Kondansatör - emin yavuz

advertisement
Denemeler sonucunda metal kaplamalar arasındaki cam
inceldikçe yayılan kıvılcımın büyüdüğü gözlendi. Leyden
şişesinde depolanan yük büyük değerler alabiliyordu ve
birbirine tellerle bağlanmış şişelerden boşalan elektriğin
hayvanları öldürebileceği gözlenmişti.[2] Bu ilginç alet
Ewald Jürgen Georg von Kleist'ın keşfi, Pieter van
Musschenbroek'in geliştirmesiyle ortaya çıkmıştır.
Amerikalı devlet adamı ve bilimci Benjamin Franklin, cam
yalıtkanın Leyden şişesinden farklı olarak oval değil
düzlemsel olmasının aynı işlevi gördüğünü bulmuş,
Franklin'in düzlemsel cam yalıtkanlı kondansatörüne
Franklin Düzlemleri adı verilmiştir.[4] Ardından Alessandro
Volta ve Nikola Tesla gibi birçok bilim adamı tarafından
incelenen kondansatör geliştirilerek günümüzdeki şeklini
almıştır. Kondansatörler ismini, İtalyanca condensatore
kelimesinden alır. Kapasite birimi ise jar'dan sonra, İngiliz
bilim adamı Michael Faraday'ın isminden hareketle Farad
seçilmiştir.
Kondansatör
Vikipe di, öz gür a nsiklopedi
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. Piyasada kapasite, kapasitör, sığaç[1] gibi
isimlerle anılan kondansatörler, 18. yüzyılda icat edilip
geliştirilmeye başlanmış ve günümüzde teknolojinin
ilerlemesinde büyük önemi olan elektrik-elektronik
dallarının en vazgeçilmez unsurlarından biri olmuştur.
Elektrik yükü depolama, reaktif güç kontrolü, bilgi kaybı
engelleme, AC/DC arasında dönüşüm yapmada kullanılır
ve tüm entegre elektronik devrelerin vazgeçilmez
elemanıdır. Kondansatörlerin karakteristikleri olarak;
plakalar arasında kullanılan yalıtkanın cinsi,
çalışma ve dayanma gerilimleri,
depolayabildikleri yük miktarı
Daha büyük boyutlu kondansatörler. Dört büyük
kondansatör, kapasite ve çalışma gerilimleri yüksek
elektrolitik kondansatörlerdir. Küçüklerden en
soldaki aksiyal uçlu iken, onun sağındaki radyal
uçlu, en sağdaki iki kondansatör seramik disk,
sağdan üçüncü ise mikalı bir kondansatördür.
Kapasite değerinin okunması
Farklı boyut ve kapasitelerde kondansatör çeşitleri
sayılabilir. Bu kriterler göz önünde bulundurulduktan sonra
gereksinime uygun olan kondansatör tercih edilir. Kondansatörlerin fiziksel büyüklükleri, çalışma gerilimleri ve
depolayabilecekleri yük miktarına bağlıdır. Tasarım açısından ise çeşitlilik boldur, hemen hemen her boyut ve
şekilde kondansatör temin edilebilir.
Elektrik - Elektronik
Devre Elemanları
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.[5] Direkt değerleri yazılı olanlar kolay okunmasına karşın, rakam ve
renk kodlu olanların okunması belli standartlara bağlıdır.
Pasif Elemanlar
Direnç
Kondansat ör
Endüktans
Aktif Elemanlar Diyot
I Tristör I Transistör
Rakam kodları
Tar ihçe
Mosfet I LED I LCD
Entegre Devre I Mikroişlemci
Rakam kodlarının standartları bir liste şeklinde verilebilir.[5]
Elektrik konusunun gelişmesi 18. yüzyılda statik (durgun)
elektriğin incelenmesiyle başlamıştır.[2] Statik elektriğin bir
ip boyunca iletilebilmesi, elektrik yükünün temasla
paylaşılabilmesi ve depolanabilmesi özellikleri araştırmacı
bilim adamları tarafından keşfedilmeye başlanmıştı. 1745
yılında Ewald Georg von Kleist elektriği küçük metal bir
şişede depolamayı başarmıştı. Ancak kondansatörün asıl
gelişmesi, Leiden'de elektrik üzerinde deneyler yapan Pieter
van Musschenbroek'in çalışmaları sonucu gerçekleşmişti.[3]
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
Küçük boyutlu değişik tipteki kondansatörler. Üstte
Musschenbroek bir rastlantı sonucu Kleist'in çalışmalarını
solda 8'li grup entegre devrelerde kullanılan SMD
doğrular nitelikte sonuçlara erişti. Musschenbroek içi ve
dışı metalle kaplı cam bir şişe tasarladı. Şişenin bir kısmı
tipi seramik, altta solda 4'lü grup SMD tipi
suyla doldurulmuş ve ağzı hava - sıvı geçirmeyecek şekilde
tantalum, üstte sağda batırma tipi tantalum, altta
mantarla tıkanmıştı. Mantarın ortasından geçen iletken, bir
sağda ise batırma tipi elektrolitik kondansatörleri
ucu şişenin dışında bir ucu suyun içinde olacak şekilde
görebilirsiniz. Aralarında en büyük boyutlusunun
yerleştirilmişti. İletkene statik elektrik üretici temas
ölçüleri cm düzeyindedir.
ettiğinde Leiden şişesi yük depolamakta, elektriği ileten
[4]
başka bir malzeme temas ettiğinde boşalmaktaydı. Bu
şişeler aynı zamanda ilk kondansatörlerdi.[2] Bu nedenle, şu anda Farad olan kapasite birimi ilk zamanlarda jar
(şişe) olarak kabul edilmişti. Bu birim bugün 1 nF kapasiteye tekabül eder.
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
Simetrik tolerans ifade eden kodlar
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
S = - % 20 , + % 50
T = - % 10 , + % 50
Z = - % 20 , + % 80
Renk
Renk Kodları Standartı[7]
Seramik Tantalum Polyester
Değer Çarpan T
VT
V T V
Siyah
0
100
Kahve
1
101
Kırmızı 2
102
Turuncu 3
103
Sar ı
4
104
Yeşil
5
105
Mavi
6
106
%
1
%
%2 2
%1 -
-
- - %5 -
-
%
5
- -
Mor
7
107
-
- -
-
-
-
Gri
8
0.01
-
- -
25
V
-
-
0.1
%
10
%
10
%
3V
10
9
10
V
-
%
20
100
V
250
V
-
6,3
V
16 %
V 5
20
V
400
V
-
Seramik, tantalum ve polyester kondansatörlerde
renklerle çalışma değerlerinin belirlenmesi...
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
ifadesiyle karşılaşılır.
coefficient (tempco) olan bu katsayının birimi
'dir.[8] Uygulamada ise
ppm sözcüğü milyonda bir katsayısının İngilizce baş harflerinden oluşturulmuştur.
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,[5]
yandaki resimlerde de çeşitli örnekler görülebilir.
%
10
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.
Harf kodları
Kapasite,
kondansatör
üzerindeki rakam
kodlarından
hesaplanabilir.
Renk kodları
-
Leyden şişesi
D = ± % 0,5
Q = - % 10 , + % 30
2 pF
mikroFarad (μF) olarak verir. Resimde ortadaki
kondansatörde görülen 0.1 yazısı kapasitenin 0,1 μF
olduğunu gösterir.
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.
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.
Şekilde 470 mikroFarad kondansatör
C = ± % 0,25
Eğer rakam kodları arasında nokta (.) kullanılıyorsa,
yazılan sayı kapasiteyi doğrudan
Pieter van
Musschenbroek
Beyaz
0,01 & 0,1 çarpanlarını belirtir.
B = ± % 0,10
10000 pF = 10 nF olarak bulunur.
Üstteki iki kondansatör ün çalışma değerleri
--- Mavi: 400 Volt - 2.2 mikroFarad = 2.2 μF
--- Sarı: 222J = 2200 pikoFarad ± % 5 = 2.09 nF < C
< 2.31 nF
Bazı yalıtkan malzemelerin sıcaklıkla kapasite değişimi
eğrisi düz kabul edilebilecek şekildedir.[9] Ancak seramik
yalıtkanın kapasitesi sıcaklık değişimine çok duyarlıdır ve
büyük değişimler gösterir,[10][11] 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.[12]
Seramik kondansatörlerde sıcaklık katsayısının
harflerle yazılması ve okunması.
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.[12]
NP0 (neg/pos/zero) - C0G (change zero): Sıcaklık nasıl değişirse değişsin kapasite değerinin
hemen hemen sabit kaldığını belirtir.[12]
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.[12]
Çeşitleri
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.
Yalıtkan cinsine göre
Süper kondansatör: Karbon aerojelinden imal edilir. Oldukça fazla kapasite değeri sunar. Bazı
uygulamalarda şarj edilebilir piller yerine kullanılır.
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.
Gimmick kondansatör: 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.
Yalıtkanlar ı farklı olan kondansatörlerin karşılaştırılması
Vakumlu kondansatör: İki metal plakanın
arasında havasız ortam bırakılır ve genelde
cam veya seramik kaplanarak oluşturulur.
Belli başlı kondansatör çeşitlerinin aldıkları kapasite
Özellik olarak düşük yük kapasitesi (10 - 1000
değerleri ve çalışma gerilimleri yelpazesi.
pikoFarad) ve yüksek gerilime (10000 V'a
kadar) dayanması gösterilebilir. Genelde radyo
vericilerinde ve yüksek gerilim gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Havalı kondansatör: 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 kondansatör: 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: 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.
Kağıtlı kondansatör: İki uzun metal tabakanın arasına yağ emdirilmiş kağıtların 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: 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: 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
Alüminyum
Yalıtkan
Tantalum
pentaoksit
(Ta2O5)
Alüminyum oksit
(Al2O3)
Dielektrik
27
8 - 10
1500 -15000
(Baryum titanat)
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
güvenilir lik
Dezavantajları
Kısıtlı çalışma
gerilimi
yelpazesi,
kutupluluk
Sıcak ortamda
kısa çalışma
ömrü, yüksek
kapasite
toleransı,
kutupluluk
Kapasite
değerinde
sıcaklığa ve
gerilime yüksek
bağımlılık
Boyutta
büyüklük
katsayısı
Seramik
Baryum titanat
türevleri
Film
Polyester,
polipropilin vb.
2.1 - 3.1
Kapasite değerine göre
Kimi kondansatörlerin kapasiteleri değiştirilemez ve sabit kapasiteli olarak üretilirken, kimi kondansatörlerin
kapasite değerleri üzerinde oynama, değişikliğe gitme imkanı vardır.
Sabit kondansatörler
Daha fazla bilgi: Kağıtlı kondansatör, Mikalı kondansatör,
Plastik film kondansatör, Seramik kondansatör ve Elektrolitik
kondansatör
Sabit kondansatörlerin üretim aşamasında belli olan kapasiteleri
Sabit kondansatörlerin devre
sonradan kullanıcı eliyle değiştirilemediğinden devreye ince ayar
şemasında aldığı simgeler.
yapma imkanı 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
Daha fazla bilgi: Varyabl kondansatör, Trimer kondansatör ve
Varaktör
Kapasiteleri çeşitli yöntemlerle değiştirilebilen kondansatörlere
ayarlanabilir kondansatör adı verilir. Bu halleriyle ince ayar yapmaya
imkan tanırlar. Yandaki resim, devre üzerinde ayarlanabilir
kondansatörlerin alabileceği simgelerdir. Üç çeşit ayarlanabilir
kondansatörden bahsedilebilir.
Ayarlanabilir kondansatör simgeleri
Var yabl kondansatör
Sıvı tankı modellemesi
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.
Tr imer kondansatör
Kutuplu Kondansatör Devre
Simgeleri
Elektrik, elektron hareketlerinin incelendiği, en küçük yapıtaşı elektron olan bir bilimken,hidrolik sıvıların
mekanik özelliklerini inceleyen bir mühendislik ve bilim dalıdır. Elektrik ile hidrolik arasındaki benzetim
yöntemi hesaplama ve elektriğin gözde canlanması açısından oldukça faydalıdır. Kondansatör analizi için
gereken elektriksel birimlerin hidrolikteki karşılıkları aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Ayarlanabilir kondansatör çeşitleri.
Üstteki üç tanesi varyabl, alttaki dört
tanesi trimer kondansatör çeşitleridir.
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.
Var aktör
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
Kutupsuz Kondansatör Devre
Simgeleri
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
v bir
Üretilirken kutuplu olarak tasarlanan bu kondansatörün bir ve
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.
Elektr ik
Hidrolik
Elektron
Sıvı damlası
Gerilim
Sıvı basıncı
Akım
Sıvı akış hızı
Elektrik yükü
Sıvı miktarı
Kapasite
Sıvı tankının taban
alanı
Frekans
Frekans
Kondansatör, elektrik yükünü depolayan bir eleman olma özelliğiyle
hidrolik bilimindeki sıvı tanklarına eşdeğerdir. Her yalıtkan malzemenin
farklı yük depolama kapasitesi ve farklı bozulma gerilimi olduğu gibi,
her sıvı tankının da bir basınç dayanımı ve sıvı miktarı kapasitesi vardır.
Kondansatörlerde yalıtkan malzeme ne kadar önemliyse, sıvı
tanklarında da sıvı ve tank çeşidi o kadar önemlidir.
Kondansatör kapasitesi, uygulanan gerilim başına depolanan yük
miktarı olarak tanımlanır. Sıvı tankı kapasitesi ise tanka uygulanan
basınç başına depolanan sıvı miktarıdır. Kondansatör uçları arasındaki
gerilim farkı, sıvı tankına bağlı iki borudan geçen sıvıların basınç farkı
Kondansatör ile sıvı tankı
olarak temsil edilir. Yandaki resimde kondansatörün ucu 25 Volt,
benzetiminde gerilim ve basınç
ucu ise 10 Volttur ve 15 Volt fark, kondansatöre uygulanan gerilim
farkları...
farkıdır. Yine aynı resimde sıvı tankına sıvı basan pompanın basıncı 5
N/m2, sıvıyı çeken pompanın basıncı ise 3 N/m2'dir, aradaki basınç farkı
ise tankın uçları arasındaki basınç farkıdır. Kondansatör uçları arasındaki gerilim farkının plakalar arasında yük
biriktirmesi gibi, tankın uçları arasındaki basınç farkı da tankta sıvı biriktirir. Tankın deforme olmaması için dış
maddesinin, uçlar arasındaki basınç farkına dayanabilecek sağlamlıkta olması gerekir. Kondansatörlerin çalışma
gerilimlerinin üzerindeki gerilimlerde deforme olmaları gibi, sıvı tankları da fazla basınçta patlarlar.
Tek yönlü sıvı akışı
Hidrolikte DC kaynak, içinden geçen sıvının basıncının, hızının ve
yönünün hiç değişmediği sıvı pompasına benzetilebilir. Basınç farkı,
bir tanka giren sıvı basıncıyla çıkan sıvı basıncı arasındaki farktır.
Uçları arasında P sıvı basıncı olan bir tankın çıkış borusu kapalı
farzedilip giriş borusundaki sıvı basıncı P olarak verilmesi benzetimi
ve gerçekleşecek olaylar yandaki animasyonda gösterildiği gibidir.
Uçları arasında sıvı basınç farkı olan tankın içinde sıvı birikmesi başlar.
İlk anda tank boş olduğundan, pompadan gelen sıvı basıncının önünde
bir engel yoktur ve sıvı akış hızı en büyük halindedir. Tank dolmaya
başladıkça biriken sıvı, ağırlığı dolayısıyla pompaya ters yönde ve
zamanla artan bir basınç uygular, net basınç pompa sıvı basıncı ile
tankta biriken sıvı basıncı arasındaki fark olduğundan basınç farkı
zamanla azalır. Basınç farkının azalması, tanka sıvı giriş hızının
azalması anlamı da taşıdığından tankın sıvıyla dolma hızı gittikçe
yavaşlar.
3. Pompa basıncı ile sıvı basıncı eşit, ancak sıvı tankı tamamen dolmadı...
Tank tamamen dolmadan içindeki sıvı basıncı pompa basıncına eşit olursa sıvı akışı durur ve tankın
üstünde boş kısımlar kalır. Bu durum eldeki tankın gereğinden büyük olduğunu gösterir ve fazladan
maliyet getirir.
Çözüm: Sıvı basıncının pompa basıncını dengelediği yükseklikte bir sıvı tankı tercih edilir. Sıvı
tankının gereğinden büyük olması verimsiz kullanıma örnektir.
Yani, kondansatörler ya tam uygulanacak gerilim değerine ya da aşırı olmayacak şekilde yüksek gerilim
değerlerine göre tercih edilir. Uygulanan gerilimin çok üstünde olan çalışma gerilimi, maliyeti fazla olan
kondansatör anlamına gelir ve elemanın verimsiz kullanılmasıdır.
Tek yönlü sıvı akışı uygulanan bir sıvı
tankında basınç ve hız değişimi...
1. Tank dolu ve pompa basıncı sıvı basıncından büyüktür...
Tank tamamen dolduğu anda pompa basıncı tankın içindeki sıvı
basıncından büyükse oluşan basınç farkı tank çeperlerini
zorlamaya başlar. Basınç farkı tank çeperinin dayanabileceği
şiddette olursa sıvı akışı durur ve denge sağlanır, eğer çeperler
basınç farkına dayanamıyorsa bu zorlama bir süre sonra çeperleri
deforme eder ve sonuçta tank patlar.
Çözüm: Pompa basıncını dengelemesi için daha yüksek bir
sıvı tankına ihtiyaç vardır. Eğer tankın aldığı sıvı miktarı
değişmeyecekse taban alanı daha küçük ancak boyu daha
uzun bir tank tercih edilir. Böylece sıvı miktarı sabit kalır,
basınç dengelenir ve tank çeperleri zorlanmaz.
Kondansatör çalışma geriliminin
artması sıvı tankında yüksekliğin ve
dolayısıyla basıncın artmasına
Yani, kondansatörler çalışma gerilimlerinin üzerinde bir gerilime
eşdeğerdir.
maruz bırakılmamalıdır. Yalıtkan malzeme dayanamayacağı
gerilimler altında deforme olur ve patlamaya yol açar. Bunun
yerine daha yüksek gerilimlere dayanabilen ve kullanılan yük
miktarında değişim olmaması için kapasitesi nispeten düşük kondansatörler tercih edilir.
2. Tank dolu, pompa basıncı ile sıvı basıncı eşit, ancak sıvı miktarı
az...
Tank tamamen dolduğu anda sıvı basıncı pompa basıncını
dengeliyorsa, net basınç sıfır olur ve tank çeperlerinde bir
zorlanma olmaz. Ancak sıvı miktarının az olması, sıvının
kullanılırken daha önceden bitmesine ve işte verimsizliğe yol
açar.
Çözüm: Basınç dengesinin bozulmaması amacıyla sıvı
tankının yüksekliği değiştirilmez, ancak taban alanı
artırılarak aynı basınç değerinde daha fazla sıvı
depolanabilir. Taban alanının artışıyla tank hacmi ve
maliyet artar.
Kondansatör kapasitesinin artmasının
eşdeğeri sıvı tankında taban alanının
artarak yüksekliğin sabit kalmasıdır.
Yani, nominal gerilimde çalıştırılan bir kondansatörün daha
büyük elektriksel yükü depolaması ve daha uzun süre devreye enerji sağlaması için hidrolikte taban alanı
eşdeğeri olan kapasitesi artırılır. Yandaki resimde sıvı tankının hacmi ve iş görme süresi iki katına çıktığı
gibi, kapasitesi iki katına çıkan kondansatör de iki kat yük depolar ve iki kat süre dayanım gösterir.
Çift yönlü sıvı akışı
Hidrolikte AC kaynak, sıvı akış yönü, hızı ve basıncı belli bir frekansa göre değişen pompa olarak
düşünülebilir. Kondansatör eşdeğeri olan sıvı tankına bağlanmış bir pompadan, periyodun bir yarısında tanka
sıvı verildiği diğer yarısında tanktan sıvı çekildiği, basınç değişiminin de sinüsoidal şekilde olduğu benzetimi
ile AC kaynağa bağlanmış bir kondansatör gözde daha kolay canlanır. Sıvı akış yönünün değiştiği sistemlerde
sıvı tankı sürekli dolup boşalma hareketi yapar, sıvı akışı durmaz ancak sıvı akışına karşı bir direnç oluşur. Bu
direncin bağlı olduğu büyüklükler şöyle sıralanabilir.
Frekans: Tankın dolması için bir süre gerekir, bu süre tankın hacmine bağlıdır. Frekansın büyük olması
periyotun küçülmesini gerektirir. Periyotun yarısında tanka sıvı dolduğu diğer yarısında da çekildiği göz
önüne alınırsa, periyot küçüldükçe kısa sürede tanka dolan sıvı miktarı daha da düşer, tank tamamen
dolup pompayı tıkama işlemini yapamaz ve tankın direnci azalır. Yani, frekansın artması sıvı tankında
olduğu gibi kondansatörlerde de dirence ters orantılı etki yapar.
Taban alanı: Taban alanının genişlemesi, aynı miktarda sıvının daha az yükseklikte ancak daha geniş
yüzeyde birikmesi anlamına gelir. Sıvı tankında biriken sıvının yüksekliğinin azalması da pompaya
tanktan uygulanan basınç değerinde azalmaya yol açar, böylece sıvı daha kolayca tanka dolar ve tankın
direnci azalır. Yani, taban alanının büyümesi sıvı tankının direncini azalttığı gibi kondansatörlerde de
kapasite değerindeki artış kondansatör direncini azaltır ve ters orantı söz konusudur.
Üstteki formülasyon bir sıvı tankının basıncı sinüsoidal şekilde değişen pompadan sıvı girişine gösterdiği
direncin nelere bağlı olduğunu ifade eder. Hidrolikteki eşdeğerleriyle yer değiştirdiğinde ise kondansatörün AC
kaynakta elektron ve akım akışına gösterdiği direnç elde edilir. Formülasyonlar arasındaki tek fark olan
çarpanı, kondansatörün AC direnci ifadesinde açısal frekansın kullanılmasından kaynaklanır. Kapasite değeri ve
çalışma frekansının artması kondansatör direncinin düşmesine neden olur.
Sıvı pompası basıncının sinüsoidal şekilde olması, bir periyotun yarısında tanka sıvı gönderip diğer yarısında
sıvı çektiği anlamına gelir. Sıvı gönderme sürecinin sonlarına doğru sinüsoidal grafikten kaynaklanan nedenle,
sıvı tanka doğru itilmesine karşın pompa basıncı oldukça düşer ve sıfıra yaklaşır. Ancak tankta birikmiş sıvının
basıncı pompa basıncından büyük hale gelir ve basınç farkı pompa sıvıyı tanka doğru itmesine karşın negatif
çıkar. Yani, pompa basıncı tanka doğrudur ancak sıvı akışı tanktan dışarıya doğru gerçekleşir, dolayısıyla sıvı
akışı faz olarak pompa basıncından ileridedir. Kondansatör benzetiminde eşdeğer büyüklükler kullanılırsa akım
fazörü gerilim fazöründen ileridedir denilir.
Matematiksel analizi
Kapasite birimi
Kondansatörler, elektrik yükünü yalıtkan malzemesinin içerisinde elektrik alanı olarak depolar. Kapasite , bir
kondansatörün yük depolayabilme yeteneği olarak tanımlanır ve birimi (Michael Faraday'ın anısına) Farad'
olarak belirlenmiştir. Uluslararası MKS birim sisteminde
, uçları arasına
gerilim
uygulandığında
elektron depolayabilen kondansatörün kapasitesine
eşittir.
Matematiksel formdaki ifadesi ise aşağıdadır.
Kondansatör - sıvı tankı benzetiminde elektronun karşılığının sıvı damlası olduğu göz önüne alınırsa
kapasitenin çok büyük bir değer olduğu anlaşılır. Bundan dolayı uygulamada
biriminin alt katları daha
yaygındır. Kapasite değeri metal tabakaların alanına ve yalıtkan malzemenin dielektrik katsayısına doğru
orantılı, metaller arası uzaklığa ters orantılı bağlıdır.
Frekans domeininde ifadesi
Bir devre elemanının ifadesi, eğer sinüsoidal bir kaynağa bağlanırsa frekans
domeninde yazılabilir. Bu hesaplamalarda, özellikle de türev ifadesinin yok
edilmesinde çok kolaylık sağlayacaktır. Bunun için ise fazör yöntemini
kullanacağız. Gerilim ve akım fazörleri aşağıdaki gibidir ve büyük harflerle
belirtilirler.
Fazör kavramına göre
kondansatör ifadesi
Sıvı tankı benzetiminde de belirtildiği üzere kapasite, bir kondansatörün bir kaynağı ne kadar
besleyebileceğinin de ölçütüdür, kapasite değeri arttıkça kondansatörün yükü besleyebileceği süre de artar.
Zaman domeininde ifadesi
Kondansatörün uçları arasına bir gerilim farkı uygulandığı zaman, devreden akım geçer. Eğer kondansatörün
uçları arasında gerilim değişikliği olmazsa bir süre sonra kondansatör dolar ve akım geçirmemeye başlar.
Gerilimde bırakılıp dolmuş ve akım geçirmeyen bir kondansatörün uçları arasındaki gerilim değiştirildiği anda
ise devreden yeniden akım geçmeye başlar. Yani kondansatör akımı, uçları arasına uygulanan gerilimin
değişimine bağlıdır. Bu durum aşağıdaki gibi gösterilir.
Bu ifadenin pratik olarak anlamları şöyle sıralanabilir:
Kondansatörden akım geçebilmesinin tek şartı, uçları arasındaki gerilim farkının
değişmesidir. Bu gerilim farkı aynı kaldığı müddetçe, kondansatör depoladığı yükü
boşaltmaz, tıkama görevi görüp devreden akım geçmesine engel olur. Matematiksel ifadede
de görüldüğü gibi, gerilim değişmediği zaman türev ifadesi olarak dışarı çıkar ve akımın
da olmasına neden olur, böylece devreden akım akmaz.
Gerilim kesinlikle bir an içinde büyük değişikliğe uğramamalıdır. Birden artan veya azalan
gerilim, türev ifadesinin çok büyümesine, böylece darbe akımı oluşmasına yol açar. Yani
gerilimin ani büyük değişimi akımın oldukça artmasına, bu da kondansatörün zarar görüp
deforme olmasına neden olur.
Aşağıdaki ifade ise bize kondansatör geriliminin, akım cinsinden değerini söyler. Akımın integrali,
kondansatörde depolanan elektrik yükünü verdiğinden, kapasiteye oranı bize uçlar arasındaki gerilimi verir.
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.
Zaman domeninde hesap
Seri bağlanmış kondansatörler
Aşağıdaki formül ise yük miktarını 'dan 'ya entegre ederek, kapasitesi
geriliminde
kadar yükü depolamak için gereken enerji miktarını verir.
olan bir kondansatörde
[13]
Frekans domeninde hesap
Kondansatörde Depolanan Enerji
Sinüsoidal kaynakta anlık güç
Paralel bağlama
Sinüsoidal bir kaynakta anlık güç ifadesi aşağıdaki gibi bulunmuştur. Formülasyonda simge kalabalığı
olmaması açısından faz farkı olarak tanımlanmıştır.
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.
Kapasitif yükün anlık gücü
Zaman domeninde hesap
Paralel bağlanmış kondansatörler
Frekans domeninde hesap
Kapasitif yük, empedansının sanal kısmında kapasitif reaktansın etkisinin baskın olduğu yüktür. Kapasitif
yüklerde sanal kısım
değer alır. Faz diyagramı çizildiğinde de kapasitif reaktansın etkisi sebebiyle sanal
kısım aşağı doğru yönlenmiştir. Bunun nedeni, kapasitif yüklerde akım fazörünün gerilim fazörüne göre önden
gitmesidir. Dolayısıyla faz farkı olarak tanımlanan
ifadesi negatif değer alır.
Anlık gücün genel ifadesi
dee her türlü yük için geçerlidir. Kapasitif yüklerde faz farkı negatif olduğundan bu
durum ele alınabilir, yerine koyulursa üstteki anlık güç ifadesi az da olsa değişikliğe uğrar. Faz farkının işareti
hesaba katılınca,
ve
trigonometrik eşitliklerinden anlık güç
aşağıdaki hali alır.
Kondansatör de güç & enerji
Yüklü kondansatörde depolanan enerji
Kondansatörün uçları arasına gerilim uygulandığı anda plakalar arasındaki yalıtkan malzemenin elektronları
kutuplanırlar. Elektronlar tarafa
doğru yönlenmeye çalışırken,
uç elektronları kendinden uzaklaştırır ve
t
yalıtkan malzemenin kutuplanması böylece sağlanmış olur. Kutuplaşmanın ve gerilim farkının olduğu bir
bölgede elektrik alanın varlığından bahsedebilir. Kondansatörde depolanan enerji, pil tarafından yapılan iş
yoluyla bulunabilir. Bir yükünün noktasından noktasına taşınmasıyla birlikte, kondansatörün kapasitesi
'ye göre bir
gerilimi oluşur.
Aşağıdaki ifade oldukça küçük bir
küçük işi gösterir.
yükünün
noktasından nnoktasına taşınması sırasında yapılan çok
Genel anlık güç ifadesinden farklı olarak kapasitif yüklü bir devrede güç ifadesinde, reaktif gücün işareti
olur. Reaktif gücün pozitif olmasının anlamı şudur: Kapasitif bir yükte reaktif güç pozitif çıkar, kondansatör bu
sebeple bir reaktif güç depolama elemanı olarak görülebilir. İlerleyen zamanla birlikte kondansatör, reaktif
gücü kendinde toplamaktadır. Kapasitif yükler saf kapasitif yüklerden farklı olarak bir direnç (resistans) kısmı
da bulundurduklarından devrede aktif güç harcaması da yaparlar. Bu aktif güç tamamen dirençler üzerinde
harcanır, kondansatörde depolanan ise tamamen reaktif güçtür. [14]
Saf kapasitif yükün anlık gücü
Saf kapasitif yükte, kapasitif yükten farklı olarak resistif kısım bulunmaz. En basitinden bu, üzerine
kondansatör haricinde hiçbir devre elemanı bağlı olmayan bir devre olarak düşünebilir. Dolayısıyla bulanacak
anlık güç, bir kondansatörün sinüsoidal devreye bağlandığında depolayabileceği reaktif güce eşit olur. Saf
kapasitif yüklerde akım fazörü gerilim fazörüne göre
kadar önde ilerler. Yani faz farkı ifadesi
değerini alır. Bu değer, anlık güç ifadesinin içinde bulunan faz farkı kısmına yerleştirip aşağıdaki
formülasyona ulaşılır.
bağlanmış kondansatör ve lambadan oluşan bir devre üzerinden yapılabilir.
Saf kapasitif yükte anlık güç ifadesi oldukça basitleşir ve formülde sadece reaktif güç kısmı kalır. Bu
formülasyonun anlattığı şudur: Saf kapasitif bir yükte reaktif güç pozitif çıkar ve kondansatör bir reaktif güç
depolayıcısı olarak çalışır. Devrede direnç bulunmadığından aktif güç harcanması olmaz ve anlık güç tamamen
reaktif güçten oluşur. Yani reaktif güç alabileceği en büyük değerini alır ve kondansatör bu gücü depolama
yönünde çalışır.
Kaydedilen elektriksel yükün bosalmasi
Kondansatörler akü olarak da kullanılmaktadırlar, çünkü gerilimi
devrelere takılabilirler.
yavaş şekilde azalabilecek şekilde
Kaydedilen elektriksel yük elektrik akımı olarak boşalır. Dolayısıyla:
DC bir kaynağa bağlı kondansatör devresinde elektronların hareketleri...
Son durumda kondansatör üzerinde oluşan gerilim farkı kaynağa eşit hale gelir ve elektron akışı durur.
İçinde yük barındırmayan bir kondansatörün başlangıç anı gerilimi
olur. Bu kondansatörün ucuna
doğru gerilimi uygulandığı zaman devrede oluşan gerilim farkı aşağıdaki gibi ifade edilir.
Bu gerilim farkının önündeki dirençler ise kondansatörün iç direnci ile lambanın direncidir. Lamba direncine
, kondansatör iç direncine de
adı verilir.
Devre tamamlandığı ilk anda elektronlar akmaya başlar ve hızlıca kondansatörün kutuplanmasını sağlarlar.
Bağlanmanın gerçekleştirildiği ilk an olan
anında elektronlar harekete geçerler, bu öyle kısa bir an
sayılır ki kondansatörde o ana kadar hiç yük birikmez. Yani gerilim farkı hala DC kaynağın gerilimine eşittir.
Bu anda akımın değeri aşağıdaki gibi elde edilir.
ve de
ile
Yani:
Bu diferansiyel denklemin çözümü
dir.
DC gerilime bağlı bir kondansatör ve lamba devresinin üzerinden geçen akımın alabileceği en yüksek değer
budur. Çünkü zaman ilerledikçe kondansatör dolmaya başlar ve kutuplandıkça DC kaynağa ters bir DC kaynak
gibi davranır. Zamanın sonsuza doğru gittiği varsayılırsa, kondansatör kaynağın değerinde ve kaynağa ters bağlı
bir DC kaynak haline gelir. Yeterli zaman geçtikten sonra
haline gelir ve devrede oluşan gerilim
farkı
olur.
Böylece gerilim dirençle oynanarak yavaş veya hızlı şekilde boşaltılabilir.
DC akım analizi
DC analizin matematiksel anlamı
Kondansatör bir DC kaynağına (örneğin pil) bağlandığında elektron bazında gerçekleşen olaylar şöyledir;
1. Kondansatörün pilin (-) ucuna bağlı olan ucu, pilin ürettiği elektronları kabul eder ve
kendine çeker.
2. Kondansatörün pilin (+) ucuna bağlı olan ucu, elektronlarını pile doğru verir.[15]
Kondansatörün uçları arasında oluşan bu elektron sayıları farkı, uçlar arasında gerilim farkına yol açar. Bu
gerilim farkı, kondansatör uçlarına bağlanan DC kaynağın veya pilin gerilimine eşittir. Kondansatör DC
kaynağa bağlandığı zaman kapasitesini doldurana dek devreden bir akım geçer. Bu akımın analizi, DC gerilime
DC gerilime bağlı kondansatörün akım grafiği.
Açıktır ki, gerilim farkının oluşmadığı bir devreden akım
geçmez. Kondansatör başlangıç anında boştur ve yük
biriktirmeye başlar, devreden akım geçer; dolduktan sonra
ise bir pil gibi davranır ve devreyi tıkar, akım akmasını
engeller. Bu iki zaman aralığında ise akım değişimi şöyle
incelenir. İlk anda
olan kondansatör gerilimi,
hızlıca kutuplaşmanın sağlanmasıyla birlikte, ulaşacağı
değer olan
gerilimine doğru artış gösterir.
Elektronların hareketi olduğu sürece kondansatörün
gerilimi artar, devrenin net gerilim farkı zaman ilerledikçe
düşer. Buna bağlı olarak da akım değeri
başlangıç değerinden sürekli bir
azalma gösterir. Nitekim zaman yeteri kadar ilerledikten
sonra da akım
olur. Akımdaki bu düşüşün grafiği çıkarıldığı zaman azalmanın doğal logaritmik bir
şekilde gerçekleştiği görülmektedir. Kutuplanması sağlanmış bir kondansatör devreden sökülüp kullanılabilir.
Bu anda artık kondansatörün başlangıç gerilimi
olarak hesaplamaya katılır.
DC analizin pratik anlamı
Kapasitif Açısal
Frekans Kapasite
Reaktans Frekans
DC kaynak, bir adet lamba ve kondansatör devresinin pratik hayattaki
incelemesi yandaki animasyonda görülür. Kondansatör ilk anda
yüksüzdür, bir DC kaynağı olan pile bağlanırsa yük depolar, bu arada
üzerinden zamanla doğal logaritmik azalan bir akım geçer. Tam dolu
haldeki kondansatör bir anahtar yardımıyla pilden ayrılır ve lambaya
bağlanır. Kondansatör bu haliyle bir DC kaynak gibi davranır ve
lambaya bağlandığının ilk anında akım en yüksek değerinden akmaya
başlar. Yani lamba en parlak halindedir. Lamba yanmaya devam ettikçe
kondansatörün depoladığı yük düşer ve lamba parlaklığı azalır.
Depolanan yük tükendiğinde ise lamba tamamen söner. Lambanın
yanma süresinin artırılması için, daha yüksek kapasiteli bir
kondansatöre ihtiyaç olur.
Bu ifadeden hareketle kondansatörün
kapasitif reaktansının; kapasitesi ve frekansı ile ters orantılı
olduğu söylenebilir. Kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle
direnci azalır.
Kondansatörün AC akıma karşı gösterdiği bu direnç, resistif (omik - saf direnç) dirençten farklıdır. Saf dirençte
gerilim farkı ile akım arasında direnç değeri kadar bir oran olmasına rağmen, kondansatör ve endüktans gibi
değişken ifadelere sahip elemanların dahil olduğu bir devrede bu oran değişir. Kondansatör AC akımda dirence
dolaylı yönden etki etmektedir. Açıklamak için empedans kavramını tanımlanır.
Empedans
Örneğin 5 V ile çalışan bir lambanın saniyede kullanacağı elektrik
yükünün değeri 1 nanoFarad kabul edilirse, bu lambanın ucuna 5 V
çalışma gerilimine sahip 10 nanoFarad 'lık yükü depolamış bir
kondansatör bağlandığında, lambamız 10 saniye boyunca yanar. Bu
süreyi artırmak için kondansatörün kapasitesi artırılır, ancak
kondansatörün boyutları ve maliyeti de artar.
DC kaynak, kondansatör ve lamba eğer seri olarak bağlanırsa,
empedans değerine göre devreden bir akım akmaya başlar, bu akımın
alabileceği en yüksek değerdir. Çünkü henüz kondansatör kutuplanmaz
ve gerilim biriktirmez. DC kaynağa bağlı bir kondansatörün
karakteristiğine göre kutuplanmaya başlayan kondansatör, ters bağlı bir
DC kaynak gibi davranır ve lambanın uçları arasındaki net gerilimin
düşmesine neden olur. Lambanın parlaklığı doğal logaritmik olarak
azalır. Kondansatör kutuplanmasını tamamladığında ise, devrenin net
gerilimi sıfır olur ve lamba tamamen söner.
Empedans yukarıdaki gibi tanımlanırken saf direnç eşdeğerini,
reaktansın eşdeğerini belirtir. Kondansatörün ve kapasitif bir sistemin
reaktansı
'dir. Dolayısıyla empedansın sanal kısmı frekans domeni
ifadesine göre aşağıdaki gibi olur.
Anahtar yardımıyla, kondansatör bir
DC kaynakla bir lamba arasında
periyodik olarak bağlanırsa,
kondansatör dolup boşalma hareketi
yapar.
Kondansatörün çalışma gerilimine uygun değerde bir DC gerilime tabi
tutulmasına dikkat edilmelidir. Anma gerilimdeğerinin çok üstünde bir
gerilime tabi tutulan plakalar arasındaki yalıtkan malzeme deforme olur ve üzerinden akım kaçırmaya başlar.
Bu kaçak akımı çok büyürse kondansatörün kapasitesine göre büyüklüğü değişen bir patlama gerçekleşir.
Çünkü gerilim farkının önünde olan kondansatör direnci oldukça küçüktür, bu da akımın büyümesine neden
olur.
Bir direnç ve bir kondansatörün bağlı olduğu devre göz önüne alındığında
empedans, aşağıdaki gibi olur.
Kapasitif bir yükün
empedansında, sanal kısım ters
yönde döner ve empedansın faz
açısı negatif çıkar.
Empedansın sanal kısmında
işaret
'ye dönüştü. Bu da yandaki
empedans diyagramında olduğu gibi kapasitif reaktansın ters yönde
dönmesine neden olur. Dolayısıyla, kondansatör empedansının faz açısı
negatif yönde çıkar. Aşağıdaki grafikten de kapasitif bir yükün
empedansının fazör diyagramı görülür.
AC akım analizi
Bu ifadeden anlaşılan, gerilimin faz değerinin, akımla empedansın faz
değerlerinin toplamı olduğudur. Kapasitif devrede empedansın faz değeri
negatif olduğundan aşağıdaki eşitlikler çıkartılır.
AC analizin matematiksel anlamı
Kondansatörün DC akıma göre davranışı, AC akımda değişiklik gösterir. AC akım, gerilim ve akım yönünün
belli bir frekansa göre yön değiştirdiği elektrik enerjisidir. Gerilimin yönü ve genliği sürekli değiştiğinden
kondansatörde depolanan elektrik yükü ve uçları arasındaki gerilim de sürekli değişim içindedir. Kondansatör
dolup boşalma hareketini frekans sıklığında gerçekleştirir. Kondansatör bağlı bulunan bir AC devrede, akım bir
süre sonra kesilmez. Sonuç olarak: AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel oluşturmaz, ancak
bir direnç gösterir denilebilir. Kondansatörün gösterdiği bu dirence Kapasitif Reaktans denir. Kapasitif
reaktans,
ile gösterilir, birimi dirençle aynı olup Ohm'dur.
Faz farkı
Kapasitif yüklerde akım fazörü
gerilim fazörünün faz farkı kadar
önünden ilerler.
Son ifade akımın faz açısının gerilimin faz açısından büyük olduğunu ifade etmektedir. Yani akım fazörü,
gerilim fazörüne göre önde ilerler. Kapasitif devrelerde akım gerilimden ileridedir ve empedansın sanal kısmı
negatif değer alır.
işaret almasını anlatır. Ayrıca fazörlerin altında bulunan
ifadesi de fazörlerin efektif yani etkin değerlerinin
alındığını gösterir. Sinüsoidal bir dalgada efektif değer, genliğin 2'nin kareköküne bölünmüş halidir.
Matematiksel olarak aşağıdaki ifadeler kullanılabilir.
Daha fazla bilgi: Faz
AC devrelerinde reaktif güç devreye girer ve hesabı için faz farkına ihtiyaç vardır. Kondansatör plakaları
arasında depoladığı elektrik enerjisini kaynak kesildikten sonra devreye verdiğinden faz kayması oluşturur.
Kapasitif devrelerde empedansın sanal kısmı negatif
değer alır, bu da empedansın faz değerinin negatif
olması anlamına gelir.
Akım - Gerilim - Empedans arasındaki ilişki kullanılır;
Bu formüller ışığında kondansatörde depolanan reaktif güç aşağıdaki gibi bulunur.
Bu ifadeler, gerilimin faz açısının, akımla empedansın faz açılarının
toplamına eşit olduğunu belirtir. Kapasitif devrede empedansın faz
değeri negatif olduğundan, aşağıdaki eşitlikler çıkarılır.
AC analizin pratik anlamı
Kapasitif yük bağlı devrede
akım - gerilim grafiği.
Akım - Gerilim
Grafikte akım ile gerilim grafiklerinin ekseni kestiği noktalar
görülüyor ve akım grafiği x eksenini daha önce keser. Yani akım faz olarak gerilimden daha ileridir. Bu da
tanıma göre kapasitif yüklerde faz farkı açısının negatif olduğunu ifade eder.
Faz farkı gözlem yoluyla da anlaşılabilir; kondansatör, üzerine gerilim uygulandığı anda dolmaya başlar,
frekans değerine göre üzerinden akım geçirme düzeyi artar. Kapasitif bir devreye herhangi bir anda
bakıldığında, bazı anlarda gerilim olmasına rağmen akımın hala akmaya devam ettiği görülür. Çünkü kaynak
kesildiğinde bile, kondansatör depoladığı yüklerle devreden bir süre akım geçmesini sağlar. Bunlar faz farkının
varlığına işarettir.
Reaktif güç
Daha fazla bilgi: Elektriksel güç
Reaktif güç elektriksel güçte görünür gcün bir bileşeni olup iş yapabilme ve işe dönüştürülebilme özelliği
yoktur. Bu güç, kondansatörlerde plakalar arasında elektriksel alan olarak saklanır. Kaynak kapandığında ise
devreye geri verilir. Anlık gücün yukarıda bulunan tanımında içinde
faktörünün bulunduğu kısım bize
reaktif güç değerini verir. Reaktif gücün frekansı da normal frekanstan farklıdır, iki katına çıkar.
Güç ifadesi, elemandan geçen akımla elemanın uçları arasındaki gerilimin çarpımından oluşur. Empedans
kavramının verdiği bilgiler eşiğinde aşağıdaki eşitlikler sağlanır. Akım fazörünün üstündeki yıldız
, fazörün
transpozesinin alındığını, daha basit anlamıyla genliğinin sabit kalması şartıyla faz açısının terse dönüp
Kondansatör her ne kadar direnç gibi pasif, yani kontrolsüz elemanlardan da olsa dirence göre farklılıklar taşır.
Matematiksel ifadesi direnç gibi doğru orantılı değildir, türev ifadesi içerir. Kondansatör akımının akması,
zaman domeni ifadesinden anlaşıldığı gibi, kondansatörün uçları arasındaki gerilimin değişmesine bağlıdır.
Alternatif akımda kaynak gerilimi sürekli değişir, kondansatöre uygulanan gerilim değeri de değişime uğrar. Bu
da kondansatörden sürekli akım geçmesini sağlar.
Kondansatör AC akımın geçmesini engellemez. Direnç elemanı gibi olmasa da akıma karşı bir tepki gösterir,
direnç uygular. Omik dirençten farklı olarak akımın hem değerini düşürür, hem de fazının gerilime göre
kaymasına neden olur. Kondansatörün AC gerilime karşı koyma eşdeğerine kapasitif reaktans adı verilir.
Kapasitif reaktans, kaynak frekansı ve kondansatör kapasitesine bağlıdır. Frekans ve kapasite yükseldikçe
reaktans düşer. Reaktansın düşmesi;
empedansta direnç etkisinin artması
fazör diyagramında sanal kısmın kısalıp empedansın dirence yani gerçel kısma doğru
yaklaşması
faz farkının düşmesi, akım ve gerilim fazörlerinin birbirine yaklaşması anlamlarına gelir.
Reaktansın yükselmesi ise bu sıralananlara ters yönde etki yapar.
Empedans diyagramı incelendiğinde görülür ki, kapasitif yüklerde empedansın sanal kısmı negatif, direncin
yönü sürekli pozitif yönde olur. Reaktans negatif yönde olduğundan bu iki fazörün bileşiminin açı değeri
negatif çıkar. Empedansın açısı kapasitif yüklerde negatif değer alır ve dolayısıyla akım fazörü gerilim
fazörünün önünden ilerler. Kondansatör, çalışmaya başladığında sürekli olarak dolup boşalma hareketi yapar,
belli bir yerde kaynak akımı kesilirse kondansatör depolamış olduğu yükleri devreye verir ve kısa süre de olsa
akım geçmesini sağlar. Yani akım fazörü gerilim fazöründen ilerdedir denir.
Kondansatör reaktif güç depolayan bir elemandır. Reaktif güç işe dönüştürülmemesine rağmen motorlar
endüktif ve bobin yapısında olduğundan çalışmaya başlamaları için bir manyetik alana ve reaktif güce ihtiyaç
duyarlar, endüktif devrelerin çalışması için gereken reaktif güç de kondansatörlerden karşılanır. Ancak şebeke
durumundan bakarsak reaktif gücün ihtiyaçtan fazla bulunmasının istenmeyen bir durum olduğu
unutulmamalıdır. Bunun için kompanzasyon yapılır ve reaktif gücün düşürülmesi yoluna gidilir.
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;
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.[16]
Kaçak
Kapasite
Tolerans
aralığı
gereksinimi
Filtreleme
1 - 100 pF
Yüksek
Düşük
Kesinlikle
Düşük
AC/DC
1 - 10 nF
Yüksek
Düşük
Çok Yüksek
Yüksek
Dekuplajlama 1 - 100 nF
Düşük
Yüksek
Düşük
Çok Düşük
Düşük
Yüksek
Düşük
Düşük
Uygulama
Doğrultma
Enerji
Depolama
1 μF ve
üstü
akım
tahammülü
Kararlılık
Parazit
gereksinimi tahammülü
Enerji depolama
Fotoğraf makinesi flaşının ani
patlaması kondansatör sayesindedir.
Kondansatöre bir DC kaynak bağlandığı zaman, kısa sürede yükü
depolar ve dolar. Bu şekilde devreden ayrılan bir kondansatör yüklüdür
ve plakaları arasında bir gerilim değeri okunur. Bu şekliyle
kondansatörler bir pile benzetilebilir. İçindeki yükü ise kendisine
bağlanan direnç değerine göre belli bir sürede boşaltan kondansatörler,
devreye bağlandığı zaman kısa süre içinde yüklerini tüketirler, çünkü
içlerindeki yük pile göre hem azdır hem de yeni yük üretimi yapamaz.
Kondansatöre kısa devre yapıldığında bu yükün kıvılcım çıkartacak
derecede hızlı aktığı görülür. Hem enerjiyi depolama hem de yükü
aniden devreye sokma özelliklerinden dolayı, kaynağın devre dışı
kalacağı durumlarda ve ani yük akışına ihtiyaç olan alanlarda
kondansatörler kullanılabilir.
Fotoğraf makinesi flaşlarının çalışması için enerji depolayan araçlar kondansatörlerdir. Flaşa bağlanmış olan
kondansatör önce pil tarafından doldurulur ardından çekim anında devreye sokulur ve depolanmış yüksek enerji
bir anda boşaltılır, böylece anlık olarak yüksek aydınlık elde edilmiş olur. Flaşın biriktirdiği yüksek enerjiyi bir
anda harcaması kondansatör sayesinde olmaktadır. Kondansatörün aniden boşalması flaş ışığının parlak
olmasını sağlar.[17]
Kondansatörler, elektronik alet herhangi bir sebeple kaynaktan ayrılırsa aletin bir süre daha işlev görmesini de
sağlar. Buna örnek olarak hoparlörler verilebilir. Hoparlörlerin besleme devresinde bulunan kondansatörler
kaynak gerilimi kesildiği zaman birkaç saniyeliğine de olsa höparlörün çalışmasını ve ses kaybı olmamasını
sağlarlar. Hoparlörün çalıştığı süre boyunca depolanan kondansatör, kaynağın kesintiye uğramasının ardından
depoladığı yükü hoparlöre verir ve böylece ses bir süreliğine kesilmez. Fişten çekilen hoparlörden hala ses
gelmesinin nedeni budur. Bu kullanım şekli daha da genişletilebilir, farklı farklı kullanım alanları bulunabilir.
3 fazlı kompanzasyon kondansatörleri,
güç faktörü düzeltilmesi için kullanılır
ve fiziksel olarak büyüktürler.
Hoparlörlerin kapandıktan sonra bir
süre daha ses vermelerinin sebebi
kondansatörlerdir.
Uygulamada fabrikalar, elektrik makineleri, iş makineleri ve motorlar
endüktif çalıştıklarından bağlandıkları şebekeye reaktif güç verirler.
Verilen reaktif güç aktif gücün dolayısıyla verimin oldukça düşmesine
neden olur. İki eş sistemin kompanze edilmiş ve edilmemiş halleri
karşılaştırıldığında çekilen akımın değişmediği, ancak aktif gücün
arttığı görülür. İşte verimin artması ve şebekenin reaktif güçten kötü
etkilenmemesi için endüktif sistemin girişine bir kompanzasyon
kondansatörü bağlanır ve devrede üretilen reaktif güç şebekeye
verilmeden kondansatörlerde depolanır. Motor devreye girerken de bu
kondansatörler depoladıkları reaktif gücü motorlara geri verirler.
Dolayısıyla şebeke sistemi saf resistif bir sisteme yakın olarak görür ve
şebekeyle sistem arasında reaktif güç alışverişi olmaz.
Kondansatör ani yük boşalmaları yapabildiğinden laboratuvar
ortamında deney ve yapay yıldırım oluşturma amacıyla da kullanılır.
Bir yapay yıldırımda aktarılan yük miktarı ve oluşan gerilim o kadar
büyüktür ki, bu yükü depolamak için metrelerce uzunlukta büyük
kondansatör blokları ve bu kondansatörleri doldurmak için dakikalar
gerekmektedir. Depolanan enerji bir anda kısa devre edilir ve bir
noktaya hedeflendirilir, böylece yapay bir yıldırım oluşturulabilir.
Reaktif güç depolama ve faz kaydırma
Anlık güç ifadesinde de anlatıldığı üzere kondansatörler aktif güç
harcamazlar ve reaktif güç depolayıcı olarak çalışırlar. Endüktif
devreler ise çalışmalarının başlangıcı için reaktif güce ihtiyaç duyarlar
ve çalışırken reaktif güç oluştururlar. Kondansatörler reaktif güç
depolarken endüktanslar da çalışmak için reaktif güç harcıyorlar. Bu
harcayacakları güç de kondansatörler tarafından sağlanabilir. Ayrıca
endüktif devrelerin faz kayması akımın geri kalması yönündeyken,
kapasitif devrelerin faz kayması akımın önde gitmesi yönündedir. Bu
da faz açısının ayarlanması için bize olanak sunar.
Nokia 3510 daha büyük kapasiteli bir
kondansatöre sahip olsa 5 saniyeden
daha uzun süre saat hafızasını
koruyabilir.
Motorlara yol verme
Elektrik makineleri veya daha bilinen adıyla motorlar büyük bobin
sarımlarından oluştuğundan endüktif devrelere sahiptirler. Endüktif
devrelerin anlık güçlerinin ifadeleri çıkarıldığında görülecektir ki
endüktanslar harekete geçmeleri için reaktif güç harcayıp çevrelerinde
manyetik alan oluştururlar. Bu reaktif güç şebekeden de çekilebilir. Ancak
birçok fabrikanın, birçok motorun ve endüktif devrenin bulunduğu bir
bölgede çekilen reaktif güç verimin oldukça aşağı düşmesine neden
olacaktır. Bunun için motorların devrelerine reaktif güç yüklü
kondansatörler bağlanır ve motora yol verilmesi yani motorun harekete
Elektrik motorları reaktif güç
geçirilebilmesi için gereken reaktif güç bu kondansatörlerden sağlanır. Bu
harcarlar.
kondansatörler elektronik devrelerde kullanılan kondansatörlere göre
fiziksel olarak oldukça büyüktür. Çünkü motorlar 220 veya 380 Volt ile
çalışırlar ve fazla miktarda reaktif güce ihtiyaçları vardır, bunu depolayacak kondansatörler de tabii ki büyük
olacaktır.
Kompanzasyon
Reaktif güç ile aktif gücün bileşiminden oluşan görünür güçte, aktif gücün maksimum hale getirilip, güç
faktörünün düzeltilmesi ve verimin en büyük halini alması işlemine kompanzasyon denir.
Doğrultucuda kullanılan kondansatörlerin kapasite değerleri de elde
edilen gerilim grafiğini etkiler. Kapasiteleri farklı 3 kondansatör
aynı doğrultucu devresine
bağlandığında grafikte olduğu gibi kapasite değeri arttıkça yük
geriliminin DC gerilime yaklaştığı görülür. Bunun nedeni ise
kondansatörün kapasitesinin arttıkça depoladığı yük miktarının
artması ve bu elektrik yükünün daha uzun süre yükü beslemesidir.
Yani kısaca, doğrultucu kondansatörlerinin kapasite değerleri
arttıkça, DC gerilime yaklaşım sağlanır ve dalgacık genliği düşer.
RC filtreleme ve matematiksel işlemler
Filtre kondansatörlerinin kapasitesi arttıkça
dalgacık genliği düşer ve çıkış gerilimi DC
gerilime yaklaşır.
RC filtreler bir direnç ve bir kondansatörün bağlanmasıyla
oluşturulur. Bu filtrelerin görevleri adlarında belirtilir. Görevleri
belli frekansların geçmesini belli frekansların ise söndürülmesini sağlamaktır. Aynı şekilde bu devrelerin
matematiksel analizi yapıldığında bir matematiksel operatörün ifadesi elde edilir. Yani RC devreleri frekans
geçirme görevlerinin yanında matematiksel işlev operatör elde edilmesi için de kullanılan devrelerdir.
Havai hatlarda kapasite
Havai nakil kablolarının her biri farklı bir fazı taşır, her bir kablonun sahip
olduğu gerilim değeri anlık olarak değişmektedir ve kablolar arasında
gerilim farkları oluşur. Kablolar kondansatör plakaları, aralarındaki mesafe
yalıtkan kalınlığı ve aradaki yalıtkan da hava olarak hayal edilirse, havai
nakil hatlarının oldukça büyük ve uzun bir kondansatör olduğu
varsayalabilir. Her ne kadar kablolar arası mesafenin çok açık olması
kapasite değerinde düşmeye yol açsa da bu kabloların kilometrelerce
ilerlerdiği düşünüldüğünde, toplamdaki kapasite değeri hattın varış
noktasında çıkış noktasına göre faz farkının oluşmasına neden olacaktır.
Yani havai nakil hatlarının da bir kapasitesi vardır ve hesaba katılır.
Kondansatör, kendisini besleyen kaynak tükendiği zaman hafızasındaki
bilgiyi kaybeden elektronik aletler için geçici de olsa çözüm oluşturur.
Dijital kol saatleri, bazı bilgisayar parçaları, cep telefonları bu tür
aletlere örnek olarak verilebilir. Dijital saatler ve cep telefonlarında
bulunan kondansatör, pil tükendiği zaman devreye girer ve özellikle
saat ve bazı önemli bilgilerin kaybolmaması için yüklerini harcarlar.
Kondansatör belli bir süre sonra yeniden depolanmadığından
boşalacaktır ve bulunan çözüm geçici olacaktır. Bazı cep telefonlarının
pillerinin birkaç saniyeliğine çıkarılıp geri takıldığında açılışta saati
hatırlaması, daha uzun süreli pilsiz bırakmada ise açılışta saati yeniden
sormasının sebebi de budur. Çünkü kondansatör o hafızayı sadece
birkaç saniyeliğine tutacak şekilde tasarlanmıştır.
Alçak geçiren (AG) filtre - İntegral alıcı
Enerji nakil hatları büyük bir
kondansatör olarak düşünülebilir.
Havai hatların kapasite değerleri kablonun cinsine, kablo aralığına göre
değişir. Havai hatlar çekilirken kullanılacak kablonun kilometre başına kapasite (F/km) değeri kataloğundan
okunur. Buna göre hesaplama yapılır.
Doğr ultma
Daha fazla bilgi: Doğrultucu
Kondansatörler içlerinde biriktirdikleri enerjiyi yüke boşaltmak
suretiyle doğrultucu devrelerinde de kullanılabilirler. En basit
doğrultuculardan olan yarım dalga doğrultucuda yüke ulaşan
gerilimin grafiği alttaki resimde görülür. Ancak DC gerilimle
çalışan bir alet için elde edilen bu gerilim grafiği uygun değildir.
Çünkü aletin istediği, bir pilden elde edilebilecek kadar düz ve
pürüzsüz bir gerilimdir.
Yandaki şemada yarım dalga doğrultucuya bağlı bir yüke paralel
Filtre kondansatörü doğrultucularda DC
kondansatör bağlanması örneği görülür. Gerilim artarken yük
gerilime yakınlaşma sağlamaktadır.
depolayan kondansatör, gerilimin düşmeye başlayınca, yani
ifadesinde bulunan gerilimin türevi negatif değer alınca içindeki
elektrik yükünü, yüke iletmeye başlar. Bu noktadan itibaren AC gerilim azalırken, kondansatör bir kaynak gibi
davranır ve içindeki yükü önündeki empedans değerine göre boşaltır. Yüke iletilen gerilimin grafiği yandaki
resimde üstteki gerilim grafiği haline gelir. İlk duruma göre bu grafik DC gerilime daha yakındır. Bu da DC
gerilimle çalışan bir aletin düzgün şekilde çalışması için daha uygundur.
Kararlılığa ulaşmış bir kondansatörlü doğrultma devresi göz önüne alındığında, üstteki grafikte gerilimin bir
maksimum ve bir minimum değerleri olduğunu görürüz. Bu iki değer arasındaki fark dalgacık (ripple) olarak
adlandırılır. Bu dalgacıkların genliği ne kadar düşük olursa o kadar doğru gerilim değerini yakalanmış olur.
Bu RC devresinin görevi isminden de belli olduğu üzere alçak frekansları
geçirmektir. Yandaki devre şemasında da görüldüğü gibi bir direnç ile bir
kondansatör birbirine seri halde bağlanıp, AC kaynak altında kondansatörün
uçları arasındaki gerilim değeri okunur ve toplam gerilim ile çıkış gerilimi
arasında frekans analizi yapılırsa bu sistemin belli bir frekans değerinden düşük
frekansları aynen geçireceği, bu frekans değerinin üzerindeki frekansları ise
hızlı bir şekilde söndüreceği görülür.
Ayrıca aynı sistemin gerilim analizi zaman domenine göre yapıldığında
görülecektir ki kondansatörün uçları arasındaki gerilim, giriş geriliminin
integrali alınmış ve bir sabitle çarpılmış haline eşittir. Dolayısıyla bu devre aynı
zamanda integral alıcı devre olarak da anılır. İntegral ifadesinin önündeki sabit
de bağlanan elemanların direnç ve kapasite değerlerine bağlıdır.
AG - RC filtresi, referans
frekans değerinden düşük
frekansları geçirir, yüksek
frekansları söndürür. Ayrıca
İntegral işlevi de
görmektedir.
Yüksek geçiren (YG) filtre - Türev alıcı
Yine aynı şekilde bu RC filtresinin görevi de isminden bellidir. Yanda şeması
gösterilen devreden de anlaşıldığı gibi bir direnç ve bir kondansatör seri
bağlanır ancak bu sefer direncin uçları arasındaki gerilim değeri okunur.
Ardından yapılan frekans analizinde görülür ki bu devre bir frekans değerinden
düşükte kalan frekansları geçirmeyip söndürmekte, o frekans değerinden
yüksek frekansları ise aynen geçirmektedir.
Gerilim analizi zaman domeninde yapıldığı zaman ise direncin uçları arasındaki
gerilimin giriş gerilimin türevi alınmış ve bir sabitle çarpılmış haline eşit olduğu
görülür. Bu sabit yine direnç ve kapasite değerlerine bağlıdır. Bu sebeple bu
devreye türev alıcı devre adı da verilebilir.
Tasar ım
Yalıtkan malzeme
Dielektrik (yalıtkanlık) sabiti
YG - RC filtresi, referans
frekans değerinden yüksek
frekansları geçirir, düşük
frekansları söndürür. Ayrıca
Türev işlevi de görmektedir.
Daha fazla bilgi: Yalıtkanlık sabiti
Yalıtkan bir malzemenin içinde depolayabileceği yük miktarı o malzemenin bir karakteristiğidir, yani farklı
malzemelerin aynı koşullarda depolayabilecekleri yük miktarı da farklı olur. Bir malzemenin üzerinde yük
depolayabilme yeteneği yalıtkanlık (dielektrik) sabiti adı verilen katsayı ile ölçülür ve bu katsayı her
malzemede farklı değer alır. Hesaplama kolaylığı açısından her malzemenin dielektrik katsayısı, boşluğun
dielektrik katsayısına göre oranlanır ve ortaya çıkan yeni katsayıya bağıl dielektrik (yalıtkanlık) sabiti adı
verilir, kısaca vakumun yalıtkanlığı temel alınarak diğer malzemelerin yalıtkanlığı buna göre kıyaslanır. [18] Bir
yalıtkan malzeme bağıl dielektrik sabiti oranında, vakuma göre daha fazla yük depolar. Alttaki kutuda vakumun
dielektrik sabiti verilmiştir.
Hakkında Bilgi
Çeşitli fiziksel yapılarda kondansatörler temin edilebilir. Elektronik ve
metalürji bilimlerinin gelişmesi, oldukça küçük ve farklı yapılarda
kondansatör üretimini mümkün kılmıştır. Örneğin entegre devrelerin
üzerinde mercimek ve pil şeklinde görülebilirler. Farklı yapıdaki
kondansatörlerin kapasite değerleri belli başlı formülasyonlara göre
hesap edilir. İki düz metal tabakadan üretilen kondansatör ile silindir
veya daire şeklinde olan kondansatörün kapasiteleri farklı şekilde hesap
edilir. Her ne kadar düzlemsel kondansatörün hesabı kolay olsa da 3
boyutluluk, silindiriklik ve küresellik devreye girdiğinde formulasyonlar
oldukça karışık hale gelir.
Üstten görünüm
Düzlemsel kondansatörler
Vakumun dielektrik sabiti
Malzemeye özgü bağıl dielektrik sabiti
Uygulamada oldukça fazla karşılaşılan bir kondansatör tipidir. Düzlemsel iki metal tabaka arasında belli bir
dielektrik katsayısına sahip olan bir yalıtkanın yerleştirilmesiyle elde edilir.
Düzlemsel koordinatlarda gerilim değişimi bir boyutta gerçekleşir. Değişimin sadece x ekseninde olduğu
yandaki şekilden görülür. İki kalın çizgi metal tabakaları belirtirken, aradaki kadar uzaklık içerisine yalıtkan
bir malzeme yerleştirilir. Metal tabakaların alanları olup, birinin gerilimi
iken diğer tabakaya gerilimi
uygulandığında elektrik alanı , yüksek gerilimden düşük gerilime doğru olur.
Delinme gerilimi
Daha fazla bilgi: Delinme gerilimi
Yalıtkan malzemelerin karakteristikleri arasında gerilime dayanıklılık da sayılmalıdır. Bir malzemenin
yalıtkanlığını yitirip deforme olduğu gerilim değerine bozulma - delinme gerilimi adı verilir ve yalıtkanlar için
önemli bir göstergedir. Kondansatörlere delinme gerilimlerinden büyük bir gerilim kesinlikle
uygulanmamalıdır, çünkü bu şekilde kondansatör iletken haline gelir ve işlevsiz kalır.[18]
Tabaka üzerinde herhangi bir noktada gerilim yani ve ekseni üzerinde gerilim değişmez. Yalıtkan malzeme
gerilime karşı bir direnç gösterir ve bu sebeple gerilim düşümü ekseni üzerinde olur, bir tabakadan diğerine
geçerken gerilim değerinden değerine düşer. Kondansatörün gerilim uygulanmayan plakasının
,
gerilim uygulanan plakasının
konumlarında bulunduğu göz önüne alınır ve hesaplamalar sonucunda
düzlemsel kondansatörün kapasite değerinin nelere bağlı olduğu bulunur.
Bazı yalıtkanların bağıl dielektrik sabitler i ve delinme gerilimleri
[19]
Yalıtkanın
İsmi
Bağıl
Dielektrik
Sabiti
Delinme
Gerilimi
Hava
1
30,000 V/cm
Teflon
2.1
600,000
V/cm
Polistr en
2.4 - 2.7
240,000
V/cm
Kağıt
3.5
160,000
V/cm
Pireks (Cam)
4.7 (3.7 - 10)
140,000
V/cm
Silikon
11.68
150,000
V/cm
Bakalit
3.7
240,000
V/cm
Kuvartz
3.7 - 4.5
80,000 V/cm
Mika
4-8
800,000
V/cm
Bu ifadeye göre düzlemsel kondansatörlerde kapasiteyi değiştiren etmenler, aradaki malzemenin dielektrik
katsayısı, malzemenin kalınlığı ve metal plakaların yüzey alanıdır. Yüzey alanı, dielektrik katsayısı arttıkça ve
aradaki mesafe azaldıkça kapasite artar.
Küresel kondansatörler
Küresel kondansatörler iki metal kürenin içiçe konulup aralarına bir
yalıtkanın yerleştirilmesiyle oluşturulur. Gündelik hayatta fazla kullanım
alanı yoktur, genellikle yüksek gerilim tekniğinde benzetim yapmak için
kullanılır ve kolaylık sağlar. Farklı çeşitleri mevcuttur, kürelerin merkezleri
birbirindek ayrık, küreler birbiriyle ilişkisiz olabilir. Ancak hesaplamada
kolaylık olması açısından eşmerkezli küresel kondansatörler
kullanılacaktır.
İç küre yarıçapının , dış küre yarıçapının
olduğu kabul edilir.
Kondansatör ekseninde ise yine
ve
uzaklıkları arasında yer alır. İç
küreye gerilim uygulanıp, dış küreye gerilim uygulanmadığında, sistem
belli bir değerde yük depolama özelliğine sahip olur. Eşmerkezli küresel
kondansatörlerde kapasite değerinin ifadesi aşağıdaki gibi yazılabilir.
[19]
Fiziksel yapı
Bu ifadede kesin olan tek şey, aradaki malzemenin dielektrik katsayısının kapasite değerini doğru orantılı
etkilediğidir.
ve
yarıçapları ise alacakları değerlere göre kapasite değerini etkilerler, bu oran tasarım
açısından çeşitlilik olanağı sunar.
Silindir sel kondansatörler
Silindirsel kondansatörler iki metal silindir tabakanın birbirinin içine
yerleştirilmesi ve aralarına yalıtkan bir malzemenin koyulmasıyla
tasarlanır. Bu tip kondansatörlerin günlük hayatta kullanımı çoktur.
Kablolar, yüksek gerilim havai hatları veya geçit izolatörleri bu kullanım
alanlarına örnek olarak verilebilir.[19] Benzetim açısından da kolaylık
sağlayan silindirsel kondansatörlerin incelenmesinde eşeksenli olanları
kullanılır.
İç silindir yarıçapı , dış silindir yarıçapı
iken, silindir uzunlukları
olarak alınır. Gerilim iç silindire uygulanır, dış silindir ise gerilimsiz
bırakılır. Bu durumda sistem yalıtkan malzeme üzerinde yük depolar.
Kapasite değeri ise aşağıdaki gibi bulunur.
[19]
Silindirsel kondansatör
İç yarıçap = r1
Dış yarıçap = r2
Silindir uzunluğu = l
Eşeksenli silindirsel kondansatörlerde kapasite değeri, yalıtkan malzemenin
dielektrik sabitinden ve silindir uzunluğundan doğru orantılı olarak
etkilenir, bu ikisinin artması kapasiteyi artırmaktadır. Doğal logaritmik ifadenin içerisinde gelen yarıçaplar
oranı
ise ters orantılı bir etki yapar. Yarıçaplar arasındaki oranda oynama yapılarak çeşitli değerlerde
silindirsel kondanstörler elde edilebilir.
İmalat
Kondansatörlerde elektrotların birbirlerine göre konumları düzlemsel, küresel ve silindirsel olmaları hakkında
bilgi verir, farklı fiziksel yapılar farklı ihtiyaçlar için geliştirilmiştir ve seçenekleri artırıp uygulama çeşitliliğine
uyum sağlarlar. Kondansatör imalatında asıl önemli olan, kullanıcıların isteklerini karşılayacak şekilde, farklı
uygulamalar için farklı ürünler imal etmek, bunları imal ederken de kapasite değeri ve çalışma gerilimi üzerinde
ayarlamasında farklı yalıtkan malzemelerin farklı yalıtkanlık özelliklerinden faydalanılır.
Kondansatörlerde küçük boyutta istenen kapasite değerini elde
etmenin yollarından biri elektrot alanında artırım yapmaktır,
ancak elektrotlar düzlemsel olarak kullanıldığında alan arttıkça
kondansatör boyutu de artmaktadır. Kondansatörlerde sargı
yöntemi, elektrot alanında artma elde ederken boyutlardaki
artmanın daha kabul edilebilir seviyede kalması için uygulanan
bir yöntemdir.
Sargı yöntemi düzlemsel kondansatörlerin küçük boyuta
sığdırılması amacını taşıyan bir yöntemdir. Uygulanması için
(yandaki resimden takip edilebilir) boy olarak makul ancak en
olarak uzun elektrot ve yalıtkan malzeme seçilir. Elektrot ve
yalıtkan malzemelerin kolayca bükülebilir olması sargı yöntemi
için şarttır. Dıştan içe doğru sırayla yalıtkan - elektrot - yalıtkan elektrot dizilimi sağlanacak şekilde malzemeler üstüste
yerleştirilir. Ardından bir rulonun etrafına, oluşturulan bu
kondansatör sarılmaya başlanır. Tamamen sargı haline gelmiş
kondansatör yalıtkan bir kabın içerisine yerleştirilerek dış
ortamdan yalıtılır. Görünüş olarak silindirsel kondansatöre
benzese de temelde tasarlanan düzlemsel bir kondansatörün
sarılmış halidir. Yandaki resimde görülen kondansatör, içteki
alüminyum elektrot yani anota artı (pozitif) kutup bağlandığında
çalışmaya başlayacaktır.
Sar gı yöntemi
Sargı yöntemiyle düzlemsel kondansatörler
daha küçük boyutlarda elde edilebilir. Aksiyal
veya radyal kondansatörlerin farklılıkları da
terminallerin (uçların) yerleşim farkından
kaynaklanmaktadır. Üstteki resimde iki farklı
uygulama da görülebilir.
Kondansatörün kullanım alanına göre terminallerinin yani
uçlarının yerleri tasarlanmalıdır. Radyal bir kondansatörde uçlar
aynı kenardan aynı yöne doğru çıkarlar. Aksiyal kondansatörlerde ise bir uç tavandayken diğer uç taban
kısmında olur ve ters yönlere doğru çıkarlar. Sargı işlemi gerçekleştirilmeden önce düzlemsel elektrotların aynı
yöne bakan kenarlardan uzatılan uçlar radyal kondansatör, ters yöne bakan kenarlardan çıkarılan uçlar ise
aksiyal kondansatör elde edilmesini sağlar.
Sargı yöntemiyle, düzlemsel kondansatör halinde bırakılsa kullanışsız olacak derecede büyük boyutlara
ulaşabilecek kondansatör, çok küçük bir boyutta aynı işlevi görmüş olur. Kağıtlı (yağ emdirilmiş), alüminyum
film gibi çeşitli kondansatörler bu şekilde elde edilirler.
Çok katlı elektrot yöntemi
Kondansatörlerde kullanılan yalıtkan malzemenin bükülmez
olması durumunda sargı yöntemi gerçekleştirilemez. Elektrot
alanının artırılması birçok elektrotun birbiri içine geçirilip,
elektrotlar arasına esnek olmayan yalıtkan malzemeden
yerleştirilmesiyle çok katlı elektrot yöntemi uygulanmış olur.
Kapasite değeri, yalıtkan malzemenin incelmesi (elektrotların birbirine yaklaşması) ve elektrot alanının
artmasıyla artar fakat yalıtkanların incelmesi malzeme açısından üretimde zorluk yarattığı gibi çalışma
geriliminin azalmasına yol açtığından çok da avantajlı değildir. Ayrıca elektrot alanının artması da kondansatör
büyüklüğünün artmasına neden olacağından bir yerden sonra kullanışsızlığı peşinden getirmektedir. Dolayısıyla
imalat ve tasarım aşamasında bir optimizasyona gidilmelidir. İstenen kapasite ve çalışma değerlerinin en küçük
ve kullanışlı boyuta nasıl getirilebileceği tasarlanmalıdır. Bu tasarlama çalışmaları farklı yalıtkanların
kullanıldığı farklı kondansatörlerde yalıtkanların özellikleri göz önüne alınarak yapılır.
Kondansatörlerde alüminyum, gümüş veya kurşun elektrotlar kullanılır ancak alüminyum elektrot kullanımı en
yaygın olanıdır. Yalıtkan farklılıkları ise kondansatörler arasındaki temel farkı oluşturur. Yalıtkan ile
alüminyum film iletkenlerinin oluşturduğu kondansatöler ise bir kabın içerisine yerleştirilir ve enerjili kısım
yalıtılmış olur.
Profilden Küresel Kondansatör
İç yarıçap = r1
Dış yarıçap = r2
Esnek olmayan yalıtkan malzemeler için
geliştirilmiş çok katlı elektrota sahip
kondansatör imalatı. Toplam elektrot sayısının
yarısı kadar kondansatör paralel bağlı olarak
düşünülebilir.
Birçok elektrot - yandaki resimden de takip edilebildiği gibi ardışık olarak (bir tarak gibi) birbirlerinin içine geçirildiğinde,
toplam elektrot sayısının bir eksiği kadar kondansatör paralel
bağlanmış olarak elde edilir. Kondansatörün iki elektrot
arasındaki mesafesi , malzemenin yalıtkanlık katsayısı
,
elektrotların birbirine bakan alanları ve toplam elektrot
sayısı
olduğu düşünülürse çok katlı elektrota sahip bir
kondansatörün kapasite değeri aşağıdaki gibi bulunur.
Mika ve seramik, esnek olmayan ancak elektriği iyi yalıtan ve kolayca inceltilebilir malzemeler olduklarından,
seramik ve eski tip mikalı kondansatörler bu yöntemle imal edilirler.
Kazalar, tehlike ve güvenlik
Kondansatörler enerji depolayan elemanlardır ve içlerindeki elektriksel yükü uzunca bir süre saklayabilirler.
Güç girişi kesilmiş bir devrede bulunan kondansatör bile depo ettiği yükü boşaltarak devrenin diğer
elemanlarının zarar görmesine yol açabilir. Devreden ayrılmasına rağmen uçları arasına herhangi bir yük
bağlanmayan kondansatör depoladığı yükü uçları kısa devre edildiği an hızla boşaltır ve bazen öldürücü
olabilen şoklara, elektrik yanıklarına neden olabilir. Örneğin görünüşte zararsız olan ve 1.5 Volt ile çalışan
fotoğraf flaşları içlerinde 300 Volt'a kadar yük depolayabilen kondansatörlere sahiptirler, bu kondansatörlerde
depolanan enerji bir insanı kolayca çarpabilir ve şoklara yol açabilir.
Yüksek kapasite değerine sahip veya yüksek gerilimde çalışan kondansatörlerle çalışılırken dikkatle davranılır,
kondansatörün tamamen boşaldığından emin olduktan sonra temas etmek sağlık açısından faydalıdır.
Kondansatörler devreden söküldükleri anda yük depolamış halde bulunurlar, bu sebeple içlerindeki elektriksel
yükünü boşaltmak için sönümlendirici direnç adı verilen, değeri akımı zararsız hale getirecek kadar yüksek
ancak çok uzun olmayan bir sürede kondansatörü boşaltacak kadar da düşük olan bir direnç, kondansatörün
uçları arasına temas ettirilir ve tam boşalmanın sağlandığından emin oluncaya kadar beklenir. Yüksek gerilim
kondansatörleri istiflenirken uçları arasına bir yalıtkanla kesinlikle kısa devre yapılır, çünkü bu tip
kondansatörler cidden büyük zararlara yol açabilecek yükleri içlerinde depolayabilirler.
Eski yağ emdirilmiş büyük kondansatörler poliklorlanmış bifenil (PCB) içerirler. PCB bileşikleri artıkları
topraktan yeraltı sularına karışabilmektedir. PCB'ler içme suyuyla çok az bir miktarda tüketilse bile kanserojen
etki göstermektedir. PCBlerin insan vücuduna karışması aşağıdki yollarla olabilmektedir;
Yiyecek veya içeceğe karışması,
deri yoluyla emilmesi,
buharının solunması yoluyla. (Oda sıcaklığındaki PCB buharı herhangi bir sağlık riski yaratmaz.)
Bu nedenlerden dolayı eski büyük tip yağ emdirilmiş kondansatörler için çeşitli önlemler alınmalı, akıntı
yapmış kondansatörler kesinlikle güvenli bir şekilde yok edilmelidirler. Bu sağlık risklerinden dolayı artık PCB
içeren kondansatörler üretilmemekte ve kullanımda olanlar tedavülden kaldırılmaktadır.
Kondansatör sanayisi
Genel bakış
gibi, üreticiler açısından şanssız bir durum olarak,
kondansatör sanayisi dünya ticaretindeki ihtiyaç artış ve
azalmalarından oldukça fazla etkilenmiştir, bu da
tüketicilerin kondansatör ihtiyacında büyük değişikliklere
yol açmıştır. Bu sebeple de kondansatör üreticileri öngörü
yapmakta zorlanmış ve ağzı sıkılığı tercih etmiştir.
Farklı kollardaki gelişmeler
Plastik film kondansatörler: Yalıtkan malzeme olarak
kağıdın yerini plastik türevlerinin almasıyla birlikte
kondansatör sanayisinde büyük bir gelişme
Kondansatör piyasasının 1960 - 1977 yılları
gözlenmiştir. Öncülüğü polyesterin yapmasıyla
arasındaki değişimi[20]
birlikte polikarbonat, polistren ve poliprolen gibi
malzemeler, farklı yalıtkanlık özelliklerinden
faydalanılarak kullanılmışlardır. Özellikle geçmişte AC akımda kullanılan ve yalıtkan olarak P.C.B
(poliklorlu bileşikler) taşıyan kondansatörlerin çevre kirliliğine neden olduğunun belirlenmesinin
ardından, poliprolen yalıtkanlı kondansatörler AC devrelerde yaygınlaşmaya başlamıştır. Yağ
emdirilmemiş kuru yalıtkanlı kondansatörlerin AC motorlarında ve floresan lambalarda kullanımının
yaygınlaşmasının ardından kısa süre içerisinde hem çevreye zararsız hem de devreler için uygun
büyüklüklerde kondansatörler imal edilmesi olanaklı hale gelmişti. DC akım için kullanılan
kondansatörlerde de durum hemen hemen aynıydı ancak kağıtlı kondansatörler bir süre daha yaşamaya
devam ettiler. Sadece modası geçmiş devrelerde kullanım alanı bulabiliyorlardı ancak bu alan da zamanla
plastik film kondansatörleri tarafından ele geçirildi. Bu gelişmelerin ardından kağıtlı kondansatörler
piyasadan silindi, yerlerini plastik filmli kondansatörler aldı ve 1980 yılında plastik film yalıtkanlı
kondansatörler piyasanın % 20'lik bir kısmını kapsamaktaydılar.
Seramik kondansatörler: Kondansatör sanayisinin gelişiminde plastik film gibi seramik yalıtkanlı
kondansatörlerin de büyük etkisi vardır. Transistor gibi elektronik elemanların yaygınlaşmasıyla birlikte
düşük gerilim değerlerinde çalışabilen kondansatörlere ihtiyaç duyuldu. Toleranlarının kararlı olmaması
ve sınırlı yüksek gerilimde çalışabilmeleri dezavantajlarına rağmen düşük gerilimde çalışan devreler için
disk seramik kondansatörler oldukça makuldü. Baskı devre üretiminin artmasıyla birlikte Amerika,
Japonya ve Avrupa'da üreticiler haftada ortalama 1 milyon disk seramik kondansatör imal etmeye
başladılar.
Elektrolitik kondansatörler: Vakum tüplerinin tedavülden kalkıp yerine daha kararlı elektronik
elemanlarının gelmesiyle birlikte elektrolitik kondansatör ihtiyacında büyük bir artış görüldü. Tüketici
taleplerinde meydana gelen değişimler, üreticilerin kondansatörler için kapasite ve gerilim taleplerinde
değişmeye yol açmıştır. Çünkü artık küçük devreler için yüksek kalitede ve uzun ömürlü kondansatörler
gerekiyordu, bu gelişmeler sonucunda elektrolitik kondansatör piyasası gelişti. 1980'li yıllarda bu tip
kondansatörler piyasanın % 37'sini elinde tutmaktaydı.
Günümüzde kondansatör sanayisi
İnsanlığın iki metal tabaka arasına bir yalıtkan malzeme yerleştirmek suretiyle icat ettiği kondansatörler, büyük
bir sanayi alanı oluşturmuş ve günümüzde milyonlarca doların döndüğü bir pazar haline gelmiştir. Öyle ki
farklı uygulamalar için farklı büyük alt kollara ayrılmış, pazar içinde birçok pazar oluşturmuştur. Kondansatör
sanayisi, diğer teknolojik gelişmelerden fazla etkilenmemiş, yapımında kullanılan malzemelerin çeşitliliğinden
ziyade yapı ve fiziksel boyutunda gelişmeler görülmüştür.
Alüminyum hala elektrotlarda kullanılan yegane malzemedir. Yağ emdirilmiş kağıtların yalıtkan malzeme
olmaktan çıkması ise 1960'lı yıllara rastlar. Plastik filmlerin yalıtkan olarak kullanılmasıyla beraber
kondansatör teknolojisinde en büyük ilerleme kaydedilmiş, kağıtlı kondansatörler tedavülden kalkmaya
başlamış ve kuru yalıtkanlı kondansatörler ortaya çıkmıştır. Yine bu ilerlemeyle birlikte kondansatör imalatında
devrim niteliğinde gelişmeler olmuş, çok küçük boyutlu ve ucuz kondansatörlerin üretimi mümkün olmuştur.
Modern kondansatör sanayisindeki büyüme, ii. Dünya Savaşı'nda elektronik bilimindeki gelişmelerle
tetiklenmiştir. Barışın sağlanmasının ve elektronik bilimine yeni alt dalların eklenmesinin ardından dünya
genelinde kondansatör ihtiyacı inanılmaz bir şekilde artış göstermiştir. Ancak yandaki grafikte de görüldüğü
Pasif elektronik elemanlar piyasasında Avrupa'da birinci, dünya genelinde ikinci büyük firma olan EPCOS'un
kondansatör piyasası ile ilgili verileri kullanılarak piyasanın bugünü ve geleceği daha iyi takip edilebilir.
Merkezi Almanya'da bulunan firma kondansatörler, seramik elemanlar (seramik kondansatörler dahil), ferrit ve
endüktanslar gibi alanlarda söz sahibidir. EPCOS kondansatör fabrikası alüminyum, tantalum, film, güç
kondansatörü ve ultrakondansatör üretimi yapmaktadır.
Firmanın kondansatör satışlarında 2004 yılında bir önceki yılın aynı dönemine göre % 1.1 artış gözlenmiştir ve
satış 350 milyon €'dan 354 milyon €'ya çıkmıştır. Yılın son çeyreğinde ise yine geçen yılın son çeyreğine
göre % 7'lik bir satış artışı görülmüş ve satış 83 milyon € olmuştur. Bu artışı otomotiv ve endüstriyel elektronik
alanında ortaya çıkan alüminyum kondansatör ihtiyacı sağlamıştır. Tüketicilerin film kondansatör ihtiyacındaki
artış yine satışı artırmıştır ancak tantalum kondansatörlerin bu artışta payı yok denebilecek düzeydedir.
Aşağıdaki iki liste EPCOS firmasının 2003 yılında yaptığı kondansatör satışlarının hangi endüstriye yüzde
olarak ne kadar yapıldığını ve kondansatör çeşitlerinin toplam satış içerisindeki payını göstermektedir.
Çeşitlerine göre
Endüstrisine göre
kondansatör satışları
kondansatör satışları
Teknolojik ürünler
% 38
Tantalum
% 33
Otomotiv
% 21
Alüminyum
% 29
Telekomünikasyon
% 14
Film
% 21
Tüketici - Perakende
%8
Güç kondansatörü % 16
Diğer dallar
% 19
Ultrakondansatör
Toplam % 100
%1
Toplam % 100
Kaynaklar
James W. Nilsson - Susan A. Riedel (1996). Electric Circuits - 7th Edition iSBN 0-13-127760-X
Haluk Erna (1977). Pratik Elektrik ve Uygulamalarla Modern Elektroteknik iSBN 975-10-1419-0
Tanju Batıbeki (1992). Elektronik Öğreniyorum
The Electronics Club (http://www.kpsec.freeuk.com/components/capac.htm)
How Stuff Works (http://www.howstuffworks.com)
ViAS Ancyclopedia (http://www.vias.org/encyclopedia/phys_dielectric_const.htm) Dielectric Constant
Maddesi
Peter D. Driver, The Development of the Capacitor industry and its Position in World Markets,
ElectroComponent Science and Technology, 1978.
r ikttionaary. org/ wiki/ s%
1. /\
/ Sığ aç (h
http:
ttp://t
t //t r.w
%C 4%B 1%C4 %9Fa%C 3%A7)
i A. Ron an ( 19
2. /\
/ a b c Co lin
983 ) . Biili m Ta r i hi : D ün ya K ü lt ü r lerin d e B ilim in Ta r i hi ve G e lişmee si, Ekm eleddin
u
,
F
Feza
üne
r
u,
e
v.
İİhsan
İhsa
noğll
G
20 03)). iS BN 975-403- 2 75 -0 (s . 42 4 - 425)
gu
gun (Ç ) (2
3. /\
3
/\ Th e sttorry of electrica l and m agnetic meas urements: from 500 B .C . to the 19 40s (http:/ /b
books.g oo gle. com.tr /books?i
d=uwg
wgNAtqSHuQC &pg=PA
A21&dq=E
Ewald+Georg
g+von
n+Kleist&h
eist&hl=tr &ei=bep YTrzSNcSKs wb
w Lr uiiYCw&s a=X&oi=b
ook_res ult&ct=res ult&resnu
num
0Geo
org%20vo
AEwAA#v
wald%20Geo
m=1&ved=0C CkQ6A
m
CkQ6A
A#v
v=onepage&
age&q=Ew
q=Ew
0von%20Kleist &f=fals
e)
masa
er System Ca pacito rs. p.p 1 - 3
sam
my Natarajan,
m
a Pow
4. /\
/ a b Raama
Power
3154d
d3d_ek
d_ek
k.pdf?
083154d
df??ti
5. /\
/ a b c E lektri k Müh
Mühhendisleri Odası eğitim dokü
er/d0
bd0
bd0
?tipi=34
ümanı (http
http
p://ww
//ww
ww
w.emo.org
w.em
w
o.org.tr/ekler/d0
0a9b
0a9b
&turu=X&sub
&sube
be=
b
= eriş im tar ihi: 27 Ağustos 2011
=0),
/ Ko
nsatö
atör
ğerrler ney
ache%3Ayy0xFtV5H
6. /\
Kondan
neyyi ifade ede
c m
m/viewer?a=
ondan
edeer? (htt
ttp
p://docs.google.co
p
m/v
a=v&q=cache
le rin üzzer indeki değer
+ok
ku
mas ı&hl=en
mas
2F
unm
unm
t0J%3Aee.istaanbul. edu .trt %2F
Flab
bora
o atorry_sectio ns% 2Fdosyalaar %2
F Kon dans attor ler .pdf+kond
daans attör +ok
&pid=bl& srrcid=
=ADGE ESisU
UrX
XTep
ptB4eFOAl
O lXn3
X Fsq oS
o 11GtUFW Tcu
uC r_B 61qX5Ez01moEu95E -Qagh
hXQtyCzcHBy
-QaghXQtyCzcHBy
aD2tdi
M M C pW 5v5RLEbiaD
KQrD
UNhr s 6g&sig=A
g=AH
AHiEtb
EtbR kb
kbAH
bAHviKDd
d PWak
ak_6g26b
g26
6b
b1f--HeT fEz B TTO8B 8OUK
b1f
QrDiiiB 5AkFUN
A YAA
nt2W5
nt2
5J si
s vKOeni
uth=DQAAAi
eniXtiZjmDeptB sscUTVkkN
N939fL
39fL n9aatAl
A QET
igui6AB lSkq--7X5W Q&plli=1&au
auuth
AA
AAY
AAY
A
Yn
Kondansatör pazarında 2000 yılında rekor kırılmasının ardından 2001 - 2002 yıllarında piyasa düşüşe geçmişti
ve piyasanın yeniden hayat belirtisi göstermesi için 2003 yılının ikinci yarısına kadar beklenmesi gerekiyordu.
Bu canlanış 2004'ün ilk yarısında gelen yüksek talep ve sabit fiyat sayesinde ivme kazandı. Ancak bazı
ekonomik sebepler yüzünden 2005 yılında başlayan düşüş 2006 yılına kadar devam etti. Günümüzdeki
ekonomi çevrelerindeki beklentiler kondansatör piyasasının 2009 yılına kadar büyük bir büyüme içerisine
gireceği yönündedir.
2000 yılının sonunda haberleşme ve telekom teknolojileri piyasasında meydana gelen çöküşün ardından
kondansatör sanayisi yeni bir yapılanmanın içine girdi ve farklı alanlarda mücadele etmek zorunda kaldı.
Günümüzde kondansatör piyasası fiyatlandırma, malzeme fiyatlandırması ve ulaşılabilirlik, kondansatör
teknolojileri arasındaki yarış, kapasite değerleri, Çin ve Tayvan gibi ucuz üretim yapan ülkeler hakkında acil
önlemler, üretimin yıllar geçtikçe bu ülkelere kayması, kondansatörlerden kurşun gibi zararlı malzemelerin
temizlenmesi ve daha zararsız malzemelerin kullanılması gibi alanlarda mücadele vermektedir.
Download