Kondansatör Nedir (Kapasitör), Çeşitleri Nelerdir?

Yazar

2019-05-22

2938

Okunma

Kondansatör Nedir ? (Kapasitör)

Kondansatör Nedir ? Kondansatör (bugünkü İngilizcede capacitor, “kapasitör”), elektronların kutuplanıp elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanı.

Kondansatörlerde temel olarak iki değişken, tüketici için seçme olanağı sunar ve kondansatörler arasındaki farkları oluşturur. Bunlar, kondansatörün çalışma – dayanma gerilim değeri ve depolayabileceği yük miktarıdır ve bunlar her kondansatörün üzerinde belirtilmiş olmak zorundadır. Bazı kondansatörlerin üzerinde çalışma değeri doğrudan yazılı iken bazılarında rakamlar ve renkler kullanılır. Direkt değerleri yazılı olanlar kolay okunmasına karşın, rakam ve renk kodlu olanların okunması belli standartlara bağlıdır.

Rakam kodları

Rakam kodlarının standartları bir liste şeklinde verilebilir.

Kondansatörün üzerinde kapasite değeri 3 rakam ve toleransı ise bir harf ile belirtilir.
Rakam kodlu kondansatörlerde son rakam kadar sıfır, ondan önce gelen rakamların yanına eklenir ve değer pikoFarad (pF) olarak bulunur. Yandaki resimde 103 yazan kondansatörün kapasitesi hesaplanırken, son rakam 3 kadar sıfır, kalan diğer sayı olan 10′un yanına eklenir ve kapasite 10000 pF = 10 nF olarak bulunur.
Eğer rakam kodları arasında nokta (.) kullanılıyorsa, yazılan sayı kapasiteyi doğrudan mikroFarad (µF) olarak verir. Resimde ortadaki kondansatörde görülen 0.1 yazısı kapasitenin 0,1 µF olduğunu gösterir.
Rakam kodlarının arasında p, n, µ, m harflerinden biri kullanılıyorsa, harfin olduğu yerde ondalık kısım devreye girer ve değer de harfin cinsinden okunur. Örneğin resimde alttaki kondansatörde yazan 5n6 ifadesi, kapasitenin 5,6 nF olduğunu belirtir.
Üçüncü rakam bazı istisnai durumlarda farklı anlamlar taşır. Üçüncü rakam, 1 – 5 arasında koyulması gereken sıfır sayısını belirtirken, hiçbir zaman 6 & 7 değerlerini alamaz. 8 & 9 sayıları ise sırayla 0,01 & 0,1 çarpanlarını belirtir.
Kapasite, bazı durumlarda tam yazılan değerde olmaz, bu sebeple belli oranlarda oynamalar olacağı göz önünde bulundurulur ve rakam kodlarının sonuna büyük harfler koyulur. Bu harfler de bize toleransın oranını belirtir.^[6] Aşağıdaki tabloda bu harflerin hangi tolerans değerini belirttiği sıralanmıştır.

Simetrik tolerans ifade eden kodlar

B = ± % 0,10	C = ± % 0,25	D = ± % 0,5
F = ± % 1	G = ± % 2	J = ± % 5
K = ± % 10	L = ± % 0,01	M = ± % 20
N = ± % 30	P = ± % 0,02	W = ± % 0,05

Simetrik olmayan tolerans ifade eden kodlar

Q = – % 10 , + % 30	S = – % 20 , + % 50
T = – % 10 , + % 50	Z = – % 20 , + % 80

Renk kodları

Rakam kodlarından başka, bazı kondansatör çeşitlerinde de renk kodları kullanılır. Özellikle seramik, tantalum ve polyester kondansatörlerde renk kodları yaygındır. Aşağıdaki liste renk kodlarının anlamlarını sıralarken, yandaki resimlerde de çeşitli örnekler görülebilir.

Renk Kodları Standartı

			Seramik		Tantalum		Polyester
*Renk*	*Değer*	*Çarpan*	T	V	T	V	T	V
Siyah	0	10⁰	2 pF	–	% 10	10 V	% 20	–
Kahve	1	10¹	% 1	–	% 1	–	–	100 V
Kırmızı	2	10²	% 2	–	% 2	–	–	250 V
Turuncu	3	10³	–	–	–	–	–	–
Sarı	4	10⁴	–	–	–	6,3 V	–	400 V
Yeşil	5	10⁵	% 5	–	% 5	16 V	% 5	–
Mavi	6	10⁶	–	–	–	20 V	–	–
Mor	7	10⁷	–	–	–	–	–	–
Gri	8	0.01	–	–	–	25 V	–	–
Beyaz	9	0.1	% 10	–	% 10	3 V	% 10	–

Seramik kondansatörlerde kodlar, renk çubuklarından hangisi kenara en yakınsa ondan başlanarak okunur. Tantalum ve polyester kondansatörlerde mevcut renk sırası ise resimde görüldüğü gibidir.
1 ve 2 numaralı renkler anlamlı sayı dizisidir ve aynen yazılır. Ç (çarpan) harfinin belirttiği renkler anlamlı rakamların yanına eklenecek sıfır sayısını belirtir. T (tolerans) kapasite değerindeki oynamayı, V (gerilim) ise kondansatörün çalışma gerilimini gösterir.

Harf kodları

Harf kodları kondansatörler üzerindeki toleransı veya sıcaklık katsayısını belirtmek için kullanılır. Tolerans değeri için rakam kodunun yanına bir büyük harf yerleştirilir. Bu harfin anlamı rakam kodları bölümünde yazmaktadır. Sıcaklık katsayısını belirtmek için ise harflerden oluşan bir dizi kullanılır.

Yalıtkan malzemelerin çoğunda sıcaklıkla kapasite değişmemesine rağmen bazı malzemelerde değişim olur. Sıcaklık katsayısı, bir malzemenin sıcaklıkla kapasite değişimini belirten katsayıdır. İngilizcesi temperature coefficient (tempco) olan bu katsayının birimi $1 / \circC$ ‘dir. Uygulamada ise $ppm 1 / \circC$ ifadesiyle karşılaşılır. ppm sözcüğü milyonda bir katsayısının İngilizce baş harflerinden oluşturulmuştur.

Bazı yalıtkan malzemelerin sıcaklıkla kapasite değişimi eğrisi düz kabul edilebilecek şekildedir. Ancak seramik yalıtkanın kapasitesi sıcaklık değişimine çok duyarlıdır ve büyük değişimler gösterir, öyle ki seramik kondansatörlerin üstünde belirtilen değerler sadece oda sıcaklığında (25 °C ~ 77 °F) geçerlidir. Sıcaklık katsayısı kondansatörlerin üzerinde bir harf dizisi kodla belirtilir ve aşağıdaki liste bu harflerin anlamını belirtir. Yandaki resimde bazı sıcaklık katsayısı kodlarının anlamları ve okunuş şekilleri verilmiştir.

P (positive change – pozitif değişim): Kapasite değerindeki değişimin sıcaklıkla arttığını anlatan harftir. Örneğin P100 ifadesi, sıcaklıkta milyonda bir derecelik bir artışın, kapasiteyi 100 parça artırdığını belirtir.

N (negative change – negatif değişim): Kapasite değerinin sıcaklık arttıkça azaldığını yani sıcaklıkla kapasitenin ters orantılı olarak değiştiğini belirtir. Örneğin üzerinde N1500 yazan bir seramik kondansatörün milyonda bir derecelik sıcaklık artışında, kapasitesi 1500 parça azalır.

NP0 (neg/pos/zero) – C0G (change zero): Sıcaklık nasıl değişirse değişsin kapasite değerinin hemen hemen sabit kaldığını belirtir.

GMV (guaranteed minimum value): Seramik kondansatörün üzerinde belirtilen kapasite değerinin, oda sıcaklığında garantilenmiş en küçük kapasite değeri olduğunu belirtir. Yani, kondansatörün kapasitesi çok daha büyük olabilir. Kapasite değerinin öneminin olmadığı uygulamalarda bu kondansatörler kullanılabilir.

Çeşitleri

Yalıtkan cinsine göre

Kondansatörleri sınıflandırmada en çok kullanılan yöntem yalıtkan maddesine göre sınıflandırmadır. Malzemelerin bağıl yalıtkanlık katsayısı ve delinme gerilimleri yalıtkanlar arasındaki farklılıkları oluşturur ve bunlar kondansatörlerin özelliklerini belirleyip uygulama alanlarındaki çeşitliliği genişletir. Yandaki resimde farklı kondansatörlerin sahip olduğu farklı kapasite ve çalışma gerilim değeri aralıkları görülmektedir. Aşağıdaki listede ise yalıtkanları farklı olan kondansatörlerin birbirine göre farkları sıralanır.

Vakumlu kondansatör nedir:

İki metal plakanın arasında havasız ortam bırakılır ve genelde cam veya seramik kaplanarak oluşturulur. Özellik olarak düşük yük kapasitesi (10 ~ 1000 pikoFarad) ve yüksek gerilime (10000 V’a kadar) dayanması gösterilebilir. Genelde radyo vericilerinde ve yüksek gerilim gerektiren uygulamalarda kullanılır.

Havalı kondansatör nedir: Metal plakaları arasında hava boşluğu bırakılmasıyla oluşturulan bu kondansatörlerde, plakalar genelde alüminyum ve gümüş kaplamalı olarak tasarlanır. Hava yalıtkanının dielektrik kaybı düşüktür. Hemen hemen tüm hava aralıklı kondansatörler ayarlanabilir olarak imal edilir ve radyo frekansı ayarlamada kullanılır. Ayrıca yüksek kapasite değerleri sunarlar.

Plastik film kondansatörnedir: Yüksek kaliteli polimer (polikarbonat, polyester, polipropilen ve yüksek kalite için polisülfon) tabakalarından üretilen plastik film kondansatörler sinyal ve filtre devrelerinde kullanım alanı bulur. Genelde kutupsuz olurlar.

Mikalı kondansatör nedir: Tasarım olarak metal filmli kondansatöre benzeyen mikalı kondansatör, çoğunlukla yüksek gerilim için kullanılır. Kapasite değerleri 50 pF ile 20 nF arasındadır. Tolerans değeri yüksektir ve yüksek frekansta çalışabilme özelliği vardır.

Kâğıtlı kondansatör nedir: İki uzun metal tabakanın arasına yağ emdirilmiş kâğıtların yerleştirilmesiyle elde edilir. 300 pF ile 4 µF arasında kapasite değeri alır ve delinme gerilimi, çalışma geriliminin 100 – 600 katı arasındadır. Eskiden radyo aksamında kullanılan bu kondansatör çeşidi görece yüksek gerilimlerde de kullanılır ancak kullanımı neredeyse tamamen bitmiştir.

Camlı kondansatör nedir: Yüksek gerilimde kullanılır ve pahalıdır. Pahalı olmasının sebebi yüksek kararlılıkta çalışması ve kapasite değerinin yüksek güvenilirliğe sahip olmasıdır. Geniş bir sıcaklık aralığında kararlı bir sıcaklık katsayısı vardır.

Seramik kondansatör nedir: Sırayla dizilmiş metal ve seramik tabakalarından oluşur. Yüksek hassasiyet gerektirmeyen kuplaj ve filtreleme işlemlerinde geniş bir kullanım alanı bulur. Yüksek frekans için uygundur.

Alüminyum elektrolitik kondansatör: Kutuplu olarak imal edilir. Yapısı metal filmli kondansatöre benzemekle birlikte, daha fazla alan kaplaması açısından alüminyum plakalar asitle yakılır. Yalıtkan malzeme ise elektrolitle ıslatılır. Düşük sıcaklıklarda kapasite kaybına eğilim gösterir. Frekans karakterinin kötü olması yüksek frekanslarda kullanımını kısıtlamaktadır.

Tantalum elektrolitik kondansatör: Alüminyum elektrolitik kondansatörle benzer özellikler gösterir ancak daha düzgün frekans ve sıcaklık karakteristiğine sahiptir. Kaçak akımı büyüktür ve düşük sıcaklıklarda performansı daha yüksektir.

OSCON (OS-CON) kondansatör: Yalıtkan olarak polimerleştirilmiş organik yarı iletken katı elektrolitik bulundurur. Yüksek fiyatını uzun ömürlü oluşuyla telafi eder.

Süper kondansatör nedir: Karbon aerojelinden imal edilir. Oldukça fazla kapasite değeri sunar. Bazı uygulamalarda şarj edilebilir piller yerine kullanılır.

Gimmick kondansatör nedir: Yalıtılmış iki telin birbirine dolanmasıyla oluşturulur. Her bir tel bir plakayı temsil eder. Gimmick kondansatörü ayarlanabilir bir kondansatör şeklidir. Tellerin birbirine dolanması veya dolanmaması durumunda %20 kadar bir kapasite değişimi oluşur.

Yalıtkanları farklı olan kondansatörlerin karşılaştırılması

	Tantalum	Alüminyum	Seramik	Film
Yalıtkan	Tantalum pentaoksit (Ta₂O₅)	Alüminyum oksit (Al₂O₃)	Baryum titanat türevleri	Polyester, polipropilin vb.
Dielektrik katsayısı	27	8 ~ 10	1500 ~ 15000 (Baryum titanat)	2.1 ~ 3.1
Şekil ve tipi	Çip, batırma	Vida, soket, çip	Çip, batırma	Çip, batırma
Avantajları	Küçük boyutta görece yüksek kapasite, yarı kalıcı çalışma ömrü	Ucuz, küçük boyutta yüksek kapasite	Küçük boyut, kutupsuzluk	İyi karakteristik, yaygın çalışma gerilimi yelpazesi, yüksek güvenilirlik
Dezavantajları	Kısıtlı çalışma gerilimi yelpazesi, kutupluluk	Sıcak ortamda kısa çalışma ömrü, yüksek kapasite toleransı, kutupluluk	Kapasite değerinde sıcaklığa ve gerilime yüksek bağımlılık	Boyutta büyüklük

Kapasite Değerine Göre

Kimi kondansatörlerin kapasiteleri değiştirilemez ve sabit kapasiteli olarak üretilirken, kimi kondansatörlerin kapasite değerleri üzerinde oynama, değişikliğe gitme imkânı vardır.

Sabit kondansatörler

Sabit kondansatörlerin üretim aşamasında belli olan kapasiteleri sonradan kullanıcı eliyle değiştirilemediğinden devreye ince ayar yapma imkânı yoktur. Kullanıcı önceden ihtiyacı olan çalışma değerlerini belirler, ardından ona göre uygun bir kondansatör temin eder. Sabit kondansatör olarak üstteki beş örnek sayılabilir. Bu kondansatör çeşitlerinin daha ayrıntılı anlatımları yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde bulunabilir. Devrede gösteriliş şekilleri ise yandadır.

Ayarlanabilir kondansatörler

Kapasiteleri çeşitli yöntemlerle değiştirilebilen kondansatörlere ayarlanabilir kondansatör adı verilir. Bu halleriyle ince ayar yapmaya imkân tanırlar. Yandaki resim, devre üzerinde ayarlanabilir kondansatörlerin alabileceği simgelerdir. Üç çeşit ayarlanabilir kondansatörden bahsedilebilir.

Varyabl kondansatör

Birçok plakanın birbiri içine geçecek şekilde bağlanmasıyla elde edilen varyabl kondansatörler, iki parçadan oluşur: Sabit parça stator ve hareketli parça rotor. Rotora bağlı olan mil sayesinde plakalar birbiri içine doğru hareket eder veya uzaklaşır. Bu şekilde plakalar arası yüzey alanı kontrol edilir ve kapasite değerinde değişim olur. Varyabl kondansatörler, çok büyük kapasite değerlerine ulaşamasalar da

yüksek gerilim ve yüksek frekans değerlerinde çalışabilme olanağı sunarlar.

Trimer kondansatör

Trimerler, varyabl kondansatörlerden farklı olarak plakaların birbirine yaklaştırılması yöntemiyle kapasite değişimi sağlar. Küçük güç ve küçük boyutlu olup tornavida ile kontrol edilen trimerlerin kullanım alanı genel olarak telekomünikasyon devreleridir.

Varaktör

Diyot kullanılarak oluşturulmuş bir kondansatör çeşididir. Gerilim kontrollüdürler, uygulanan gerilim değeri büyüdükçe kapasite değerleri düşer. Yüksek frekansta çalışabilip telekomünikasyon alanında frekans kontrolünde kullanılırlar.

Kutup Durumuna Göre

Kondansatörler üretim aşamasında kutupları belirlenmiş olarak da tasarlanabilir. Bu duruma göre kondansatörler iki gruba ayrılır.

Kutupsuz kondansatör

Üretim aşamasında kutuplanmamış ve devreye bağlanma yönü önem taşımayan kondansatörlerdir. Seramik ve mika yalıtkanlı kondansatörlerlerin dahil olduğu bu grup, birkaç pikoFarad’dan mikroFarad değerlerine kadar bir yelpazede değer alır.

Kutuplu kondansatör

Üretilirken kutuplu olarak tasarlanan bu kondansatörün bir $+$ ve bir $-$ ucu vardır. Bu uçların devreye düzgün şekilde bağlanması gerekir. Aksi halde ciddi hasarlar oluşur çünkü ters bağlama halinde bu kondansatörler patlar. Kutuplu kondansatörler grubuna yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde de anlatılan alüminyum elektrolitik ve tantalum kondansatörler girer. Bu kondansatörlerin kapasiteleri birkaç pikoFarad’dan başlar Farad ve üzerine kadar uzanan geniş bir yelpazede değer alır.

Devrede Kondansatör

Seri bağlama

Kondansatörlerin seri bağlanmasında öncelikle uçların doğru bağlanıp bağlanmamış olması sonrasında da kondansatörlerin yüklü olup olmaması göz önüne alınır. Her bir kondansatörün $-$ ucu sonraki kondansatörün $+$ ucuna bağlandığında seri bağlama sağlanmış olur. Yandaki resimde düzgün olarak seri bağlanmış 3 adet kondansatör bulunmaktadır. Kondansatörler seri bağlandığı zaman, kaynak akımı her bir kondansatörden geçen akıma eşit olur, kaynak gerilimi ise her bir kondansatörün gerilimlerinin toplamı olur.

Gerilim:
V = V_C1 + V_C2 + V_C3 + V_C4 + V_C5 + … + V_Cn
Akım:
i = i_C1 = i_C2 = i_C3 = i_C4 = i₅ = … = i_Cn
Eşdeğer Kapasite:
1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + 1/C₄ + 1/C₅ + … + 1/C_n

Paralel bağlama

Paralel bağlı elemanların $+$ uçları aynı noktaya, yine $-$ uçları da aynı noktaya bağlanır. Kondansatörlerin paralel bağlanmış şekli yandadır. Paralel bağlamada her bir kondansatörün gerilimi kaynak gerilimine eşittir, kaynak akımı ise her bir kondansatöre giden akımların toplamıdır.

Gerilim:
V = V_C1 = V_C2 = V_C3 = V_C4 = V_C5 = … = V_Cn
Akım:
i = i_C1 + i_C2 + i_C3 + i_C4 + i₅ + … + i_Cn
Eşdeğer Kapasite:
C = C₁ + C₂ + C₃ + C₄ + C₅ + … + C_n

Kullanım ve uygulama alanları

Kondansatörün matematiksel ifadeleri ve pratik anlamda bu ifadelerin ne anlamlara geldiği bilgilerinin ışığında, kondansatörler çeşitli amaçlarla birçok kullanım alanı bulur. Bu kullanım alanlarını belirleyen özellikler;