Verschil tussen keramische en elektrolytische condensator

Belangrijkste verschil - Keramische versus elektrolytische condensator

Keramische en elektrolytische condensatoren zijn twee typen condensatoren die worden gebruikt in elektronische schakelingen. De grootste verschil tussen keramische en elektrolytische condensator is dat, in keramische condensatoren worden de twee geleidende platen gescheiden door een keramisch materiaal terwijl, in elektrolytische condensatoren worden de twee geleidende platen gescheiden door een elektrolyt en een metaaloxidelaag.

Structuur van een condensator

Een condensator is een apparaat dat elektrische energie kan opslaan. Hoewel er verschillende soorten condensatoren zijn, zijn de meeste gebaseerd op dezelfde basisblauwdruk. Simpel gezegd, een condensator bestaat uit twee geleidende platen gescheiden door een isolatiemateriaal genaamd "diëlectrisch“. De hoofdstructuur wordt hieronder getoond:

Basisstructuur van een condensator

De capaciteit van de condensator beschrijft hoeveel lading een condensator opslaat wanneer er een bepaald potentiaalverschil over is. Als elk van de geleidende platen een oppervlakte heeft  en ze zijn gescheiden door een afstand , dan de capaciteit  is gegeven door:

waar  is de diëlectrische konstante, wat een eigenschap is van de diëlektrische substantie.

Wat is een keramische condensator?

Een keramische condensator is een type condensator waarvan diëlektricum is een keramisch materiaal. In de eenvoudigste constructie hiervan bevindt zich een laag van een keramisch materiaal tussen twee geleidende platen. Het meest gebruikte type keramische condensatoren is echter de zogenaamde meerlaagse chipcondensatoren (MLCC). In MLCC's is er een aantal geleidende platen en een keramisch materiaal is ingeklemd tussen elk paar platen. In feite werken ze alsof ze veel kleine condensatoren parallel zijn, wat een grote gecombineerde capaciteit oplevert.

Keramische condensatoren: enkele laag (links) en meerdere lagen (rechts)

Er zijn twee hoofdtypen keramische condensatoren: klasse 1 en klasse 2. Klasse 1 condensatoren zijn nauwkeuriger en stabieler over een groter bereik van temperaturen terwijl Klasse 2 condensatoren bieden meer volumetrische efficiëntie (meer capaciteit per volume-eenheid).

Wat is een elektrolytische condensator?

Een elektrolytische condensator is een type condensator dat gebruikt een elektrolyt om zijn capaciteit te vergroten. Typisch werkt aluminium, tantaal of niobium als het geleidende materiaal. Het diëlektricum in deze condensatoren is de oxidelaag die zich op deze metalen vormt. Aangezien deze oxidelagen erg dun zijn, is de in de bovenstaande capaciteitsvergelijking is erg klein, waardoor de capaciteit van de condensator erg hoog is. In de ruimte tussen de geleiders bevinden zich papieren die in een elektrolyt zijn gedrenkt. De elektrolyt zelf fungeert als de anode, terwijl een van de metalen platen werkt als de kathode.

Sommige elektrolytische condensatoren

Elektrolytische condensatoren zijn gepolariseerde. Dit betekent dat wanneer ze op circuits zijn aangesloten, elke klem de juiste polariteit moet krijgen. Als ze met de verkeerde polariteit zijn verbonden, kunnen ze erg heet worden en zelfs exploderen. Voor elektrolytische condensatoren, de equivalente serieweerstand (ESR) is een belangrijk concept. Als de ESR te hoog is, zou de stroom door het circuit te klein zijn. De onderstaande figuur laat zien hoe de ESR (impedantie) van een condensator verandert met weerstand. Elke curve toont verschillende capacitieve waarden:

Impedantie als een functie van de frequentie voor condensatoren met verschillende capaciteiten

Merk op dat er voor elk type condensator een frequentie is waarbij de impedantie minimaal is. Deze frequentie is de resonante frequentie van de condensator. Merk op dat naarmate de capaciteit groter wordt, de resonantiefrequentie kleiner wordt.

Verschil tussen keramische en elektrolytische condensator

Structuur:

In keramische condensatoren, keramiek scheidt de geleidende oppervlakken.

In elektrolytische condensatoren, metaaloxidelagen en een elektrolyt scheiden de geleidende oppervlakken.

Dielectric:

In keramische condensatoren, een keramisch middel vormt het diëlektricum.

In elektrolytische condensatoren, het diëlektricum bestaat uit een zeer dunne oxidelaag.

Polarisatie:

Keramische condensatoren zijn niet gepolariseerd.

Elektrolytische condensatoren zijn gepolariseerd.

ESR:

Keramische condensatoren hebben meestal lage ESR's.

De ESR in elektrolytische condensatoren is meestal hoger en sterker afhankelijk van de frequentie.

microfonie:

Keramische condensatoren tentoonstellen microfonie: een effect waarbij mechanische trillingen leiden tot elektrische ruis in circuits.

Elektrolytische condensatoren geen microfonie vertonen.

Afbeelding met dank aan:

"Een diagram van een eenvoudige parallelle plaatcondensator" door inductiveload (eigen tekening, gedaan in Inkscape 0.44) [Public Domain], via Wikimedia Commons

"Keramik-Scheibenkondensator" door Elcap, Jens Both (eigen werk) [GFDLv1.2], via Wikimedia Commons (gewijzigd)

"Mlcc-Bauformen" door Elcap, Jens Both (eigen werk) [GFDLv1.2], via Wikimedia Commons (gewijzigd)

"Enkele verschillende stijlen van aluminium en tantaal elektrolytische condensatoren" door Elcap (eigen werk) [CC0 1.0], via Wikimedia Commons

"Impedanzkurven verschiedener Kapazitätswerte aus unterschiedlichen Kondensatorfamilien" door Elcap, Jens Both (eigen werk) [GFDLv1.2], via Wikimedia Commons