapazit.C3.A4t Wikipedia]'''.

Kerkos sind sogenannte "Vielschicht-Kondensatoren" die aus mehreren hundert Lagen einer isolierenden Keramik (Titandioxid+Bariumtitanat), und einer elektrisch leitfähigen Metallisierung (Aluminium & Magnesiumsilikate) bestehen.
Dieser Typ ist wie der Folienkondensator für höchste Frequenzen geeignet, hat eine sehr geringe Baugröße, eine gute Temperaturstabilität aber piezoelektrische Eigenschaften. Die Kapazität pro mm³ variiert je nach Dielektrikum Z5U, Y5V, X7R, C0 (in abnehmender Kapazitätsdichte) und ist sowohl abhängig von Temperatur als auch der angelegten Spannung.

=== Folien-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Folienkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff-Folienkondensator Wikipedia]'''.

Unterschiedliche Folienarten verleihen dem Kondensator stark unterschiedliche Eigenschaften wie z.B. temperatur- und alterungsbeständigkeit, Verlustfaktor, Isolationswiderstand, und die obere Grenzfrequenz, um nur die wichtigsten zu nennen. Die Dicke der Metallisierung hingegen entscheidet über den maximal zulässigen Rippelstrom / Impulsstromfestigkeit und darüber, ob sich ein Kondensator "selbst heilen" kann, oder nicht. Das Verfahren der "Selbstheilung" funktioniert nur bei Metallisierungen, da es darauf beruht, daß die im C gespeicherte Energie den Metallbelag beim Durchschlag durch die Isolation verdampfen kann. Ist die Energie zu gering, wird nur wenig Metall um den Durchschlag verdampft, und der Kurzschluß bleibt bestehen. Ist die Energie zu hoch, wird der Kondensator thermisch zerstört. Hat der C den richigen Energiegehalt, verdampft direkt um die Durchschlagstelle herum bis zu einigen mm der Metallisierung, und die Fehlstelle ist wieder isoliert. Im Übrigen ist eine Parallelsschaltung aus vielen,als selbstheilenden C's nicht unbedingt mehr "selbstheilend" da der Energieeintrag dann aus dem Gesamtverbund kommt, und oft zu hoch ist um nur eine kleine Fläche verdampfen zu lassen.
Impulsstrom-feste Kondensatoren zeichnen sich durch hohe Schichtstärken der Metallisierung aus, oder verwenden statt der Metallbeschichtung direkt eine Metallfolie. Hier wäre normalerweise ein "selbstheilen" gleichbedeutend mit einem so hohen Energieeintrag, daß das Bauteil zerstört wird.

Hier eine kleine Übersicht mit der Bitte um Vervollständigung.

{| class="wikitable"
| style="width:8em"| '''Folientyp''' || Poly- propylen || Poly- styren || Poly- carbonat ||Poly- ester|| Poly- styrol || Poly- ethylen- naphthalat || Polytetra- fluor- ethylen || Poly- phenylen- sulfid || Metall- Papier
|-
| '''Folien-''' '''markenname''' || Hostalen || - || Makrofol, Makroflex || Mylar, Hostaphan || Styroflex || Kaladex|| Teflon|| Tedur, Ryton|| Papier
|-
| '''Abkürzung''' || PP || - || PC|| PET || PS|| PEN|| PTFE|| PPS|| -
|-
| '''Typ''' || (F)KP, MKP || -KS, MKS || KC, MKC || (F)KT, MKT || -KS, MKS || (F)KN, MKN|| -|| (F)KI, MKI|| MP
|-
| '''Temperatur-''' '''festigkeit /°C''' || ca 105 || - || ca. 105 || 125..150 || - || 150 || -|| 150 || 85
|-
| '''Toleranz''' '''+/-%''' || 1 || 1 || -|| 1 || - || -|| -|| -|| 20
|-
| '''Grenzfrequenz /kHz''' || 100 || 400 || -|| - || 1000 || -|| -|| -|| -
|-
| '''Selbstheilend''' || ja || - || -|| ja || - || -|| -|| -|| ja
|-
| '''Impuls-''' '''belastbarkeit''' || + || + || || + || -- || -|| -|| -|| +
|}
(MK) = metallisierte Folie, (F) = Metallbeläge z.B. Metallfolie (K) = Metallfolie+Kunststofffolie

=== Elektrolyt-Kondensator ===
Ein Elko unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von anderen Kondensatoren, daß nur eine Elektrode aus einer Metallschicht besteht, die zweite aus einem festen, oder flüssigen Elektrolyten.

Siehe auch den Artikel '''Elektrolytkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolytkondensator Wikipedia]'''.

==== Fest-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus Polymeren, Metalloxiden, Braunstein, ... und sind wie die Elkos immer gepolt.
Als Metalloxide ist Tantal sehr, und Niob noch weniger verbreitet.
Takos sind '''SEHR''' empfindlich gegenüber schnellen Spannungsanstiegen bzw. Überspannung und sollten nie ohne Vorwiderstand direkt an einer niederohmigen Quelle (Batterie) geladen/betrieben werden. Takos verbrennen im Fehlerfall mit einer Stichflamme, daher empfiehlt es sich eine deutlich höhere Spannungsfestigkeit zu wählen und - bei direktem Anschluß an eine niederohmige Quelle - zusätzlich ein Lade-Vorwiderstand einzubauen. Treten zusätzlich hohe Temperaturen auf, ist die Spannungsfestigkeit mindestens zu verdoppeln.
Kondensatoren mit Niob statt Tantal sind weniger verbreitet, und noch sehr teuer. Ihr Vorteil ist z.B. die Unempfindlichkeit gegenüber schnellen Spannungsanstiegen, sie können direkt an jeder Quelle betrieben werden.

==== Flüssig-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus zwei Lagen '''sehr stark angeätzter''' Aluminiumfolie - zur Vergrößerung der Oberfläche - und einem flüssigen (seltener "einem festen") Elektrolyten. Die zweite Folie kontaktiert gleichzeitig den Elektrolyten. Der Elektrolyt ist häufig auf Alkoholen basierend, aus/mit Schwefelsäure oder Glykol.
Die Alufolie wird nach den ätzen anodisch oxidiert. Die Eloxal-Schicht ist mechanisch belastbar, und stellt die '''einzige''' Isolation zwischen den beiden Anschlüssen dar. Die Oxidation der Alufolie wird je nach Hersteller bei ca. 140..165% der Nennspannung durchgeführt. Die Oxidschicht baut sich durch den Elektrolyten bei langer Lagerung stark ab, daher sinkt die Spannungsfestigkeit eines Elkos mit seinem Alter. Alte Bauteile können - sofern noch Elektrolyt enthalten ist - durch spannungsrichtiges Anschließen an eine Spannungsquelle und langsamen erhöhen der Spannung bis über die Nennspannung hinaus wieder "formiert" werden. Achtung, hier besteht die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen, daher hochohmigen Vorwiderstand verwenden!
Wird ein Elko verpolt betrieben, wird die Oxidschicht im Laufe der Zeit (Abhängig von Spannung und Temperatur) abgebaut, und der Kondensator schlägt durch.

=== Doppelschicht-Kondensatoren ===
Siehe auch den Artikel '''Superkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator Wikipedia]'''.

Diese Bauteile werden unter Markennamen wie "Goldcap", "Ultracap" oder "Supercap" vertrieben, besitzen meist ein flüssiges Elektrolyt haben aber nicht besonders viel mit den o.g. "Elektrolytkondensatoren" gemeinsam. Dieser Kondensator besitzt Eigenschaften eines Kondensators und einer Batterie. Der "Kondensator" ist hier aus (im Gegensatz zum Elko) zwei Lagen einer einseitig metallisierten Aktivkohle, einem Separator, und einem Elektrolyten.
Das verwendete Elektrolyt erfüllt unter definierten Betriebsbedingungen die Funktion eines zusätzlichen Dielektrikums, und trägt zusätzlich zur ohnehin schon sehr großen Fläche der Aktivkohle, durch seine extrem dünne Schichtdicke, zur sehr hohen Kapazität bei.
Im Gegensatz zu einer Batterie kann der Doppelschichtkondensator Energie sehr schnell aufnehmen und abgeben, und altert dabei nur im geringen Maße. 500000 Lade-/Entladezyklen sind erreichbar, wenn die Spannung pro Zelle nicht überschritten wird. Normal sind hier 2,3..2,5V.

== Anwendungen ==
Hier wird für verschiedene Anwendungsfälle eine sinnvolle Lösung empfohlen.

{| class="wikitable"
| '''Anwendung''' || '''Beispiel''' || '''Empfohlener Typ''' ||'''Kommentar'''
|-
| Stromversorgung || Netzteil|| Elko||
|-
| Stromversorgung || Zwischenkreis|| Elkos, Folienkondensatoren||
|-
| Datenerhalt || || Doppelschichtkondensator ||
|-
| Energiespeicher|| digitale Schaltungen|| Kerko || z.B. 47nF pro IC bzw. Vcc-Anschluß
|-
| Hohe Impulsenergie x00ms || Impulsschweißgerät, (capacitive discharge)|| Elko (Folie)||
|-
| Impulsfeste Kondensatoren || Coils shrinker, Coilgun, Railgun|| Folie||MKT10 oder noch besser FKT1
|-
| NF-Filter|| PWM als DAC || Tako/Elko/Kerko ||
|-
| HF-Filter|| Beispiel || Styroflex-Folie ||
|-
| Audio || Kopplung || Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Motorkondensator || MP oder Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Kondensatornetzteil|| Kerko/Folie || Achtung, nur X2-Typen!
|}

== Mathematik zum Kondensator ==

Die Größe eines Kondensators ist seine Kapazität (Formelzeichen ''C''), die als Ladung (Formelzeichen ''Q'') durch Spannung (Formelzeichen ''U'') definiert ist.

<math>C=\frac{Q}{U}</math>

Die Einheit für die Kapazität ist Farad:

<math> [C]=F=\frac{As}{V}</math>

=== Reihenschaltung ===

Für eine Reihenschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>\frac{1}{C_{ges}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\dots+\frac{1}{C_n}</math>

<math>U_{ges}=U_1+U_2+\dots+U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1=I_2=\dots=I_n</math>

===Parallelschaltung ===

Für eine Parallelschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>C_{ges}=C_1+C_2+\dots+C_n</math>

<math>U_{ges}=U_1=U_2=\dots=U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1+I_2+\dots+I_n</math>

===Gespeicherte Energie ===

Die in einem Kondensator gespeicherte Energie lässt sich durch die Formel

<math> W=\frac{C}{2} \cdot U^2 = \frac{1}{2 \cdot C} \cdot Q^2 = \frac{U}{2} \cdot Q </math>

berechnen.

== Praxis ==

=== Polaritätszeichen ===

Elektrolytkondensatoren (kurz Elkos) sind in der Regel gepolt, d. h. Gleichspannungspegel müssen in einer vorgeschriebenen Polarität angelegt werden, damit das Dielektrikum nicht zerstört wird. Bei Aluminium-Elkos wird dabei generell der Minuspol gekennzeichnet, bei kleinen Bauformen mit einem Strich, bei größeren Bauformen befinden sich u. U. auch noch Minuszeichen in diesem Strich eingebettet. Bei Tantal-Elkos hingegen wird immer der Pluspol gekennzeichnet, sowohl bei SMD als auch THT-Bauformen.

[[Bild:SMD-Elkos.jpeg]]

Die gezeigten Elkos haben folgende Werte (von links nach rechts):

* 220 µF, Spannungsfestigkeit 6 V
* 100 µF (<math>10 \cdot 10^7</math> pF), 16 V
* 22 µF, 10 V
* 1 µF, 35 V
* 2,2 µF (<math>22 \cdot 10^5</math> pF), 10 V

Die beim 100-µF-Kondensator zu findende Buchstabenschreibweise für die Spannungsfestigkeit ist wenig gebräuchlich, aber gelegentlich anzutreffen. Die Zuordnung ist:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Buchstabe''' || e || g || j || A || C || D || E || V || H || J || K
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 2.5 || 4 || 6,3 || 10 || 16 || 20 || 25 || 35 || 50 || 63 || 80
|}

Die Spannungsfestigkeit kann auch durch eine zweistellige Kombination aus einer Ziffer und einem Buchstaben codiert sein:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Kombination''' || 0G || 0L || 0J || 1A || 1C || 1E
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 4,0 || 5,5 || 6,3 || 10 || 16 || 20
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 1H || 1J || 1K || 2A || 2Q || 2B
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 50 || 63 || 80 || 100 || 110 || 125
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2C || 2Z || 2D || 2P || 2E || 2F
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 160 || 180 || 200 || 220 || 250 || 315
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2V || 2G || 2W || 2H || 2J || 3A
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 350 || 400 || 450 || 500 || 630 || 1000
|}

{| class="wikitable"
| '''Case Code''' (Bauform) || A || B || C || D
|-
| '''EIA Code''' || 3216 || 3528 || 6032 || 7343
|-
| '''Länge''' (mm) || 3,2 || 3,5 || 6,0 || 7,3
|-
| '''Breite''' (mm) || 1,6 || 2,8 || 3,2 || 4,3
|-
| '''Höhe''' (mm) || 1,6 || 1,9 || 2,5 || 2,8
|-
| Maßtoleranz (mm) || 0,2 || 0,2 || 0,3 || 0,3
|}

=== Siebkondensator ===

Der Siebkondensator sitzt hinter einem Gleichrichter und hat die Aufgabe, aus einer gleichgerichteten, pulsierenden Spannung, eine annähernd konstante Gleichspannung mit nur wenig Welligkeit (engl. Ripple) zu machen. Er wird periodisch geladen und muss während der Ladepausen, wenn die Eingangssspannung vor dem Gleichrichter kleiner als die Ausgangsspannung ist, den Ausgang mit Strom versorgen. Man findet ihn in allen klassischen Netzteilen mit 50Hz Trafo. Als Daumenregel kann man sich merken, dass man pro 1A Ausgangsstrom ca. 10mF braucht, um eine Welligkeit von ca. 1Vpp zu erreichen.

Einen Siebkondensator findet man auch am Ausgang von Schaltnetzteilen, seine Aufgabe ist dort die gleiche. Allerdings sind die Schaltfrequenzen deutlich höher, typisch 50-500kHz. Darum muss dieser Kondensator einen besonders kleinen, effektiven Innenwiderstand besitzen (engl. ESR, Equivalent Series Resistance).

=== Entkoppelkondensator ===

Der Entkoppelkondensator hat die Aufgabe, die Versorgungsspannung nahe an einem IC für hochfrequente Ströme zu puffern (entkoppeln, engl. decoupling). Schnelle Digital- und Analogschaltungen benötigen vor allem beim Umschalten sehr schnell viel Strom, in der Größenordnung von Nanosekunden bis Mikrosekunden, je nach IC Milliampere bis Ampere. Diese müssen mit möglichst geringem Widerstand und Induktivität geliefert werden. Ein Stromversorgungsnetz auf einer Platine kann das meist nur unzureichend, dazu sind die Leitungen meist zu lang und damit die Induktivität zu hoch. Ein nah am IC platzierter Kondensator liefert diesen Strom für kurze Zeit, ohne dass die Spannung nennenswert einbricht. Die Entkopplung der Stromversorgung geschieht meist mehrstufig, d.h. es werden Kondensatoren verschiedener Arten und Kapazitäten eingesetzt, siehe [[Stromversorgung für FPGAs]].

Praktische Anwendung

* '''Jeder''' Digitalschaltkreis benötigt einen 100nF Keramikkondensator nah (kleiner 20mm) an den Anschlüssen von VCC und GND. Je schneller der IC schalten kann, umso wichtiger ist er.
* Für '''jedes''' Anschlusspaar von VCC und GND eines ICs muss ein Kondensator verwendet werden. Sparen geht hier oft schief!
* Für die Verbindung der Enkoppelkondensatoren zur Masse- bzw. Versorgungsfläche sollte man möglichst je Kondesator ein VIA benutzen und nicht über ein VIA mehrere Kondensatoren verbinden. Dadurch wird die parasitäre Induktivität vermindert.
* Schnelle Analogschaltkreise wie Operationsverstärker, [[Treiber]] etc. brauchen auch individuelle Entkoppelkondensatoren.
* Pi mal Daumen gilt: Je größer der Kondensator, umso weiter kann er von dem Verbraucher weg sein, da er auf Grund seines Innenwiderstands weniger HF-tauglich ist. Es ist somit nicht sinnvoll, einen 1000µF Elektrolytkondensator 10mm neben einen Digital-IC setzen zu wollen. Dort gehört der 100nF Keramikkondensator hin. Aber für die Stromversorgung von Motoren, Treibern und [[H-Brücken Übersicht|H-Brücken]] sind derartige großen Kondensatoren wichtig und sollten nicht zu weit entfernt sein.

=== Koppelkondensator ===

Koppelkondensatoren verbinden Verstärkerstufen. Dabei wird jedoch nur der Wechselanteil übertragen, kein Gleichanteil. Diese Kondensatoren müssen möglichst verzerrungsarm sein, vor allem im Audiobereich. Das wird durch die richtige Wahl des Dielektrikums erreicht.

=== Forumsbeiträge ===

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/43762 Abblockkondensator: Kerko (Keramik) oder Folie?]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/62576 Brennende Tantalkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#963281 Kodierung (Umwandlung)]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/169958#1624840 Unterschied: Elektrolytkondensator vs. Tantalkondensator]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/195563#1915294 Unterschied: C0G vs. Glimmer]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/264347#2748845 Kurze Beschreibung verschiedener Folienkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#1356075 PC Tool zum Identifizieren von Kondensatoren]
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/436472#5164488 Kräftige Ladepumpe 12V?], wie Ladungspumpen effizient arbeiten
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/470224#5763932 MMLC Kondensatoren Bauform reduzieren]

== Weblinks ==

* [http://my.execpc.com/~endlr/index.html CapSite 2009] - Introduction To Capacitors
* [http://www.cde.com/catalogs/AEappGUIDE.pdf Aluminum Electrolytic Capacitor Application Guide] von CDE Cornell Dubilier
* Anwendungen
** [http://www.radio-electronics.com/info/data/capacitor/capacitor_types.php Capacitor types and their uses] (engl.)
** [http://www.planetanalog.com/features/showArticle.jhtml;jsessionid=23?articleID=199905522 Choosing and Using Bypass Capacitors] (dreiteilige Artikelserie) bei [http://www.planetanalog.com www.planetanalog.com]
** [http://www.vagrearg.org/?p=decoupling Decoupling by Example]
* Video-Tutorials
** EEVblog #33 – Capacitor Tutorial [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-1of2-capacitor-tutorial-electrolytic-tantalum-and-plastic-film/ Teil 1: Electrolytic, Tantalum, and Plastic Film] und [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-2of2-capacitor-tutorial-ceramics-and-impedance/ Teil 2: Ceramics and impedance]
* [http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/5527 Tutorial] von Maxim, "Temperature and Voltage Variation of Ceramic Capacitors, or Why Your 4.7µF Capacitor Becomes a 0.33µF Capacitor", engl.
* [http://www.wima.de/DE/characteristics.htm Vergleichstabelle] der Eigenschaften von Folien- und Keramikkondensatoren, WIMA
* [http://portal.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html] Bob Pease: "Understand Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems"
* [http://www.youtube.com/watch?v=AP_FSyWGpoE Youtube-Video zum Thema Abblockkondensatoren (Deutsch)]
* [http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung Entkopplung] von ICs, von Lothar Miller

[[Category:Bauteile]]
[[Category:Grundlagen]]

Kondensator

2021-03-02T05:39:42Z

Ararara: Polystyrene = engl. für Polystyrol = Identität, siehe Chemieseiten bzw. Interwiki

Ein Kondensator ist ein passives Bauteil mit zwei Anschlüssen, welches elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Die charakteristische Größe, die den Kondesator beschreibt ist die Kapazität C, gemessen in Farad (F).
Dieses Bauteil besteht aus zwei Flächen gut leitfähigem Materials, die jedoch voneinander isoliert sind. Das Isolationsmaterial ist ein Dielektrikum und verleiht dem Kondensator je nach Materialauswahl stark unterschiedliche Eigenschaften.

== Aufbau eines Kondensators ==
Wie oben beschrieben besteht ein Kondensator immer aus zwei leitfähigen - voneinander isolierten - Flächen. Je größer die Fläche, je geringer der Abstand der Flächen, und je höher das relativer Permittivität \varepsilon_r - das Dielektrikum - desto höher ist die Kapazität des Bauteiles. Der einfachste Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten, zwischen denen sich Luft als "Dielektrikum" befindet. Um die Fläche und damit die Kapazität zu vergrößern gibt es verschiedene Möglichkeiten:

=== Wickelkondensator ===
Die einfachste Methode die Flächen zu vergrößern ist es, zwei leitfähige Folien mit einem Isolationsmaterial dazwischen aufzuwickeln. Diese Methode wird für so ziemlich alle Kondensatortypen verwendet. Manchmal wird der Wickel nach der Herstellung flachgepresst, um das Volumen zu optimieren.

=== Schichtkondensator ===
Diese Aufbauart wird durch "stapeln" der unterschiedlichen Lagen erreicht. Verfahrenstechnisch ist dies oft wieder ein Wickel, jedoch meist auf bis zu 2 Meter durchmessenden Wickelrädern. Dieses ursprünglich von Siemens eingesetzte Verfahren wird auch aktuell noch verwendet, hauptsächlich für Folienkondensatoren bis in den mF-Bereich hinein. Nach dem Wickeln auf vieleckigen Räder wird der Folienstapel geschnitten und auf die gewünschte Größe = Kapazität getrennt.

== Kondensatortypen ==
(Vakuum-, Glimmer-, Gas- und Glaskondensatoren nicht berücksichtigt)
=== Keramik-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Keramikkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator#Spannungsabh.C3.A4ngigkeit_der_Kapazit.C3.A4t Wikipedia]'''.

Kerkos sind sogenannte "Vielschicht-Kondensatoren" die aus mehreren hundert Lagen einer isolierenden Keramik (Titandioxid+Bariumtitanat), und einer elektrisch leitfähigen Metallisierung (Aluminium & Magnesiumsilikate) bestehen.
Dieser Typ ist wie der Folienkondensator für höchste Frequenzen geeignet, hat eine sehr geringe Baugröße, eine gute Temperaturstabilität aber piezoelektrische Eigenschaften. Die Kapazität pro mm³ variiert je nach Dielektrikum Z5U, Y5V, X7R, C0 (in abnehmender Kapazitätsdichte) und ist sowohl abhängig von Temperatur als auch der angelegten Spannung.

=== Folien-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Folienkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff-Folienkondensator Wikipedia]'''.

Unterschiedliche Folienarten verleihen dem Kondensator stark unterschiedliche Eigenschaften wie z.B. temperatur- und alterungsbeständigkeit, Verlustfaktor, Isolationswiderstand, und die obere Grenzfrequenz, um nur die wichtigsten zu nennen. Die Dicke der Metallisierung hingegen entscheidet über den maximal zulässigen Rippelstrom / Impulsstromfestigkeit und darüber, ob sich ein Kondensator "selbst heilen" kann, oder nicht. Das Verfahren der "Selbstheilung" funktioniert nur bei Metallisierungen, da es darauf beruht, daß die im C gespeicherte Energie den Metallbelag beim Durchschlag durch die Isolation verdampfen kann. Ist die Energie zu gering, wird nur wenig Metall um den Durchschlag verdampft, und der Kurzschluß bleibt bestehen. Ist die Energie zu hoch, wird der Kondensator thermisch zerstört. Hat der C den richigen Energiegehalt, verdampft direkt um die Durchschlagstelle herum bis zu einigen mm der Metallisierung, und die Fehlstelle ist wieder isoliert. Im Übrigen ist eine Parallelsschaltung aus vielen,als selbstheilenden C's nicht unbedingt mehr "selbstheilend" da der Energieeintrag dann aus dem Gesamtverbund kommt, und oft zu hoch ist um nur eine kleine Fläche verdampfen zu lassen.
Impulsstrom-feste Kondensatoren zeichnen sich durch hohe Schichtstärken der Metallisierung aus, oder verwenden statt der Metallbeschichtung direkt eine Metallfolie. Hier wäre normalerweise ein "selbstheilen" gleichbedeutend mit einem so hohen Energieeintrag, daß das Bauteil zerstört wird.

Hier eine kleine Übersicht mit der Bitte um Vervollständigung.

{| class="wikitable"
| style="width:8em"| '''Folientyp''' || Poly- propylen || Poly- styren= Poly- styrol || Poly- carbonat ||Poly- ester|| Poly- styrol= Poly- styren || Poly- ethylen- naphthalat || Polytetra- fluor- ethylen || Poly- phenylen- sulfid || Metall- Papier
|-
| '''Folien-''' '''markenname''' || Hostalen || - || Makrofol, Makroflex || Mylar, Hostaphan || Styroflex || Kaladex|| Teflon|| Tedur, Ryton|| Papier
|-
| '''Abkürzung''' || PP || PS || PC|| PET || PS|| PEN|| PTFE|| PPS|| -
|-
| '''Typ''' || (F)KP, MKP || - || KC, MKC || (F)KT, MKT || -KS, MKS || (F)KN, MKN|| -|| (F)KI, MKI|| MP
|-
| '''Temperatur-''' '''festigkeit /°C''' || ca 105 || - || ca. 105 || 125..150 || - || 150 || -|| 150 || 85
|-
| '''Toleranz''' '''+/-%''' || 1 || 1 || -|| - || 1 || -|| -|| -|| 20
|-
| '''Grenzfrequenz /kHz''' || 100 || 400 || -|| - || 1000 || -|| -|| -|| -
|-
| '''Selbstheilend''' || ja || - || -|| ja || - || -|| -|| -|| ja
|-
| '''Impuls-''' '''belastbarkeit''' || + || + || || + || -- || -|| -|| -|| +
|}
(MK) = metallisierte Folie, (F) = Metallbeläge z.B. Metallfolie (K) = Metallfolie+Kunststofffolie

=== Elektrolyt-Kondensator ===
Ein Elko unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von anderen Kondensatoren, daß nur eine Elektrode aus einer Metallschicht besteht, die zweite aus einem festen, oder flüssigen Elektrolyten.

Siehe auch den Artikel '''Elektrolytkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolytkondensator Wikipedia]'''.

==== Fest-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus Polymeren, Metalloxiden, Braunstein, ... und sind wie die Elkos immer gepolt.
Als Metalloxide ist Tantal sehr, und Niob noch weniger verbreitet.
Takos sind '''SEHR''' empfindlich gegenüber schnellen Spannungsanstiegen bzw. Überspannung und sollten nie ohne Vorwiderstand direkt an einer niederohmigen Quelle (Batterie) geladen/betrieben werden. Takos verbrennen im Fehlerfall mit einer Stichflamme, daher empfiehlt es sich eine deutlich höhere Spannungsfestigkeit zu wählen und - bei direktem Anschluß an eine niederohmige Quelle - zusätzlich ein Lade-Vorwiderstand einzubauen. Treten zusätzlich hohe Temperaturen auf, ist die Spannungsfestigkeit mindestens zu verdoppeln.
Kondensatoren mit Niob statt Tantal sind weniger verbreitet, und noch sehr teuer. Ihr Vorteil ist z.B. die Unempfindlichkeit gegenüber schnellen Spannungsanstiegen, sie können direkt an jeder Quelle betrieben werden.

==== Flüssig-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus zwei Lagen '''sehr stark angeätzter''' Aluminiumfolie - zur Vergrößerung der Oberfläche - und einem flüssigen (seltener "einem festen") Elektrolyten. Die zweite Folie kontaktiert gleichzeitig den Elektrolyten. Der Elektrolyt ist häufig auf Alkoholen basierend, aus/mit Schwefelsäure oder Glykol.
Die Alufolie wird nach den ätzen anodisch oxidiert. Die Eloxal-Schicht ist mechanisch belastbar, und stellt die '''einzige''' Isolation zwischen den beiden Anschlüssen dar. Die Oxidation der Alufolie wird je nach Hersteller bei ca. 140..165% der Nennspannung durchgeführt. Die Oxidschicht baut sich durch den Elektrolyten bei langer Lagerung stark ab, daher sinkt die Spannungsfestigkeit eines Elkos mit seinem Alter. Alte Bauteile können - sofern noch Elektrolyt enthalten ist - durch spannungsrichtiges Anschließen an eine Spannungsquelle und langsamen erhöhen der Spannung bis über die Nennspannung hinaus wieder "formiert" werden. Achtung, hier besteht die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen, daher hochohmigen Vorwiderstand verwenden!
Wird ein Elko verpolt betrieben, wird die Oxidschicht im Laufe der Zeit (Abhängig von Spannung und Temperatur) abgebaut, und der Kondensator schlägt durch.

=== Doppelschicht-Kondensatoren ===
Siehe auch den Artikel '''Superkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator Wikipedia]'''.

Diese Bauteile werden unter Markennamen wie "Goldcap", "Ultracap" oder "Supercap" vertrieben, besitzen meist ein flüssiges Elektrolyt haben aber nicht besonders viel mit den o.g. "Elektrolytkondensatoren" gemeinsam. Dieser Kondensator besitzt Eigenschaften eines Kondensators und einer Batterie. Der "Kondensator" ist hier aus (im Gegensatz zum Elko) zwei Lagen einer einseitig metallisierten Aktivkohle, einem Separator, und einem Elektrolyten.
Das verwendete Elektrolyt erfüllt unter definierten Betriebsbedingungen die Funktion eines zusätzlichen Dielektrikums, und trägt zusätzlich zur ohnehin schon sehr großen Fläche der Aktivkohle, durch seine extrem dünne Schichtdicke, zur sehr hohen Kapazität bei.
Im Gegensatz zu einer Batterie kann der Doppelschichtkondensator Energie sehr schnell aufnehmen und abgeben, und altert dabei nur im geringen Maße. 500000 Lade-/Entladezyklen sind erreichbar, wenn die Spannung pro Zelle nicht überschritten wird. Normal sind hier 2,3..2,5V.

== Anwendungen ==
Hier wird für verschiedene Anwendungsfälle eine sinnvolle Lösung empfohlen.

{| class="wikitable"
| '''Anwendung''' || '''Beispiel''' || '''Empfohlener Typ''' ||'''Kommentar'''
|-
| Stromversorgung || Netzteil|| Elko||
|-
| Stromversorgung || Zwischenkreis|| Elkos, Folienkondensatoren||
|-
| Datenerhalt || || Doppelschichtkondensator ||
|-
| Energiespeicher|| digitale Schaltungen|| Kerko || z.B. 47nF pro IC bzw. Vcc-Anschluß
|-
| Hohe Impulsenergie x00ms || Impulsschweißgerät, (capacitive discharge)|| Elko (Folie)||
|-
| Impulsfeste Kondensatoren || Coils shrinker, Coilgun, Railgun|| Folie||MKT10 oder noch besser FKT1
|-
| NF-Filter|| PWM als DAC || Tako/Elko/Kerko ||
|-
| HF-Filter|| Beispiel || Styroflex-Folie ||
|-
| Audio || Kopplung || Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Motorkondensator || MP oder Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Kondensatornetzteil|| Kerko/Folie || Achtung, nur X2-Typen!
|}

== Mathematik zum Kondensator ==

Die Größe eines Kondensators ist seine Kapazität (Formelzeichen ''C''), die als Ladung (Formelzeichen ''Q'') durch Spannung (Formelzeichen ''U'') definiert ist.

<math>C=\frac{Q}{U}</math>

Die Einheit für die Kapazität ist Farad:

<math> [C]=F=\frac{As}{V}</math>

=== Reihenschaltung ===

Für eine Reihenschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>\frac{1}{C_{ges}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\dots+\frac{1}{C_n}</math>

<math>U_{ges}=U_1+U_2+\dots+U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1=I_2=\dots=I_n</math>

===Parallelschaltung ===

Für eine Parallelschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>C_{ges}=C_1+C_2+\dots+C_n</math>

<math>U_{ges}=U_1=U_2=\dots=U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1+I_2+\dots+I_n</math>

===Gespeicherte Energie ===

Die in einem Kondensator gespeicherte Energie lässt sich durch die Formel

<math> W=\frac{C}{2} \cdot U^2 = \frac{1}{2 \cdot C} \cdot Q^2 = \frac{U}{2} \cdot Q </math>

berechnen.

== Praxis ==

=== Polaritätszeichen ===

Elektrolytkondensatoren (kurz Elkos) sind in der Regel gepolt, d. h. Gleichspannungspegel müssen in einer vorgeschriebenen Polarität angelegt werden, damit das Dielektrikum nicht zerstört wird. Bei Aluminium-Elkos wird dabei generell der Minuspol gekennzeichnet, bei kleinen Bauformen mit einem Strich, bei größeren Bauformen befinden sich u. U. auch noch Minuszeichen in diesem Strich eingebettet. Bei Tantal-Elkos hingegen wird immer der Pluspol gekennzeichnet, sowohl bei SMD als auch THT-Bauformen.

[[Bild:SMD-Elkos.jpeg]]

Die gezeigten Elkos haben folgende Werte (von links nach rechts):

* 220 µF, Spannungsfestigkeit 6 V
* 100 µF (<math>10 \cdot 10^7</math> pF), 16 V
* 22 µF, 10 V
* 1 µF, 35 V
* 2,2 µF (<math>22 \cdot 10^5</math> pF), 10 V

Die beim 100-µF-Kondensator zu findende Buchstabenschreibweise für die Spannungsfestigkeit ist wenig gebräuchlich, aber gelegentlich anzutreffen. Die Zuordnung ist:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Buchstabe''' || e || g || j || A || C || D || E || V || H || J || K
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 2.5 || 4 || 6,3 || 10 || 16 || 20 || 25 || 35 || 50 || 63 || 80
|}

Die Spannungsfestigkeit kann auch durch eine zweistellige Kombination aus einer Ziffer und einem Buchstaben codiert sein:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Kombination''' || 0G || 0L || 0J || 1A || 1C || 1E
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 4,0 || 5,5 || 6,3 || 10 || 16 || 20
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 1H || 1J || 1K || 2A || 2Q || 2B
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 50 || 63 || 80 || 100 || 110 || 125
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2C || 2Z || 2D || 2P || 2E || 2F
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 160 || 180 || 200 || 220 || 250 || 315
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2V || 2G || 2W || 2H || 2J || 3A
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 350 || 400 || 450 || 500 || 630 || 1000
|}

{| class="wikitable"
| '''Case Code''' (Bauform) || A || B || C || D
|-
| '''EIA Code''' || 3216 || 3528 || 6032 || 7343
|-
| '''Länge''' (mm) || 3,2 || 3,5 || 6,0 || 7,3
|-
| '''Breite''' (mm) || 1,6 || 2,8 || 3,2 || 4,3
|-
| '''Höhe''' (mm) || 1,6 || 1,9 || 2,5 || 2,8
|-
| Maßtoleranz (mm) || 0,2 || 0,2 || 0,3 || 0,3
|}

=== Siebkondensator ===

Der Siebkondensator sitzt hinter einem Gleichrichter und hat die Aufgabe, aus einer gleichgerichteten, pulsierenden Spannung, eine annähernd konstante Gleichspannung mit nur wenig Welligkeit (engl. Ripple) zu machen. Er wird periodisch geladen und muss während der Ladepausen, wenn die Eingangssspannung vor dem Gleichrichter kleiner als die Ausgangsspannung ist, den Ausgang mit Strom versorgen. Man findet ihn in allen klassischen Netzteilen mit 50Hz Trafo. Als Daumenregel kann man sich merken, dass man pro 1A Ausgangsstrom ca. 10mF braucht, um eine Welligkeit von ca. 1Vpp zu erreichen.

Einen Siebkondensator findet man auch am Ausgang von Schaltnetzteilen, seine Aufgabe ist dort die gleiche. Allerdings sind die Schaltfrequenzen deutlich höher, typisch 50-500kHz. Darum muss dieser Kondensator einen besonders kleinen, effektiven Innenwiderstand besitzen (engl. ESR, Equivalent Series Resistance).

=== Entkoppelkondensator ===

Der Entkoppelkondensator hat die Aufgabe, die Versorgungsspannung nahe an einem IC für hochfrequente Ströme zu puffern (entkoppeln, engl. decoupling). Schnelle Digital- und Analogschaltungen benötigen vor allem beim Umschalten sehr schnell viel Strom, in der Größenordnung von Nanosekunden bis Mikrosekunden, je nach IC Milliampere bis Ampere. Diese müssen mit möglichst geringem Widerstand und Induktivität geliefert werden. Ein Stromversorgungsnetz auf einer Platine kann das meist nur unzureichend, dazu sind die Leitungen meist zu lang und damit die Induktivität zu hoch. Ein nah am IC platzierter Kondensator liefert diesen Strom für kurze Zeit, ohne dass die Spannung nennenswert einbricht. Die Entkopplung der Stromversorgung geschieht meist mehrstufig, d.h. es werden Kondensatoren verschiedener Arten und Kapazitäten eingesetzt, siehe [[Stromversorgung für FPGAs]].

Praktische Anwendung

* '''Jeder''' Digitalschaltkreis benötigt einen 100nF Keramikkondensator nah (kleiner 20mm) an den Anschlüssen von VCC und GND. Je schneller der IC schalten kann, umso wichtiger ist er.
* Für '''jedes''' Anschlusspaar von VCC und GND eines ICs muss ein Kondensator verwendet werden. Sparen geht hier oft schief!
* Für die Verbindung der Enkoppelkondensatoren zur Masse- bzw. Versorgungsfläche sollte man möglichst je Kondesator ein VIA benutzen und nicht über ein VIA mehrere Kondensatoren verbinden. Dadurch wird die parasitäre Induktivität vermindert.
* Schnelle Analogschaltkreise wie Operationsverstärker, [[Treiber]] etc. brauchen auch individuelle Entkoppelkondensatoren.
* Pi mal Daumen gilt: Je größer der Kondensator, umso weiter kann er von dem Verbraucher weg sein, da er auf Grund seines Innenwiderstands weniger HF-tauglich ist. Es ist somit nicht sinnvoll, einen 1000µF Elektrolytkondensator 10mm neben einen Digital-IC setzen zu wollen. Dort gehört der 100nF Keramikkondensator hin. Aber für die Stromversorgung von Motoren, Treibern und [[H-Brücken Übersicht|H-Brücken]] sind derartige großen Kondensatoren wichtig und sollten nicht zu weit entfernt sein.

=== Koppelkondensator ===

Koppelkondensatoren verbinden Verstärkerstufen. Dabei wird jedoch nur der Wechselanteil übertragen, kein Gleichanteil. Diese Kondensatoren müssen möglichst verzerrungsarm sein, vor allem im Audiobereich. Das wird durch die richtige Wahl des Dielektrikums erreicht.

=== Forumsbeiträge ===

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/43762 Abblockkondensator: Kerko (Keramik) oder Folie?]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/62576 Brennende Tantalkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#963281 Kodierung (Umwandlung)]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/169958#1624840 Unterschied: Elektrolytkondensator vs. Tantalkondensator]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/195563#1915294 Unterschied: C0G vs. Glimmer]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/264347#2748845 Kurze Beschreibung verschiedener Folienkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#1356075 PC Tool zum Identifizieren von Kondensatoren]
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/436472#5164488 Kräftige Ladepumpe 12V?], wie Ladungspumpen effizient arbeiten
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/470224#5763932 MMLC Kondensatoren Bauform reduzieren]

== Weblinks ==

* [http://my.execpc.com/~endlr/index.html CapSite 2009] - Introduction To Capacitors
* [http://www.cde.com/catalogs/AEappGUIDE.pdf Aluminum Electrolytic Capacitor Application Guide] von CDE Cornell Dubilier
* Anwendungen
** [http://www.radio-electronics.com/info/data/capacitor/capacitor_types.php Capacitor types and their uses] (engl.)
** [http://www.planetanalog.com/features/showArticle.jhtml;jsessionid=23?articleID=199905522 Choosing and Using Bypass Capacitors] (dreiteilige Artikelserie) bei [http://www.planetanalog.com www.planetanalog.com]
** [http://www.vagrearg.org/?p=decoupling Decoupling by Example]
* Video-Tutorials
** EEVblog #33 – Capacitor Tutorial [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-1of2-capacitor-tutorial-electrolytic-tantalum-and-plastic-film/ Teil 1: Electrolytic, Tantalum, and Plastic Film] und [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-2of2-capacitor-tutorial-ceramics-and-impedance/ Teil 2: Ceramics and impedance]
* [http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/5527 Tutorial] von Maxim, "Temperature and Voltage Variation of Ceramic Capacitors, or Why Your 4.7µF Capacitor Becomes a 0.33µF Capacitor", engl.
* [http://www.wima.de/DE/characteristics.htm Vergleichstabelle] der Eigenschaften von Folien- und Keramikkondensatoren, WIMA
* [http://portal.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html] Bob Pease: "Understand Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems"
* [http://www.youtube.com/watch?v=AP_FSyWGpoE Youtube-Video zum Thema Abblockkondensatoren (Deutsch)]
* [http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung Entkopplung] von ICs, von Lothar Miller

[[Category:Bauteile]]
[[Category:Grundlagen]]

Kondensator

2021-03-02T05:37:07Z

Ararara: Polystyrene = engl. für Polystyrol und damit identisch

Ein Kondensator ist ein passives Bauteil mit zwei Anschlüssen, welches elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Die charakteristische Größe, die den Kondesator beschreibt ist die Kapazität C, gemessen in Farad (F).
Dieses Bauteil besteht aus zwei Flächen gut leitfähigem Materials, die jedoch voneinander isoliert sind. Das Isolationsmaterial ist ein Dielektrikum und verleiht dem Kondensator je nach Materialauswahl stark unterschiedliche Eigenschaften.

== Aufbau eines Kondensators ==
Wie oben beschrieben besteht ein Kondensator immer aus zwei leitfähigen - voneinander isolierten - Flächen. Je größer die Fläche, je geringer der Abstand der Flächen, und je höher das relativer Permittivität \varepsilon_r - das Dielektrikum - desto höher ist die Kapazität des Bauteiles. Der einfachste Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten, zwischen denen sich Luft als "Dielektrikum" befindet. Um die Fläche und damit die Kapazität zu vergrößern gibt es verschiedene Möglichkeiten:

=== Wickelkondensator ===
Die einfachste Methode die Flächen zu vergrößern ist es, zwei leitfähige Folien mit einem Isolationsmaterial dazwischen aufzuwickeln. Diese Methode wird für so ziemlich alle Kondensatortypen verwendet. Manchmal wird der Wickel nach der Herstellung flachgepresst, um das Volumen zu optimieren.

=== Schichtkondensator ===
Diese Aufbauart wird durch "stapeln" der unterschiedlichen Lagen erreicht. Verfahrenstechnisch ist dies oft wieder ein Wickel, jedoch meist auf bis zu 2 Meter durchmessenden Wickelrädern. Dieses ursprünglich von Siemens eingesetzte Verfahren wird auch aktuell noch verwendet, hauptsächlich für Folienkondensatoren bis in den mF-Bereich hinein. Nach dem Wickeln auf vieleckigen Räder wird der Folienstapel geschnitten und auf die gewünschte Größe = Kapazität getrennt.

== Kondensatortypen ==
(Vakuum-, Glimmer-, Gas- und Glaskondensatoren nicht berücksichtigt)
=== Keramik-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Keramikkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator#Spannungsabh.C3.A4ngigkeit_der_Kapazit.C3.A4t Wikipedia]'''.

Kerkos sind sogenannte "Vielschicht-Kondensatoren" die aus mehreren hundert Lagen einer isolierenden Keramik (Titandioxid+Bariumtitanat), und einer elektrisch leitfähigen Metallisierung (Aluminium & Magnesiumsilikate) bestehen.
Dieser Typ ist wie der Folienkondensator für höchste Frequenzen geeignet, hat eine sehr geringe Baugröße, eine gute Temperaturstabilität aber piezoelektrische Eigenschaften. Die Kapazität pro mm³ variiert je nach Dielektrikum Z5U, Y5V, X7R, C0 (in abnehmender Kapazitätsdichte) und ist sowohl abhängig von Temperatur als auch der angelegten Spannung.

=== Folien-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Folienkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff-Folienkondensator Wikipedia]'''.

Unterschiedliche Folienarten verleihen dem Kondensator stark unterschiedliche Eigenschaften wie z.B. temperatur- und alterungsbeständigkeit, Verlustfaktor, Isolationswiderstand, und die obere Grenzfrequenz, um nur die wichtigsten zu nennen. Die Dicke der Metallisierung hingegen entscheidet über den maximal zulässigen Rippelstrom / Impulsstromfestigkeit und darüber, ob sich ein Kondensator "selbst heilen" kann, oder nicht. Das Verfahren der "Selbstheilung" funktioniert nur bei Metallisierungen, da es darauf beruht, daß die im C gespeicherte Energie den Metallbelag beim Durchschlag durch die Isolation verdampfen kann. Ist die Energie zu gering, wird nur wenig Metall um den Durchschlag verdampft, und der Kurzschluß bleibt bestehen. Ist die Energie zu hoch, wird der Kondensator thermisch zerstört. Hat der C den richigen Energiegehalt, verdampft direkt um die Durchschlagstelle herum bis zu einigen mm der Metallisierung, und die Fehlstelle ist wieder isoliert. Im Übrigen ist eine Parallelsschaltung aus vielen,als selbstheilenden C's nicht unbedingt mehr "selbstheilend" da der Energieeintrag dann aus dem Gesamtverbund kommt, und oft zu hoch ist um nur eine kleine Fläche verdampfen zu lassen.
Impulsstrom-feste Kondensatoren zeichnen sich durch hohe Schichtstärken der Metallisierung aus, oder verwenden statt der Metallbeschichtung direkt eine Metallfolie. Hier wäre normalerweise ein "selbstheilen" gleichbedeutend mit einem so hohen Energieeintrag, daß das Bauteil zerstört wird.

Hier eine kleine Übersicht mit der Bitte um Vervollständigung.

{| class="wikitable"
| style="width:8em"| '''Folientyp''' || Poly- propylen || Poly- styren || Poly- carbonat ||Poly- ester|| Poly- styrol || Poly- ethylen- naphthalat || Polytetra- fluor- ethylen || Poly- phenylen- sulfid || Metall- Papier
|-
| '''Folien-''' '''markenname''' || Hostalen || - || Makrofol, Makroflex || Mylar, Hostaphan || Styroflex || Kaladex|| Teflon|| Tedur, Ryton|| Papier
|-
| '''Abkürzung''' || PP || - || PC|| PET || PS|| PEN|| PTFE|| PPS|| -
|-
| '''Typ''' || (F)KP, MKP || - || KC, MKC || (F)KT, MKT || -KS, MKS || (F)KN, MKN|| -|| (F)KI, MKI|| MP
|-
| '''Temperatur-''' '''festigkeit /°C''' || ca 105 || - || ca. 105 || 125..150 || - || 150 || -|| 150 || 85
|-
| '''Toleranz''' '''+/-%''' || 1 || 1 || -|| - || 1 || -|| -|| -|| 20
|-
| '''Grenzfrequenz /kHz''' || 100 || 400 || -|| - || 1000 || -|| -|| -|| -
|-
| '''Selbstheilend''' || ja || - || -|| ja || - || -|| -|| -|| ja
|-
| '''Impuls-''' '''belastbarkeit''' || + || + || || + || -- || -|| -|| -|| +
|}
(MK) = metallisierte Folie, (F) = Metallbeläge z.B. Metallfolie (K) = Metallfolie+Kunststofffolie

=== Elektrolyt-Kondensator ===
Ein Elko unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von anderen Kondensatoren, daß nur eine Elektrode aus einer Metallschicht besteht, die zweite aus einem festen, oder flüssigen Elektrolyten.

Siehe auch den Artikel '''Elektrolytkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolytkondensator Wikipedia]'''.

==== Fest-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus Polymeren, Metalloxiden, Braunstein, ... und sind wie die Elkos immer gepolt.
Als Metalloxide ist Tantal sehr, und Niob noch weniger verbreitet.
Takos sind '''SEHR''' empfindlich gegenüber schnellen Spannungsanstiegen bzw. Überspannung und sollten nie ohne Vorwiderstand direkt an einer niederohmigen Quelle (Batterie) geladen/betrieben werden. Takos verbrennen im Fehlerfall mit einer Stichflamme, daher empfiehlt es sich eine deutlich höhere Spannungsfestigkeit zu wählen und - bei direktem Anschluß an eine niederohmige Quelle - zusätzlich ein Lade-Vorwiderstand einzubauen. Treten zusätzlich hohe Temperaturen auf, ist die Spannungsfestigkeit mindestens zu verdoppeln.
Kondensatoren mit Niob statt Tantal sind weniger verbreitet, und noch sehr teuer. Ihr Vorteil ist z.B. die Unempfindlichkeit gegenüber schnellen Spannungsanstiegen, sie können direkt an jeder Quelle betrieben werden.

==== Flüssig-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus zwei Lagen '''sehr stark angeätzter''' Aluminiumfolie - zur Vergrößerung der Oberfläche - und einem flüssigen (seltener "einem festen") Elektrolyten. Die zweite Folie kontaktiert gleichzeitig den Elektrolyten. Der Elektrolyt ist häufig auf Alkoholen basierend, aus/mit Schwefelsäure oder Glykol.
Die Alufolie wird nach den ätzen anodisch oxidiert. Die Eloxal-Schicht ist mechanisch belastbar, und stellt die '''einzige''' Isolation zwischen den beiden Anschlüssen dar. Die Oxidation der Alufolie wird je nach Hersteller bei ca. 140..165% der Nennspannung durchgeführt. Die Oxidschicht baut sich durch den Elektrolyten bei langer Lagerung stark ab, daher sinkt die Spannungsfestigkeit eines Elkos mit seinem Alter. Alte Bauteile können - sofern noch Elektrolyt enthalten ist - durch spannungsrichtiges Anschließen an eine Spannungsquelle und langsamen erhöhen der Spannung bis über die Nennspannung hinaus wieder "formiert" werden. Achtung, hier besteht die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen, daher hochohmigen Vorwiderstand verwenden!
Wird ein Elko verpolt betrieben, wird die Oxidschicht im Laufe der Zeit (Abhängig von Spannung und Temperatur) abgebaut, und der Kondensator schlägt durch.

=== Doppelschicht-Kondensatoren ===
Siehe auch den Artikel '''Superkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator Wikipedia]'''.

Diese Bauteile werden unter Markennamen wie "Goldcap", "Ultracap" oder "Supercap" vertrieben, besitzen meist ein flüssiges Elektrolyt haben aber nicht besonders viel mit den o.g. "Elektrolytkondensatoren" gemeinsam. Dieser Kondensator besitzt Eigenschaften eines Kondensators und einer Batterie. Der "Kondensator" ist hier aus (im Gegensatz zum Elko) zwei Lagen einer einseitig metallisierten Aktivkohle, einem Separator, und einem Elektrolyten.
Das verwendete Elektrolyt erfüllt unter definierten Betriebsbedingungen die Funktion eines zusätzlichen Dielektrikums, und trägt zusätzlich zur ohnehin schon sehr großen Fläche der Aktivkohle, durch seine extrem dünne Schichtdicke, zur sehr hohen Kapazität bei.
Im Gegensatz zu einer Batterie kann der Doppelschichtkondensator Energie sehr schnell aufnehmen und abgeben, und altert dabei nur im geringen Maße. 500000 Lade-/Entladezyklen sind erreichbar, wenn die Spannung pro Zelle nicht überschritten wird. Normal sind hier 2,3..2,5V.

== Anwendungen ==
Hier wird für verschiedene Anwendungsfälle eine sinnvolle Lösung empfohlen.

{| class="wikitable"
| '''Anwendung''' || '''Beispiel''' || '''Empfohlener Typ''' ||'''Kommentar'''
|-
| Stromversorgung || Netzteil|| Elko||
|-
| Stromversorgung || Zwischenkreis|| Elkos, Folienkondensatoren||
|-
| Datenerhalt || || Doppelschichtkondensator ||
|-
| Energiespeicher|| digitale Schaltungen|| Kerko || z.B. 47nF pro IC bzw. Vcc-Anschluß
|-
| Hohe Impulsenergie x00ms || Impulsschweißgerät, (capacitive discharge)|| Elko (Folie)||
|-
| Impulsfeste Kondensatoren || Coils shrinker, Coilgun, Railgun|| Folie||MKT10 oder noch besser FKT1
|-
| NF-Filter|| PWM als DAC || Tako/Elko/Kerko ||
|-
| HF-Filter|| Beispiel || Styroflex-Folie ||
|-
| Audio || Kopplung || Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Motorkondensator || MP oder Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Kondensatornetzteil|| Kerko/Folie || Achtung, nur X2-Typen!
|}

== Mathematik zum Kondensator ==

Die Größe eines Kondensators ist seine Kapazität (Formelzeichen ''C''), die als Ladung (Formelzeichen ''Q'') durch Spannung (Formelzeichen ''U'') definiert ist.

<math>C=\frac{Q}{U}</math>

Die Einheit für die Kapazität ist Farad:

<math> [C]=F=\frac{As}{V}</math>

=== Reihenschaltung ===

Für eine Reihenschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>\frac{1}{C_{ges}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\dots+\frac{1}{C_n}</math>

<math>U_{ges}=U_1+U_2+\dots+U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1=I_2=\dots=I_n</math>

===Parallelschaltung ===

Für eine Parallelschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>C_{ges}=C_1+C_2+\dots+C_n</math>

<math>U_{ges}=U_1=U_2=\dots=U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1+I_2+\dots+I_n</math>

===Gespeicherte Energie ===

Die in einem Kondensator gespeicherte Energie lässt sich durch die Formel

<math> W=\frac{C}{2} \cdot U^2 = \frac{1}{2 \cdot C} \cdot Q^2 = \frac{U}{2} \cdot Q </math>

berechnen.

== Praxis ==

=== Polaritätszeichen ===

Elektrolytkondensatoren (kurz Elkos) sind in der Regel gepolt, d. h. Gleichspannungspegel müssen in einer vorgeschriebenen Polarität angelegt werden, damit das Dielektrikum nicht zerstört wird. Bei Aluminium-Elkos wird dabei generell der Minuspol gekennzeichnet, bei kleinen Bauformen mit einem Strich, bei größeren Bauformen befinden sich u. U. auch noch Minuszeichen in diesem Strich eingebettet. Bei Tantal-Elkos hingegen wird immer der Pluspol gekennzeichnet, sowohl bei SMD als auch THT-Bauformen.

[[Bild:SMD-Elkos.jpeg]]

Die gezeigten Elkos haben folgende Werte (von links nach rechts):

* 220 µF, Spannungsfestigkeit 6 V
* 100 µF (<math>10 \cdot 10^7</math> pF), 16 V
* 22 µF, 10 V
* 1 µF, 35 V
* 2,2 µF (<math>22 \cdot 10^5</math> pF), 10 V

Die beim 100-µF-Kondensator zu findende Buchstabenschreibweise für die Spannungsfestigkeit ist wenig gebräuchlich, aber gelegentlich anzutreffen. Die Zuordnung ist:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Buchstabe''' || e || g || j || A || C || D || E || V || H || J || K
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 2.5 || 4 || 6,3 || 10 || 16 || 20 || 25 || 35 || 50 || 63 || 80
|}

Die Spannungsfestigkeit kann auch durch eine zweistellige Kombination aus einer Ziffer und einem Buchstaben codiert sein:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Kombination''' || 0G || 0L || 0J || 1A || 1C || 1E
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 4,0 || 5,5 || 6,3 || 10 || 16 || 20
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 1H || 1J || 1K || 2A || 2Q || 2B
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 50 || 63 || 80 || 100 || 110 || 125
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2C || 2Z || 2D || 2P || 2E || 2F
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 160 || 180 || 200 || 220 || 250 || 315
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2V || 2G || 2W || 2H || 2J || 3A
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 350 || 400 || 450 || 500 || 630 || 1000
|}

{| class="wikitable"
| '''Case Code''' (Bauform) || A || B || C || D
|-
| '''EIA Code''' || 3216 || 3528 || 6032 || 7343
|-
| '''Länge''' (mm) || 3,2 || 3,5 || 6,0 || 7,3
|-
| '''Breite''' (mm) || 1,6 || 2,8 || 3,2 || 4,3
|-
| '''Höhe''' (mm) || 1,6 || 1,9 || 2,5 || 2,8
|-
| Maßtoleranz (mm) || 0,2 || 0,2 || 0,3 || 0,3
|}

=== Siebkondensator ===

Der Siebkondensator sitzt hinter einem Gleichrichter und hat die Aufgabe, aus einer gleichgerichteten, pulsierenden Spannung, eine annähernd konstante Gleichspannung mit nur wenig Welligkeit (engl. Ripple) zu machen. Er wird periodisch geladen und muss während der Ladepausen, wenn die Eingangssspannung vor dem Gleichrichter kleiner als die Ausgangsspannung ist, den Ausgang mit Strom versorgen. Man findet ihn in allen klassischen Netzteilen mit 50Hz Trafo. Als Daumenregel kann man sich merken, dass man pro 1A Ausgangsstrom ca. 10mF braucht, um eine Welligkeit von ca. 1Vpp zu erreichen.

Einen Siebkondensator findet man auch am Ausgang von Schaltnetzteilen, seine Aufgabe ist dort die gleiche. Allerdings sind die Schaltfrequenzen deutlich höher, typisch 50-500kHz. Darum muss dieser Kondensator einen besonders kleinen, effektiven Innenwiderstand besitzen (engl. ESR, Equivalent Series Resistance).

=== Entkoppelkondensator ===

Der Entkoppelkondensator hat die Aufgabe, die Versorgungsspannung nahe an einem IC für hochfrequente Ströme zu puffern (entkoppeln, engl. decoupling). Schnelle Digital- und Analogschaltungen benötigen vor allem beim Umschalten sehr schnell viel Strom, in der Größenordnung von Nanosekunden bis Mikrosekunden, je nach IC Milliampere bis Ampere. Diese müssen mit möglichst geringem Widerstand und Induktivität geliefert werden. Ein Stromversorgungsnetz auf einer Platine kann das meist nur unzureichend, dazu sind die Leitungen meist zu lang und damit die Induktivität zu hoch. Ein nah am IC platzierter Kondensator liefert diesen Strom für kurze Zeit, ohne dass die Spannung nennenswert einbricht. Die Entkopplung der Stromversorgung geschieht meist mehrstufig, d.h. es werden Kondensatoren verschiedener Arten und Kapazitäten eingesetzt, siehe [[Stromversorgung für FPGAs]].

Praktische Anwendung

* '''Jeder''' Digitalschaltkreis benötigt einen 100nF Keramikkondensator nah (kleiner 20mm) an den Anschlüssen von VCC und GND. Je schneller der IC schalten kann, umso wichtiger ist er.
* Für '''jedes''' Anschlusspaar von VCC und GND eines ICs muss ein Kondensator verwendet werden. Sparen geht hier oft schief!
* Für die Verbindung der Enkoppelkondensatoren zur Masse- bzw. Versorgungsfläche sollte man möglichst je Kondesator ein VIA benutzen und nicht über ein VIA mehrere Kondensatoren verbinden. Dadurch wird die parasitäre Induktivität vermindert.
* Schnelle Analogschaltkreise wie Operationsverstärker, [[Treiber]] etc. brauchen auch individuelle Entkoppelkondensatoren.
* Pi mal Daumen gilt: Je größer der Kondensator, umso weiter kann er von dem Verbraucher weg sein, da er auf Grund seines Innenwiderstands weniger HF-tauglich ist. Es ist somit nicht sinnvoll, einen 1000µF Elektrolytkondensator 10mm neben einen Digital-IC setzen zu wollen. Dort gehört der 100nF Keramikkondensator hin. Aber für die Stromversorgung von Motoren, Treibern und [[H-Brücken Übersicht|H-Brücken]] sind derartige großen Kondensatoren wichtig und sollten nicht zu weit entfernt sein.

=== Koppelkondensator ===

Koppelkondensatoren verbinden Verstärkerstufen. Dabei wird jedoch nur der Wechselanteil übertragen, kein Gleichanteil. Diese Kondensatoren müssen möglichst verzerrungsarm sein, vor allem im Audiobereich. Das wird durch die richtige Wahl des Dielektrikums erreicht.

=== Forumsbeiträge ===

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/43762 Abblockkondensator: Kerko (Keramik) oder Folie?]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/62576 Brennende Tantalkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#963281 Kodierung (Umwandlung)]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/169958#1624840 Unterschied: Elektrolytkondensator vs. Tantalkondensator]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/195563#1915294 Unterschied: C0G vs. Glimmer]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/264347#2748845 Kurze Beschreibung verschiedener Folienkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#1356075 PC Tool zum Identifizieren von Kondensatoren]
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/436472#5164488 Kräftige Ladepumpe 12V?], wie Ladungspumpen effizient arbeiten
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/470224#5763932 MMLC Kondensatoren Bauform reduzieren]

== Weblinks ==

* [http://my.execpc.com/~endlr/index.html CapSite 2009] - Introduction To Capacitors
* [http://www.cde.com/catalogs/AEappGUIDE.pdf Aluminum Electrolytic Capacitor Application Guide] von CDE Cornell Dubilier
* Anwendungen
** [http://www.radio-electronics.com/info/data/capacitor/capacitor_types.php Capacitor types and their uses] (engl.)
** [http://www.planetanalog.com/features/showArticle.jhtml;jsessionid=23?articleID=199905522 Choosing and Using Bypass Capacitors] (dreiteilige Artikelserie) bei [http://www.planetanalog.com www.planetanalog.com]
** [http://www.vagrearg.org/?p=decoupling Decoupling by Example]
* Video-Tutorials
** EEVblog #33 – Capacitor Tutorial [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-1of2-capacitor-tutorial-electrolytic-tantalum-and-plastic-film/ Teil 1: Electrolytic, Tantalum, and Plastic Film] und [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-2of2-capacitor-tutorial-ceramics-and-impedance/ Teil 2: Ceramics and impedance]
* [http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/5527 Tutorial] von Maxim, "Temperature and Voltage Variation of Ceramic Capacitors, or Why Your 4.7µF Capacitor Becomes a 0.33µF Capacitor", engl.
* [http://www.wima.de/DE/characteristics.htm Vergleichstabelle] der Eigenschaften von Folien- und Keramikkondensatoren, WIMA
* [http://portal.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html] Bob Pease: "Understand Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems"
* [http://www.youtube.com/watch?v=AP_FSyWGpoE Youtube-Video zum Thema Abblockkondensatoren (Deutsch)]
* [http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung Entkopplung] von ICs, von Lothar Miller

[[Category:Bauteile]]
[[Category:Grundlagen]]

Kondensator

2021-03-02T05:08:17Z

Ararara: /* Kondensatortypen */

Ein Kondensator ist ein passives Bauteil mit zwei Anschlüssen, welches elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Die charakteristische Größe, die den Kondesator beschreibt ist die Kapazität C, gemessen in Farad (F).
Dieses Bauteil besteht aus zwei Flächen gut leitfähigem Materials, die jedoch voneinander isoliert sind. Das Isolationsmaterial ist ein Dielektrikum und verleiht dem Kondensator je nach Materialauswahl stark unterschiedliche Eigenschaften.

== Aufbau eines Kondensators ==
Wie oben beschrieben besteht ein Kondensator immer aus zwei leitfähigen - voneinander isolierten - Flächen. Je größer die Fläche, je geringer der Abstand der Flächen, und je höher das relativer Permittivität \varepsilon_r - das Dielektrikum - desto höher ist die Kapazität des Bauteiles. Der einfachste Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten, zwischen denen sich Luft als "Dielektrikum" befindet. Um die Fläche und damit die Kapazität zu vergrößern gibt es verschiedene Möglichkeiten:

=== Wickelkondensator ===
Die einfachste Methode die Flächen zu vergrößern ist es, zwei leitfähige Folien mit einem Isolationsmaterial dazwischen aufzuwickeln. Diese Methode wird für so ziemlich alle Kondensatortypen verwendet. Manchmal wird der Wickel nach der Herstellung flachgepresst, um das Volumen zu optimieren.

=== Schichtkondensator ===
Diese Aufbauart wird durch "stapeln" der unterschiedlichen Lagen erreicht. Verfahrenstechnisch ist dies oft wieder ein Wickel, jedoch meist auf bis zu 2 Meter durchmessenden Wickelrädern. Dieses ursprünglich von Siemens eingesetzte Verfahren wird auch aktuell noch verwendet, hauptsächlich für Folienkondensatoren bis in den mF-Bereich hinein. Nach dem Wickeln auf vieleckigen Räder wird der Folienstapel geschnitten und auf die gewünschte Größe = Kapazität getrennt.

== Kondensatortypen ==
(Vakuum-, Glimmer-, Gas- und Glaskondensatoren nicht berücksichtigt)
=== Keramik-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Keramikkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator#Spannungsabh.C3.A4ngigkeit_der_Kapazit.C3.A4t Wikipedia]'''.

Kerkos sind sogenannte "Vielschicht-Kondensatoren" die aus mehreren hundert Lagen einer isolierenden Keramik (Titandioxid+Bariumtitanat), und einer elektrisch leitfähigen Metallisierung (Aluminium & Magnesiumsilikate) bestehen.
Dieser Typ ist wie der Folienkondensator für höchste Frequenzen geeignet, hat eine sehr geringe Baugröße, eine gute Temperaturstabilität aber piezoelektrische Eigenschaften. Die Kapazität pro mm³ variiert je nach Dielektrikum Z5U, Y5V, X7R, C0 (in abnehmender Kapazitätsdichte) und ist sowohl abhängig von Temperatur als auch der angelegten Spannung.

=== Folien-Kondensator ===
Siehe auch den Artikel '''Folienkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff-Folienkondensator Wikipedia]'''.

Unterschiedliche Folienarten verleihen dem Kondensator stark unterschiedliche Eigenschaften wie z.B. temperatur- und alterungsbeständigkeit, Verlustfaktor, Isolationswiderstand, und die obere Grenzfrequenz, um nur die wichtigsten zu nennen. Die Dicke der Metallisierung hingegen entscheidet über den maximal zulässigen Rippelstrom / Impulsstromfestigkeit und darüber, ob sich ein Kondensator "selbst heilen" kann, oder nicht. Das Verfahren der "Selbstheilung" funktioniert nur bei Metallisierungen, da es darauf beruht, daß die im C gespeicherte Energie den Metallbelag beim Durchschlag durch die Isolation verdampfen kann. Ist die Energie zu gering, wird nur wenig Metall um den Durchschlag verdampft, und der Kurzschluß bleibt bestehen. Ist die Energie zu hoch, wird der Kondensator thermisch zerstört. Hat der C den richigen Energiegehalt, verdampft direkt um die Durchschlagstelle herum bis zu einigen mm der Metallisierung, und die Fehlstelle ist wieder isoliert. Im Übrigen ist eine Parallelsschaltung aus vielen,als selbstheilenden C's nicht unbedingt mehr "selbstheilend" da der Energieeintrag dann aus dem Gesamtverbund kommt, und oft zu hoch ist um nur eine kleine Fläche verdampfen zu lassen.
Impulsstrom-feste Kondensatoren zeichnen sich durch hohe Schichtstärken der Metallisierung aus, oder verwenden statt der Metallbeschichtung direkt eine Metallfolie. Hier wäre normalerweise ein "selbstheilen" gleichbedeutend mit einem so hohen Energieeintrag, daß das Bauteil zerstört wird.

Hier eine kleine Übersicht mit der Bitte um Vervollständigung.

{| class="wikitable"
| style="width:8em"| '''Folientyp''' || Poly- propylen || Poly- styren || Poly- carbonat ||Poly- ester|| Poly- styrol || Poly- ethylen- naphthalat || Polytetra- fluor- ethylen || Poly- phenylen- sulfid || Metall- Papier
|-
| '''Folien-''' '''markenname''' || Hostalen || - || Makrofol, Makroflex || Mylar, Hostaphan || Styroflex || Kaladex|| Teflon|| Tedur, Ryton|| Papier
|-
| '''Abkürzung''' || PP || - || PC|| PET || PS|| PEN|| PTFE|| PPS|| -
|-
| '''Typ''' || (F)KP, MKP || - || KC, MKC || (F)KT, MKT || -KS, MKS || (F)KN, MKN|| -|| (F)KI, MKI|| MP
|-
| '''Temperatur-''' '''festigkeit /°C''' || ca 105 || - || ca. 105 || 125..150 || - || 150 || -|| 150 || 85
|-
| '''Toleranz''' '''+/-%''' || 1 || 1 || -|| - || - || -|| -|| -|| 20
|-
| '''Grenzfrequenz /kHz''' || 100 || 400 || -|| - || 1000 || -|| -|| -|| -
|-
| '''Selbstheilend''' || ja || - || -|| ja || - || -|| -|| -|| ja
|-
| '''Impuls-''' '''belastbarkeit''' || + || + || || + || -- || -|| -|| -|| +
|}
(MK) = metallisierte Folie, (F) = Metallbeläge z.B. Metallfolie (K) = Metallfolie+Kunststofffolie

=== Elektrolyt-Kondensator ===
Ein Elko unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von anderen Kondensatoren, daß nur eine Elektrode aus einer Metallschicht besteht, die zweite aus einem festen, oder flüssigen Elektrolyten.

Siehe auch den Artikel '''Elektrolytkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolytkondensator Wikipedia]'''.

==== Fest-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus Polymeren, Metalloxiden, Braunstein, ... und sind wie die Elkos immer gepolt.
Als Metalloxide ist Tantal sehr, und Niob noch weniger verbreitet.
Takos sind '''SEHR''' empfindlich gegenüber schnellen Spannungsanstiegen bzw. Überspannung und sollten nie ohne Vorwiderstand direkt an einer niederohmigen Quelle (Batterie) geladen/betrieben werden. Takos verbrennen im Fehlerfall mit einer Stichflamme, daher empfiehlt es sich eine deutlich höhere Spannungsfestigkeit zu wählen und - bei direktem Anschluß an eine niederohmige Quelle - zusätzlich ein Lade-Vorwiderstand einzubauen. Treten zusätzlich hohe Temperaturen auf, ist die Spannungsfestigkeit mindestens zu verdoppeln.
Kondensatoren mit Niob statt Tantal sind weniger verbreitet, und noch sehr teuer. Ihr Vorteil ist z.B. die Unempfindlichkeit gegenüber schnellen Spannungsanstiegen, sie können direkt an jeder Quelle betrieben werden.

==== Flüssig-Elektrolyt ====
Diese Bauteile bestehen aus zwei Lagen '''sehr stark angeätzter''' Aluminiumfolie - zur Vergrößerung der Oberfläche - und einem flüssigen (seltener "einem festen") Elektrolyten. Die zweite Folie kontaktiert gleichzeitig den Elektrolyten. Der Elektrolyt ist häufig auf Alkoholen basierend, aus/mit Schwefelsäure oder Glykol.
Die Alufolie wird nach den ätzen anodisch oxidiert. Die Eloxal-Schicht ist mechanisch belastbar, und stellt die '''einzige''' Isolation zwischen den beiden Anschlüssen dar. Die Oxidation der Alufolie wird je nach Hersteller bei ca. 140..165% der Nennspannung durchgeführt. Die Oxidschicht baut sich durch den Elektrolyten bei langer Lagerung stark ab, daher sinkt die Spannungsfestigkeit eines Elkos mit seinem Alter. Alte Bauteile können - sofern noch Elektrolyt enthalten ist - durch spannungsrichtiges Anschließen an eine Spannungsquelle und langsamen erhöhen der Spannung bis über die Nennspannung hinaus wieder "formiert" werden. Achtung, hier besteht die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Anschlüssen, daher hochohmigen Vorwiderstand verwenden!
Wird ein Elko verpolt betrieben, wird die Oxidschicht im Laufe der Zeit (Abhängig von Spannung und Temperatur) abgebaut, und der Kondensator schlägt durch.

=== Doppelschicht-Kondensatoren ===
Siehe auch den Artikel '''Superkondensator in [https://de.wikipedia.org/wiki/Superkondensator Wikipedia]'''.

Diese Bauteile werden unter Markennamen wie "Goldcap", "Ultracap" oder "Supercap" vertrieben, besitzen meist ein flüssiges Elektrolyt haben aber nicht besonders viel mit den o.g. "Elektrolytkondensatoren" gemeinsam. Dieser Kondensator besitzt Eigenschaften eines Kondensators und einer Batterie. Der "Kondensator" ist hier aus (im Gegensatz zum Elko) zwei Lagen einer einseitig metallisierten Aktivkohle, einem Separator, und einem Elektrolyten.
Das verwendete Elektrolyt erfüllt unter definierten Betriebsbedingungen die Funktion eines zusätzlichen Dielektrikums, und trägt zusätzlich zur ohnehin schon sehr großen Fläche der Aktivkohle, durch seine extrem dünne Schichtdicke, zur sehr hohen Kapazität bei.
Im Gegensatz zu einer Batterie kann der Doppelschichtkondensator Energie sehr schnell aufnehmen und abgeben, und altert dabei nur im geringen Maße. 500000 Lade-/Entladezyklen sind erreichbar, wenn die Spannung pro Zelle nicht überschritten wird. Normal sind hier 2,3..2,5V.

== Anwendungen ==
Hier wird für verschiedene Anwendungsfälle eine sinnvolle Lösung empfohlen.

{| class="wikitable"
| '''Anwendung''' || '''Beispiel''' || '''Empfohlener Typ''' ||'''Kommentar'''
|-
| Stromversorgung || Netzteil|| Elko||
|-
| Stromversorgung || Zwischenkreis|| Elkos, Folienkondensatoren||
|-
| Datenerhalt || || Doppelschichtkondensator ||
|-
| Energiespeicher|| digitale Schaltungen|| Kerko || z.B. 47nF pro IC bzw. Vcc-Anschluß
|-
| Hohe Impulsenergie x00ms || Impulsschweißgerät, (capacitive discharge)|| Elko (Folie)||
|-
| Impulsfeste Kondensatoren || Coils shrinker, Coilgun, Railgun|| Folie||MKT10 oder noch besser FKT1
|-
| NF-Filter|| PWM als DAC || Tako/Elko/Kerko ||
|-
| HF-Filter|| Beispiel || Styroflex-Folie ||
|-
| Audio || Kopplung || Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Motorkondensator || MP oder Folie ||
|-
| Vorwiderstand || Kondensatornetzteil|| Kerko/Folie || Achtung, nur X2-Typen!
|}

== Mathematik zum Kondensator ==

Die Größe eines Kondensators ist seine Kapazität (Formelzeichen ''C''), die als Ladung (Formelzeichen ''Q'') durch Spannung (Formelzeichen ''U'') definiert ist.

<math>C=\frac{Q}{U}</math>

Die Einheit für die Kapazität ist Farad:

<math> [C]=F=\frac{As}{V}</math>

=== Reihenschaltung ===

Für eine Reihenschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>\frac{1}{C_{ges}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\dots+\frac{1}{C_n}</math>

<math>U_{ges}=U_1+U_2+\dots+U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1=I_2=\dots=I_n</math>

===Parallelschaltung ===

Für eine Parallelschaltung von ''n'' Kondensatoren gilt:

<math>C_{ges}=C_1+C_2+\dots+C_n</math>

<math>U_{ges}=U_1=U_2=\dots=U_n</math>

<math>I_{ges}=I_1+I_2+\dots+I_n</math>

===Gespeicherte Energie ===

Die in einem Kondensator gespeicherte Energie lässt sich durch die Formel

<math> W=\frac{C}{2} \cdot U^2 = \frac{1}{2 \cdot C} \cdot Q^2 = \frac{U}{2} \cdot Q </math>

berechnen.

== Praxis ==

=== Polaritätszeichen ===

Elektrolytkondensatoren (kurz Elkos) sind in der Regel gepolt, d. h. Gleichspannungspegel müssen in einer vorgeschriebenen Polarität angelegt werden, damit das Dielektrikum nicht zerstört wird. Bei Aluminium-Elkos wird dabei generell der Minuspol gekennzeichnet, bei kleinen Bauformen mit einem Strich, bei größeren Bauformen befinden sich u. U. auch noch Minuszeichen in diesem Strich eingebettet. Bei Tantal-Elkos hingegen wird immer der Pluspol gekennzeichnet, sowohl bei SMD als auch THT-Bauformen.

[[Bild:SMD-Elkos.jpeg]]

Die gezeigten Elkos haben folgende Werte (von links nach rechts):

* 220 µF, Spannungsfestigkeit 6 V
* 100 µF (<math>10 \cdot 10^7</math> pF), 16 V
* 22 µF, 10 V
* 1 µF, 35 V
* 2,2 µF (<math>22 \cdot 10^5</math> pF), 10 V

Die beim 100-µF-Kondensator zu findende Buchstabenschreibweise für die Spannungsfestigkeit ist wenig gebräuchlich, aber gelegentlich anzutreffen. Die Zuordnung ist:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Buchstabe''' || e || g || j || A || C || D || E || V || H || J || K
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 2.5 || 4 || 6,3 || 10 || 16 || 20 || 25 || 35 || 50 || 63 || 80
|}

Die Spannungsfestigkeit kann auch durch eine zweistellige Kombination aus einer Ziffer und einem Buchstaben codiert sein:

{| class="wikitable"
| style="width:8em" | '''Kombination''' || 0G || 0L || 0J || 1A || 1C || 1E
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 4,0 || 5,5 || 6,3 || 10 || 16 || 20
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 1H || 1J || 1K || 2A || 2Q || 2B
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 50 || 63 || 80 || 100 || 110 || 125
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2C || 2Z || 2D || 2P || 2E || 2F
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 160 || 180 || 200 || 220 || 250 || 315
|-
|
|-
| '''Kombination''' || 2V || 2G || 2W || 2H || 2J || 3A
|-
| '''Spannungs-''' '''festigkeit /V''' || 350 || 400 || 450 || 500 || 630 || 1000
|}

{| class="wikitable"
| '''Case Code''' (Bauform) || A || B || C || D
|-
| '''EIA Code''' || 3216 || 3528 || 6032 || 7343
|-
| '''Länge''' (mm) || 3,2 || 3,5 || 6,0 || 7,3
|-
| '''Breite''' (mm) || 1,6 || 2,8 || 3,2 || 4,3
|-
| '''Höhe''' (mm) || 1,6 || 1,9 || 2,5 || 2,8
|-
| Maßtoleranz (mm) || 0,2 || 0,2 || 0,3 || 0,3
|}

=== Siebkondensator ===

Der Siebkondensator sitzt hinter einem Gleichrichter und hat die Aufgabe, aus einer gleichgerichteten, pulsierenden Spannung, eine annähernd konstante Gleichspannung mit nur wenig Welligkeit (engl. Ripple) zu machen. Er wird periodisch geladen und muss während der Ladepausen, wenn die Eingangssspannung vor dem Gleichrichter kleiner als die Ausgangsspannung ist, den Ausgang mit Strom versorgen. Man findet ihn in allen klassischen Netzteilen mit 50Hz Trafo. Als Daumenregel kann man sich merken, dass man pro 1A Ausgangsstrom ca. 10mF braucht, um eine Welligkeit von ca. 1Vpp zu erreichen.

Einen Siebkondensator findet man auch am Ausgang von Schaltnetzteilen, seine Aufgabe ist dort die gleiche. Allerdings sind die Schaltfrequenzen deutlich höher, typisch 50-500kHz. Darum muss dieser Kondensator einen besonders kleinen, effektiven Innenwiderstand besitzen (engl. ESR, Equivalent Series Resistance).

=== Entkoppelkondensator ===

Der Entkoppelkondensator hat die Aufgabe, die Versorgungsspannung nahe an einem IC für hochfrequente Ströme zu puffern (entkoppeln, engl. decoupling). Schnelle Digital- und Analogschaltungen benötigen vor allem beim Umschalten sehr schnell viel Strom, in der Größenordnung von Nanosekunden bis Mikrosekunden, je nach IC Milliampere bis Ampere. Diese müssen mit möglichst geringem Widerstand und Induktivität geliefert werden. Ein Stromversorgungsnetz auf einer Platine kann das meist nur unzureichend, dazu sind die Leitungen meist zu lang und damit die Induktivität zu hoch. Ein nah am IC platzierter Kondensator liefert diesen Strom für kurze Zeit, ohne dass die Spannung nennenswert einbricht. Die Entkopplung der Stromversorgung geschieht meist mehrstufig, d.h. es werden Kondensatoren verschiedener Arten und Kapazitäten eingesetzt, siehe [[Stromversorgung für FPGAs]].

Praktische Anwendung

* '''Jeder''' Digitalschaltkreis benötigt einen 100nF Keramikkondensator nah (kleiner 20mm) an den Anschlüssen von VCC und GND. Je schneller der IC schalten kann, umso wichtiger ist er.
* Für '''jedes''' Anschlusspaar von VCC und GND eines ICs muss ein Kondensator verwendet werden. Sparen geht hier oft schief!
* Für die Verbindung der Enkoppelkondensatoren zur Masse- bzw. Versorgungsfläche sollte man möglichst je Kondesator ein VIA benutzen und nicht über ein VIA mehrere Kondensatoren verbinden. Dadurch wird die parasitäre Induktivität vermindert.
* Schnelle Analogschaltkreise wie Operationsverstärker, [[Treiber]] etc. brauchen auch individuelle Entkoppelkondensatoren.
* Pi mal Daumen gilt: Je größer der Kondensator, umso weiter kann er von dem Verbraucher weg sein, da er auf Grund seines Innenwiderstands weniger HF-tauglich ist. Es ist somit nicht sinnvoll, einen 1000µF Elektrolytkondensator 10mm neben einen Digital-IC setzen zu wollen. Dort gehört der 100nF Keramikkondensator hin. Aber für die Stromversorgung von Motoren, Treibern und [[H-Brücken Übersicht|H-Brücken]] sind derartige großen Kondensatoren wichtig und sollten nicht zu weit entfernt sein.

=== Koppelkondensator ===

Koppelkondensatoren verbinden Verstärkerstufen. Dabei wird jedoch nur der Wechselanteil übertragen, kein Gleichanteil. Diese Kondensatoren müssen möglichst verzerrungsarm sein, vor allem im Audiobereich. Das wird durch die richtige Wahl des Dielektrikums erreicht.

=== Forumsbeiträge ===

* [http://www.mikrocontroller.net/topic/43762 Abblockkondensator: Kerko (Keramik) oder Folie?]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/62576 Brennende Tantalkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#963281 Kodierung (Umwandlung)]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/169958#1624840 Unterschied: Elektrolytkondensator vs. Tantalkondensator]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/195563#1915294 Unterschied: C0G vs. Glimmer]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/264347#2748845 Kurze Beschreibung verschiedener Folienkondensatoren]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/108865#1356075 PC Tool zum Identifizieren von Kondensatoren]
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/436472#5164488 Kräftige Ladepumpe 12V?], wie Ladungspumpen effizient arbeiten
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/470224#5763932 MMLC Kondensatoren Bauform reduzieren]

== Weblinks ==

* [http://my.execpc.com/~endlr/index.html CapSite 2009] - Introduction To Capacitors
* [http://www.cde.com/catalogs/AEappGUIDE.pdf Aluminum Electrolytic Capacitor Application Guide] von CDE Cornell Dubilier
* Anwendungen
** [http://www.radio-electronics.com/info/data/capacitor/capacitor_types.php Capacitor types and their uses] (engl.)
** [http://www.planetanalog.com/features/showArticle.jhtml;jsessionid=23?articleID=199905522 Choosing and Using Bypass Capacitors] (dreiteilige Artikelserie) bei [http://www.planetanalog.com www.planetanalog.com]
** [http://www.vagrearg.org/?p=decoupling Decoupling by Example]
* Video-Tutorials
** EEVblog #33 – Capacitor Tutorial [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-1of2-capacitor-tutorial-electrolytic-tantalum-and-plastic-film/ Teil 1: Electrolytic, Tantalum, and Plastic Film] und [http://www.eevblog.com/2009/09/26/eevblog-33-2of2-capacitor-tutorial-ceramics-and-impedance/ Teil 2: Ceramics and impedance]
* [http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/5527 Tutorial] von Maxim, "Temperature and Voltage Variation of Ceramic Capacitors, or Why Your 4.7µF Capacitor Becomes a 0.33µF Capacitor", engl.
* [http://www.wima.de/DE/characteristics.htm Vergleichstabelle] der Eigenschaften von Folien- und Keramikkondensatoren, WIMA
* [http://portal.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html] Bob Pease: "Understand Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems"
* [http://www.youtube.com/watch?v=AP_FSyWGpoE Youtube-Video zum Thema Abblockkondensatoren (Deutsch)]
* [http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung Entkopplung] von ICs, von Lothar Miller

[[Category:Bauteile]]
[[Category:Grundlagen]]

NE555

2021-03-02T04:43:08Z

Ararara: /* Interner Aufbau */

== NE555 ==
=== Einleitung ===
In diesem Artikel soll der NE555 (und seine Artgenossen) beschrieben werden und anhand von Grundschaltungen und praktischen Beispielen dieser wunderbare vielfältige IC näher gebracht werden.

=== Vorgeschichte ===
Der NE555 wurde von der Firma Signetics (später Philips Semi. bzw. NXP) in den 1970er Jahren als universeller Timerbaustein entwickelt. Das Design des Chips übernahm der Schweizer Hans R. Camenzind, der zuvor bereits PLLs und VCOs entwickelt hatte.

Dass dieser Timer, ganz wider der ursprünglichen Vermutung, ein Kassenschlager wurde, zeigte sich bereits ein Jahr nach der Markteinführung! Denn bereits nach nur einem Jahr hatten bereits acht andere Hersteller ebenfalls einen NE555 im Programm.

=== Derivate ===
{| style="width:40em;" | class="wikitable"
|+
|-
! style="width:6em;" | Name
! Beschreibung
|-
| NE555 || ursprünglicher IC von diversen Herstellern
|-
| NE556 || zwei NE555 in einem Gehäuse, ebenfalls von diversen Herstellern
|-
| MC1455 || Nachbau von Motorola bzw. On Semi
|-
|LM555 || Nachbau von National Semi
|-
|KA555 || Nachbau von Fairchild Semi
|-
|SN72555 || Nachbau von Texas Instruments
|-
|TLC555 || CMOS-Variante von Texas Instruments
|-
|LMC555 || weitere CMOS-Variante von National Semi
|-
| ICM7555 || CMOS-Variante von diversen Herstellern (z.B. Intersil, Philips, Maxim)
|-
| ICM7556 || duale CMOS-Variante von diversen Herstellern
|}

== Technik des NE555 ==
=== Interner Aufbau ===
[[bild:ne555.png | mini | 400px | Blockschaltbild des NE555]]
Der NE555 hat fünf Funktionsblöcken, die aus 23 Transistoren, 2 Dioden und 16 Widerständen bestehen. Die Zahlen in Klammern geben die Pinnummer im DIL8/SO8 Gehäuse an. Das Blockschaltbild wurde gegenüber den meisten Darstellungen in den Datenblättern leicht verändert, es gibt hier ein Q und !Q Ausgang, um eine verwirrende Doppelinvetierung zu vermeiden.
* Spannungsteiler R1-R3, der die Eingangsspannung auf 1/3 und 2/3 der Versorgungsspannung teilt
* zwei Komparatoren, deren Schaltschwellen bei 1/3 bzw. 2/3 der Versorgungsspannung liegen
* ein RS-Flipflop mit zusätzlichem Reset, welches durch die beiden Komparatoren gesteuert wird
* ein Gegentakt-Ausgang
** kann beim bipolaren NE555 mit bis zu +/-200mA belastet werden kann
** die CMOS-Versionen haben eine '''deutlich''' schwächere Ausgangsstufe mit +10/-100mA
* ein Transistor, der synchron zum Ausgang schaltet
* das RS-FlipFlop hat drei Steuereingänge. Für den Fall, daß mehr als einer aktiv ist, gelten folgende Prioritäten
** AR (Reset, höchste Priorität)
** S (Set)
** R (Reset, niedrigste Priorität)

=== Signale ===

{| style="width:40em;" | class="wikitable"
|+
|-
! style="width:3em;" | Pin
! style="width:6em;" | Name
! Beschreibung
|-
| 1 || GND || Masse des ICs, 0V
|-
| 2 || Trigger || Setzen des Flipflops bei < 1/3 der Versorgungsspannung
|-
| 3 || Ausgang || Gegentaktendstufe mit bis zu +/-200mA Ausgangsstrom
|-
| 4 || Reset || Rücksetzen des FlipFlops bei LOW
|-
| 5 || Control Voltage || Möglichkeit, die Schaltschwellen zu verändern
|-
| 6 || Threshold || Rücksetzen des Flipflops bei > 2/3 der Versorgungsspannung
|-
| 7 || Discharge || [[Ausgangsstufen_Logik-ICs#Open_Collector | Open Collector Ausgang]], synchron zum Ausgang
|-
| 8 || Vcc || Positive Versorgungsspannung
|}

== Beispielschaltungen ==
=== Kippstufen ===
==== Monostabile Kippstufe ====
[http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310121.htm das-Elko.de: NE555 als monostabile Kippstufe / Retriggerbares Monoflop:]

==== Astabile Kippstufe ====
So lässt sich auch ein ein Rechteckgenerator mit einstellbarem Puls-Pausen-Verhältnis (PWM) bauen. Dazu einfach den Impulsdauer bestimmenden Widerstand durch ein Poti ersetzten:

[http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310131.htm das-Elko.de: NE555 als Astabiler Multivibrator, mit Berechnungsbeispielen]

=== Signalgeneratoren ===
==== Rechteckgenerator ====
Siehe [[#Astabile_Kippstufe]]

==== Dreiecksgenerator ====
Eine Dreiecksgenerator und Sägezahngenerator sollte man vernünftigerweise aus [[Operationsverstärker]]n aufbauen. Gründe sind [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/dreieckg.htm hier] genannt.

==== Schmitt-Trigger ====
[http://home.cogeco.ca/~rpaisley4/LM555.html#13 ''LM555 and LM556 Timer Circuits'' Schmitt-Trigger]

=== Ladungspumpen ===
==== Positiv (Spannungsverdopplung) ====
[http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0206161.htm NE555 als Spannungsverdoppler]

==== Negativ (Invertierung) ====
[http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0206162.htm das-Elko.de: NE555 als Spannungsinvertierer]

=== MOSFET-Treiber ===
Eine Anwendung ganz ohne Timer-Funktionalität verwendet dessen leistungsstarke Push-Pull-Ausgangsstufe als Gate-Treiber für Leistungs-MOSFETs. Typischerweise in Verbindung mit Mikrocontrollern. Durch einen Trick kann man auch die üblicherweise notwendige Spannungsverstärkung von 5 V auf 12 V mit erledigen lassen, da das Gros der Leistungs-MOSFETs hohe Gate-Spannungen möchte (= sind nicht als Logic-Level-MOSFETs spezifiziert).

==== Ohne wesentliche Spannungsverstärkung, invertierend, hochohmig ====
Das Eingangssignal wird an Pin 2 (IL) und 6 (IH) gegeben. Der Eingangsspannungshub sollte mindestens zwischen 1/3 und 2/3 der 555-Betriebsspannung liegen. Am Anschluß 5 lässt sich durch externe Widerstandsbeschaltung der Eingangsspannungshub modifizieren.

==== Mit Spannungsverstärkung, nichtinvertierend ====
Das TTL-Eingangssignal wird an Pin 4 (RESET) gegeben! Auch bei 3,3 V, 2,5 V und 1,8 V Spannungspegel. Pin 2 und 6 kommen an Masse. Laut Datenblatt hat RESET Vorrang vor IH und IL.

== Datenblätter ==
* [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/CD00000893.pdf TS555] (CMOS)
* [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/CD00000479.pdf NE555] (bipolar)
* [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/CD00000480.pdf NE556] (bipolar, zweifach in einem Gehäuse)

== Siehe auch ==
* [[Monoflop]]
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/513202#6589602 Forumsbeitrag]: NE555-Cartoon Signetics 1973

== Weblinks ==

* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0206115.htm das-Elko.de]: Sehr gute Erklärung zum NE555 mit Bildern
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/test555.htm das-Elko.de] Vergleich von CMOS- und Bipolarversion
* [http://home.cogeco.ca/~rpaisley4/LM555.html ''LM555 and LM556 Timer Circuits''], viele Beispielschaltungen
* [http://de.wikipedia.org/wiki/NE555 Wikipediaeintrag zum NE555]
* [http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/Timing/24hour.htm 24 hour timer] Digitale Alternative zum NE555 für lange und sehr lange Pulse (Minuten bis Stunden)
* [https://www.eevblog.com/2013/12/11/eevblog-555-555-timer-kit/ EEVblog #555 – 555 Timer Kit], Nachbau der NE555 aus diskreten Transistoren

[[Kategorie:Bauteile]]
[[Kategorie:Timer und Uhren]]