Kondansatörler, elektriksel yükü içerisinde depolama özelliğine sahip devre elemanıdır. Yalıtkan bir dielektrik malzemenin iki iletken maddenin arasına konulmasıyla üretilir.
Kondansatörlerim karakteristikleri olarak;
- Plakalar arasında kullanılan yalıtkanın cinsi,
- Çalışma ve dayanma gerilimleri,
- Depolayabildikleri yük miktarı
KONDANSATÖR ÇEŞİTLERİ
1. Yalıtkan Cinsine Göre
Alüminyum Elektrolitik Kondansatör (KUTUPLU)
Kullanım Alanı (Amacı) Filtreleme,Gerilim Çoklayıcı, Kuplaj – dekuplaj ve Zamanlama devreleri için kullanılırlar.
Seramik Kondansatör (KUTUPSUZ)
Kullanım Alanı (Amacı) Genellikle yüksek frekanslı devrelerde bypass kondansatörü* olarak kullanılırlar. Yüksek frekanslı devre uygulamalarında çalışabilecek hassasiyet de üretilirler. Kutupsuz olarak üretilirler. Mercimeğe benzemesinden dolayı mercimek kondansatör olarak ta bilinirler.
Süper Kondansatör (KUTUPLU)
Karbon aerojelinden imal edilir. Oldukça fazla kapasite değerleri sunar. Bazı uygulamalarda şarj edilebilir piller yerine kullanılır.
Mikalı Kondansatör (KUTUPSUZ)
Kullanım Alanı (Amacı) Mika kondansatörlerin frekans karakteristik değeri yüksek olmasından dolayı rezonans ve yüksek frekanslı devrelerde kullanılmaya uygundur. 100V-2500V voltaj aralığında, %2 – %20 tolerans aralığında 1pf – 0,1uf kapasite değerleri arasında çalışabilecek şekilde üretilirler.
Mikanın yalıtkan sabiti yüksek olmasından dolayı oluşabilecek kayıp miktarı en az olan kondansatör çeşitlerinden biridir. Kutupsuz olarak üretilirler.
Plastik Kondansatörler
Yalıtkan olarak polikarbonat ve polyester gibi plastik maddeler yaygın olarak kullanıldığı gibi başka plastik maddeler de kullanılmaktadır.
Kullanım Alanı (Amacı) Sinyal ve filtreleme devrelerinde genellikle plastik film kondansatörler kullanılmasına rağmen yüksek frekanslı devre uygulamalarında tercih edilmezler Kutupsuz olarak üretilirler.
Tantal Kondansatörler
Tantal kondansatörler, anot olarak görev yapan oksitlendirilmiş bir tantal yaprak ve katot ile sargıyı tutan bir gözenekli tutucudan oluşur. Bu kondansatörlerin kapasite değerleri 0,1 mikrofarad ile 68 mikrofarad arasında değişir.
SMD (Surface Mounted Device) Kondansatörler
Küçük elektronik devrelerde kullanmak için üretilen kondansatörlerdir. Gövde boyutları küçük olduğundan lehimlenmesi zordur. Alüminyum iki levha arası asit borik eriği kullanılarak yalıtma işlemi yapılır.
Polyester Kondansatörler
Dielektrik madde olarak polyester kullanılan kondansatörlerdir. Kapasite değerleri 220 pikofarad ile 0,33 mikrofarad arasında değişebilir.
2. Kapasite Değerine Göre
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. Bu kondansatör çeşitlerinin daha ayrıntılı anlatımları yalıtkanlarına göre kondansatörler bölümünde bulunabilir.
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.
- Oldukça büyük güçlü alanlarda
- Yüksek frekans aralıklarında çalışılan uygulamalarda
- Radyo alıcı ve vericilerinde kullanılır.
- Trimer Kondansatör
Trimmer olarak adlandırılan tüm elektronik elemanlar hassas çalışma değerlerinin belirlenmesi işleminde kullanılırlar. Bu hassas değer yakalandığında ise bu değer bir arıza olmadığı müddetçe değiştirilmez. FM verici ve Telsiz gibi frekans aralığı belirli olan sistemlerde trimmer kondansatör kullanılmaktadır.
KONDANSATÖRLERİN AC ve DC ANALİZİ
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.
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.
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.
KULLANIM VE UYGULAMA ALANLARI
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;
- Elektrik enerjisini plakaları arasındaki depolayabilmek,
- Kısa devre anında bu enerjiyi çok hızlı boşaltabilmek,
- AC akımı geçirip DC akımı engellemek,
- Faz kayması oluşturmak ve reaktif gücü depolayabilmek olarak sıralanabilir.
Aşağıdaki liste hangi uygulamanın ne kadar kapasiteli kondansatörlerle gerçekleştirildiği ve bu kondansatörlerin ne gibi özelliklere sahip olması gerektiği hakkında bilgi sunar.
1. Elektrik Enerjisini Depolamak
Kondansatörler DC kaynağa bağlandığında çok hızlı şarj olabilme özelliğine sahiptir. Bu özelliğinden dolayı kondansatörler bir pile benzetilmektedir. Fakat devreye bağlandıkları anda çok hızlı bir şekilde deşarj olabilmektedirler. Buna rağmen depolama anlamında önemli yerlerde kullanılmaktadır.
Mesela Fotoğraf makinesi içinde yer alan flash ışığı kondansatör sayesinde sağlanmaktadır. İlk olarak pil yardımı ile şarj edilen kondansatör çekim sırasında aniden deşarj olarak yüksek enerjiyi boşaltır ve bu sayede yüksek bir ışık yani flash patlamış olur. Diğer bir örnek ise; elektrik kesilmesi sırasında her hangi bir elektronik aletin veya depolama yapan bir aletin zarar görmesini engellemek için sistemin elektrik kesintisinden sonra kapanması geciktirilebilir.
2. Doğrultma İşlemlerinde
En önemli kullanım alanlarından biridir. Kondansatöre yüklenen enerjinin yüke boşaltılması işlemine filtreleme denmektedir. Özellikle doğrultma devrelerinde düzgün bir dc gerilim elde etmek için kullanılır. Doğrultma işleminin birden fazla çeşidi vardır. Bunlardan bazıları şunlardır;
Yarım dalga doğrultma
Tam dalga doğrulltma
Köprü tipi doğrultma
Regüle devreleri olarak sınıflandırılmaktadır.
Bu doğrultma tipleri sayesinde alternatif bir gerilim doğru gerilime çevrilebilir. Bu çevirme işlemi kondansatörlerin şarj-deşarj özelliğinden yararlanılarak yapılmaktadır. Yandaki resimde alttaki devrede görüldüğü üzere kondansatör bağlanmadığında sadece doğrultma işlemi yapılmış ve Üsteki kondansatör bağlanmış devrede ise filtreleme işlemi de yapılarak dc gerilime yaklaştırılmıştır. Kondansatörün değeri ne kadar yüksek olursa dc gerilime yakınlığı da o oranda artacaktır.
3. Filtreleme (Kublaj – Dekuplaj)
Kondansatörlerin elektronik devrelerde en çok filtreleme amaçlı kullanılmaktadır. Kondansatörlerin en büyük özelliği olan doğru akıma karşı zorluk ve alternatif akıma karşı kolaylık göstermesi ilkesine dayanılarak parazit engelleme, frekans değerlerini ayarlama gibi frekans işlemlerinde kullanılmaktadır. Filtrelemenin kullanıldığı yerlere örnek olarak ise şunları verebiliriz.
Ses işlemlerinde yanda gösterildiği şekillerde kondansatör bağlanarak bass ve tiz sesler edilebilir. Fakat yukardaki devrede size bağlantıyı basit şekilde anlatılmıştır. Kaliteli bass ve tiz sesler için daha kaliteli devreler kurulması gerekmektedir. Bass sesler yüksek frekanslı olduklarından AC gerilime benzemektedir.
Kondansatör speakera seri şekilde bağlanırsa; AC gerilimleri görürüz. (DC den yalıtmış oluruz.) ve bass seslerini duyabiliriz. Eğer paralel bağlanırsa DC gerilim görürüz. (AC gerilimden yalıtmış oluruz.) ve tiz seslerin çıkmasını sağlarız.
Kondansatör speakera seri şekilde bağlanırsa; AC gerilimleri görürüz. (DC den yalıtmış oluruz.) ve bass seslerini duyabiliriz. Eğer paralel bağlanırsa DC gerilim görürüz. (AC gerilimden yalıtmış oluruz.) ve tiz seslerin çıkmasını sağlarız.
Parazit engellemek amaçlı kullanılan kondansatöre ise bybass kondansatörü denilmektedir.
Devrede parazit istenilmeyen bir durumdur. Paraziti engellemenin en kolay yollarından biri ise bybass kondansatörü kullanmaktır.
Parazit engellemek yani düzgün voltaj sağlanması ve düzgün frekans kontrolü yapılabilmesi için kullanılmaktadır. Bu bağlantı şekli elektronik devrelerin çalışması için son derece önemlidir. Hatta çalışmayan pek çok elektronik devre, parazite maruz kalan bir eleman yüzünden çalışmamaktadır. Eğer bir elektronik devre tasarlıyor iseniz parazitlere dikkat ederek doğru şekilde parazitleri toprağa göndermelisiniz.
Aşağıdaki osilatör devresinde görüldüğü gibi pic devresinde kristale bağlanan kondansatörler parazit engellemek için kullanılmaktadır. Çünkü kristal elemanı parazitten çabuk etkilenirler ve bozulabilir veya yanlış sonuçlar elde edilebilir.
Aşağıdaki devrede kuplaj ve bypass (dekuplaj) kondansatörleri bir arada kullanılmıştır. Kuplaj kapasitörleri DC yi yalıtırken Bypass kapasitörü AC yi yalıtır.
Kondansatörler ayrıca alçak geçiren, yüksek geçiren, band geçiren gibi filtrelerde de yer almaktadır.
4. Kompanzasyon
Kısacası elektronik gerilimin veriminin düştüğü yerlerde (sanayi,fabrika gibi yerlerde) kondansatörün depolama özelliğinden yararlanmak için kompanzasyon kondansatörleri kullanılmaktadır. Bu kondansatörler oldukça yüksek değerlere sahiptirler ve fiziksel olarak diğer kondansatörlerden daha büyüktür. Elektrik hattından gelen reaktif gücün direk motora göndermeden hatta bağlanan kompanzasyon kondansatörleri ile depo edilirler ve motor çalıştırılırken bu kondansatörler sayesi ile sürülerek verimli çalışma sağlanmış olur.
5. Gerilim Çoklayıcı
Bu maddeyi bir soru sorarak açıklayalım. Diyelim ki 50V AC bir gerilime ihtiyacınız var ama elinizde 12V’luk bir transformatör varsa ne yaparsınız? Eğer iki kondansatör kullanırsanız basit bir şekilde gerilimi çoğaltabilirsiniz. Bu yöntem sadece Alternatif akım uygulamalarında kullanılmaktadır. Çalışma mantığı ise kısaca açıklayayım. Transformatör pozitif ve negatif gerilim üretirler. Bu iki farklı gerilimi kondansatör ile depolarsak gerilimi katlamış oluruz. Tabi ki bu sistemi çalıştırmak için iki de diyot‘a ihtiyaç duymaktayız.
