Kondansatör, iki iletken plaka arasına dielektrik malzeme yerleştirilmesi ile elde edilen temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır. Reaktif güç kontrolü, elektrik yükü depolama gibi özellikleri olan kondansatörler nasıl çalışır? Ayrıntılar yazımızda.
Bu bölümde öncelikle kondansatörün tarihçesinden, kondansatör çeşitlerinden ve kapasite değerlerinin okunmasından bahsedeceğiz.
Şekil 1: Kondansatör Genel Yapısı
Kondansatörün Tarihçesi
Kondansatör 1745 yılında, elektrik yükünü depolama çalışmaları yapan Hollandalı fizikçiPieter van Musschenbroek tarafından icat edilmiştir. İlk kondansatör ise iç ve dış kısmı metal folyo ile kaplı, ipek yalıtkan iplerle asılmış, içi su dolu Leyden şişesidir. Bu yüzden, kapasite birimi olarak ilk zamanlarda jar (şişe) kullanılmıştır. 1 jar yaklaşık olarak 1 nanoFarad'a eşittir.
Şekil 2: İlk Kondansatör Leyden Şişesi
Kondansatör 'C' harfi ile sembolize edilir ve birimi Farad'dır. Piyasada sığaç, kapasitör gibi isimlerle de anılmaktadır ve özelliklerine göre birçok sınıflandırma yapılmaktadır. En çok kullanılan sınıflandırma yöntemi ise dielektrik maddeye göre sınıflandırmadır.
Yalıtkan Malzeme Türüne Göre Kondansatörler
İki iletken plaka arasındaki yalıtkan maddenin seçimindeki en önemli unsur, kondansatörün kullanılacağı devredeki gerilim ve frekans değeridir.
1) Mikalı kondansatörler: Yüksek gerilimli devrelerde kullanılır ve çalışma voltajları 100V-2500V aralığındadır.
2) Seramik kondansatörler: Kapasite değerleri çok küçüktür ve sıcaklık değişimlerinden çok kolay etkilenir. Enerji kayıpları azdır ve bu sayede yüksek frekanslı devrelerde kullanılabilirler.
3) SMD kondansatörler: Çok küçük elektronik devrelerde kullanılmaktadır.
4) Elektrolitik kondansatörler: sıvılı ve kuru tip olmak üzere iki çeşittir. Bu tip kondansatörlerde + ve – kutuplanma mevcuttur ve çalışma voltajlarının üstünde bir gerilime maruz kaldıklarında ısınıp patlayabilirler.
Ayrıca sıvılı tip kondansatörler sadece doğru akım devrelerinde kullanılabilmektedir. Elektrolitik kondansatörlerin piyasada en çok kullanılan çeşitleri alüminyum elektrolitik kondansatör ve tantalum elektrolitik kondansatördür.
Ayrıca sıvılı tip kondansatörler sadece doğru akım devrelerinde kullanılabilmektedir. Elektrolitik kondansatörlerin piyasada en çok kullanılan çeşitleri alüminyum elektrolitik kondansatör ve tantalum elektrolitik kondansatördür.
Alüminyum elektrolitik kondansatörün, düşük sıcaklıklarda kapasite kaybı eğilimi vardır ve yüksek frekanslarda kullanılamaz.
Tantalum elektrolitik kondansatör, düşük sıcaklıklarda yüksek performans gösterir. Kaçak akımı fazladır.
Şekil 3: Kondansatör Çeşitlerinin Çalışma Gerilimleri ve Kapasite Değerleri
Kutuplarına Göre Kondansatörler
1) Kutupsuz kondansatörler: Kapasiteleri pikoFarad – mikroFarad aralığındadır ve üretim aşamasında kutuplanmıştır. Devreye bağlanma şekli önemli değildir. Seramik ve mika kondansatörler bu grupta yer alır.
2) Kutuplu kondansatörler: Üzerinde + ve – işaret bulunmaktadır. Devreye bağlanma şekli çok önemlidir ters bağlanmaları durumunda bu kondansatörler patlar. Değerlikleri pikoFarad’dan başlar ve çok yüksek değerlere kadar devam eder.
Şekil 4: Kutuplarına Göre Kondansatör Çeşitleri
Kapasite Değişimine Göre Kondansatörler
Kondansatörler, kapasite değerlerinin değişimine göre sabit değerlikli kondansatör veayarlanabilir kondansatör olmak üzere ikiye ayrılır.
Şekil 5 : Ayarlanabilir Kondansatörlerin Gösterimi
1) Sabit değerlikli kondansatörler: Üretim aşamasında belirlenen kapasite değerinde sonradan değişiklik yapmak mümkün değildir ve bu nedenle devrede daha sonra ince ayar yapma imkanı yoktur.
2) Ayarlanabilir kondansatörler: Plakaların uzaklaştırılıp yakınlaştırılması ile kapasite değerlerinde değişiklik yapmak mümkündür. Bu kondansatörler varyabl, trimer ve varaktörolmak üzere üç çeşittir. Bunlar arasındaki fark ise plakaların hareket ettirilme yöntemidir.
Şekil 6: Dünden Bugüne Kondanstörler
Kondansatörlerin Kapasite Değerlerinin Belirlenmesi
Kullanıcı için kondansatördeki en önemli iki değer: kondansatör çalışma gerilimi ve kondansatör kapasite değeridir.
Bazı kondansatörlerin çalışma değerleri üzerinde yazılıdır. Çalışma değerleri yazılı olmayan kondansatörlerde ise rakam ve renk kodları kullanılmaktadır.
Rakam kodlu kondansatörlerde son rakam kadar sıfır, kendisinden önce gelen rakamlara eklenir ve bulunan değer pikoFarad'dır. Örneğin üzerinde 202 yazan bir kondansatörün kapasitesi 2000 pF olarak bulunur.
Eğer rakamlar arasında nokta kullanılmışsa kondansatör üzerinde yazan sayı kapasiteyi mikroFarad olarak verir. Yani kondansatör üzerinde 0.5 yazıyorsa bu kondansatörün kapasitesi 0.5 mikroFarad'dır.
Şekil 7: Rakam Kodlu Kondansatör
Özellikle tantulum ve seramik kondansatörlerde renk kodları kullanılmaktadır. Renk kodlamasında her renk bir rakama karşılık gelmektedir. Bu kodlamada 1. ve 2. renkler anlamlı sayı dizisini oluşturur ve bu renklerin karşılık geldiği rakamlar aynen yazılır. Üçüncü renk ise anlamlı ilk iki rakamın yanına kaç tane sıfır ekleneceğini gösterir. Dördüncü renk kondansatörün toleransını yüzde olarak belirtir.
Şekil 8: Kondansatör Renk Kodları
Bu bölümde kondansatörün tarihçesinden, kondansatör çeşitlerinden ve değerliklerinin okunmasından bahsettik. Daha sonraki bölümlerimizde kondansatörlerin doğru akım ve alternatif akım analizlerinden, kullanım alanlarından, imalat ve tasarımlarından bahsedeceğiz.
Günlük Hayatımızda Kondansatörler
Kondansatör, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir malzeme konulması ile elde edilen devre elemanıdır. Aradaki yalıtkan maddenin görevi ise iletkenler arasında oluşabilecek istenmeyen sıçramaları engellemektir.
Resim 1: Kondansatörün İç Yapısı
Kondansatör devrelerde frekans ayarlamak, yük depolamak, depoladığı enerjiyi hızlıca serbest bırakmak gibi çeşitli görevler üstlenebilir. Bu görevleri günlük hayatta kullandığımız cihazlardan örnek vererek açıklayalım.
Fotoğraf makineleri, kameralar, cep telefonlarındaki flaşlar ani ve çok kısa süreli olarak ışık verir. Bu cihazlarda kullanılan kondansatörler, depoladıkları enerjiyi pillerin aksine çok hızlı bir şekilde serbest bırakır. Bu özellikleri sayesinde kondansatörlerin flaş tipi uygulamalarda kullanımları çok yaygındır.
Fotoğraf makineleri, kameralar, cep telefonlarındaki flaşlar ani ve çok kısa süreli olarak ışık verir. Bu cihazlarda kullanılan kondansatörler, depoladıkları enerjiyi pillerin aksine çok hızlı bir şekilde serbest bırakır. Bu özellikleri sayesinde kondansatörlerin flaş tipi uygulamalarda kullanımları çok yaygındır.
Resim 2: Fotoğraf Makinesindeki Flaş Uygulamasındaki Kondansatörler
Resim 3: Radyolarda Frekans Değiştirmek İle Görevli Kondansatörler
Laptop şarj cihazımızın fişini çektiğimizde adaptörün ışığı bir süre daha yanmaya devam eder. Işığın sönmesine kadar geçen süre kondansatörün boşalma süresidir.
Doğadaki Dev Kondansatörler: Yıldırımlar
Elektrik devrelerinde kullandığımız kondansatörler küçüktür fakat bazı durumlarda etkisi çok büyük olabilir. Yıldırımlar, doğadaki kondansatörlere en iyi örnek olarak gösterilebilir.
Resim 4: Doğadaki Dev Kondansatörler Yıldırımlar
Yıldırımlar, bulutlar ile yeryüzü arasında oluşan bir şimşek türüdür. Şimşek çakması esnasında yeryüzünde pozitif yükler birikir ve negatif yükler bulutların altında toplanır. Gerilimin artması ile yeryüzü ve bulut arasında aynı kondansatörün levhaları arasında olduğu gibi bir elektrik boşalması olur.
Kondansatörün Akım-Gerilim Değişimi
Kondansatörü güç kaynağınıa bağladığımızda akım tüm devre boyunca akar ve kondansatörün iletken plakalarında + ve –yük birikimi olur. Güç kaynağı devreden kaldırıldığında elektrik alan yok olmaz ve kondansatör elektrik enerjisi depolamış olur. Bu durum için beklenmedik bir olgu diyebiliriz. Aynı laptop şarj cihazı örneğinde olduğu gibi.
Resim 5: Kondansatör Ve Pil
Çalışma konusunda biraz daha ayrıntıya inerek kondansatörlerin doğru akım ve alternatif akım altındaki davranışlarından bahsedelim.
►Kondansatörün DC Kaynağa Bağlı Olması Durumu
Kondansatör DC kaynağa bağlandığında devreden logaritmik olarak azalan bir Ic akımı geçer. Bu durumda kondansatör üzerindeki Vc gerilimi artmaya başlar. Buna kondansatörün dolması denir. Kondansatör dolana kadar devreden sadece sızıntı akımı geçer.
Kondansatör dolduktan sonra Ic akımı artmaya, Vc gerilimi azalmaya başlar ve bu duruma kondansatörün boşalması denir.
Resim 6: DC Kaynağa Bağlı Kondansatörün Dolup-Boşalma Grafiği
Kondansatör dolana kadar iletim, boşalana kadar ise yalıtımdaymış gibi davranır.
►Kondansatörün AC Kaynağa Bağlı Olması Durumu
Kondansatör AC kaynağa bağlandığı zaman, DC devrede açıklanan olayın iki yönlü olarak gerçekleştiği gözlemlenir. AC devrelerinde kondansatörler, akım akışına karşı engel olmaz ancak bir direnç gösterir. Bu dirence kapasitif reaktans denir ve Xc ile gösterilir.
Resim 7: AC Kaynağa Bağlı Kondansatörün Gerilim Değişimi İle Dolup-Boşalma Grafiği
Kondansatörler gerilime duyarlıdır ve gerilim grafiklerinde sıçramalar olmaz. Ancak akım grafiklerinde sıçramalar yaşanabilir.
Kondansatörlü devrelere müdahele ederken kondansatörün yüksüz olduğundan emin olunmalıdır. Aksi durumlarda çarpılma riski ortaya çıkabilmektedir.
Kondansatörlü devrelere müdahele ederken kondansatörün yüksüz olduğundan emin olunmalıdır. Aksi durumlarda çarpılma riski ortaya çıkabilmektedir.
