Kondansatör Nedir?

Kondansatör yada diğer ismiyle kapasitör, elektrik enerjisini elektrik alan olarak depolayan iki uçlu bir devre elemanıdır. Temelde iki adet iletken plakanın arasına yalıtkan bir madde koyulması ile elde edilir. Devrede ve denklemlerde harfi ile gösterilir ve birimi Farad (F)‘dır.

kondansatör devre sembolü
Kondansatör Devre Sembolü

Kondansatör Ne İşe Yarar? Görevi Nedir?

Kapasitörler doğru akımı (DC) iletmeyip, alternatif akımı (AC) iletme özelliğine sahiptir. Bu özellikleri sayesinde çoğu devrede farklı amaçlar ile kullanılırlar. Güç kaynağı devrelerinde filtrelemede, rezonans devrelerinde istenilen frekansı üretmede ve güç aktarım hatlarında gerilim düzenlenmesi ve güç akışının kontrolünde kullanılırlar.

Kondansatör ve kapasitör aynı anlama gelmektedir. Yazının bundan sonraki kısımlarında ikisini de kullanmış olabiliriz. 🙂

Bu arada aklınızda bulunsun, bobinler hakkında da çok güzel bir içeriğimiz var. Bu yazıdan sonra onu da okumayı unutmayın 🙂 Bobin (İndüktör) Nedir? Ne İşe Yarar? Çeşitleri ve Özellikleri

Kapasitörün Yapısı

Kapasitörün iki adet iletken arasında yer alan yalıtkan ile oluşturulabileceğini söylemiştik. Yalıtkan kısım boş olabileceği gibi dielektrik özelliğe sahip bir maddeden de oluşabilir (örneğin kağıt, cam, plastik, seramik, mika vs).

Kondansatörün temel yapısı
Kondansatörün Temel Yapısı

Kapasitörün Çalışma Prensibi

Kapasitöre gerilim uygulandığında iletken plakalar birbirlerine göre ters ve eşit değere sahip elektrik yükü ile yüklenirler. Bu durum, plakalar arasında bir elektrik alan oluşmasına sebep olur. Bu iki plaka arasında yalıtkan maddeden dolayı herhangi bir yük akışı (elektrik akımı) olmaz. Yük değişimi yalnızca kapasitörün iki ucu aracılığıya bağlı olduğu devre üzerinden gerçekleşebilir.

kapasitör içerisindeki elektrik alan
Kapasitör içerisindeki elektrik alan

Bir kapasitörün kapasitans değeri, plakalar arasındaki elektrik yükünün (birimi Coulomb’dur) plakalar arasında oluşan gerilime (Volt) oranıdır. Yani Farad biriminin boyutu Coulomb/Volt’tur. Elektrik devrelerinde çoğunlukla Farad’ın trilyonda biri (pikofarad, pF), milyarda biri (nanofarad, nF) ve milyonda biri (mikrofarad µF) mertebelerinde kapasiteye sahip kapasitörler kullanılır.

Seramik ve Elektrolitik Kondansatör
Elektrolitik kapasitörler (solda) genellikle mikrofaradlar mertebesinde, seramik kapasitörler ise (sağda) genellikle nanofarad ve pikofaradlar mertebesindedir.

Kapasitör fiyatları, maksimum çalışma gerilimi, kapasite değeri, kapasitörün üretildiği malzeme gibi faktörlere bağlı olarak değişmektedir. 0,08TL’den başlayıp, 22,13TL’ye kadar çıkmaktaktadır.

Kapasitörlerin Kullanım Alanları, Nerelerde Kullanılır?

Farklı tipteki kapasitörler,  elektrik devrelerinde değişik amaçlarda kullanılırlar.

Kondansatör Çeşitleri

  • Seramik kapasitör: Şekillerinden dolayı aynı zamanda mercimek kapasitör ismiyle de anılırlar. Ses ve RF devrelerinde tercih edilir. Pikofaraddan 0.1 mikrofarada kadar kapasitelere sahiplerdir. Ucuz ve güvenilir olmalarından dolayı en sık tercih edilen tipteki kapasitörler arasında yer alırlar.
  • Elektrolit kapasitör: Polarize tipte (kutuplu) kapasitörlerdir. Yüksek kapasite değerlerini sağlayabilirler (çoğunlukla 1µF ve üzeri). Silindirik yapıdadırlar. Sıklıkla güç kaynağı devreleri ve ses devrelerinde ayırma (decoupling) gibi düşük frekans işlerinde kullanılırlar. SMD (Surface Mount Device – devre kartının yüzeyine lehimlenen) tipte veya through-hole (devre kartındaki deliklere lehimlenecek şekilde) tipte çeşitleri mevcuttur.
  • Tantal kapasitör: Tıpkı elektrolit kondansatörler gibi tantal kapasitörler de kutuplu yapıdadır. Boyutlarına oranla yüksek kapasite değerleri sunabilirler. Tantal kapasitörlerin ters gerilime toleransları çok düşüktür, yüksek dalgalanma akımları ve gerilimlerine maruz kaldıklarında veya yüksek stres altında patlayabilirler. Bu kapasitörler de SMD ve standart tipte üretilebilirler.
  • Mika kapasitör: Günümüzde çok fazla kullanılmasa da, yüksek stabiliteye sahip olmaları ve yüksek frekansta çalışabilmeleri sebebiyle boyut kısıtı olmayan RF devrelerinde kullanılırlar. Maksimum 1000pF civarında kapasiteye sahiptirler.
  • Trimer kapasitör: Kapasite değeri bir tornavida aracılığıyla değiştirilebilen tipteki kapasitörlerdir. Genellikle ekipmanların kalibrasyonu için kullanılırlar. Hassasiyet ve toleransları oldukça düşük olduğundan genellikle son kullanıcı ürünlerinde tercih edilmezler. Çoğunlukla en düşük 0.5 – 10pF ve en yüksek  1 – 120pF arasında değişebilen kapasiteye sahip tipleri mevcuttur.
  • Süper kapasitör: Süper kapasitörler (ultra kapasitör ismiyle de anılır), 12kF (=12.000 Farad) gibi çok yüksek kapasite değerlerine sahip olabilen kapasitörlerdir. Tipik bir elektrolitik kapasitörün birim hacimde depoladığı enerjinin yaklaşık 10 ile 100 katı kadarını depolarlar. Bu yüksek kapasiteyi elde etmek için klasik olarak kullanılan dielektrik malzeme yerine ikili mekanizmaya sahiptirler. Bunlardan birisi elektrostatik, diğeri de elektrokimyasal prensip ile çalışır. Süper kapasitörler şarj edilebilir bataryaların yerini alması için tasarlanmıştır. Elektrikli araçlarda rejeneratif frenleme ile üretilen enerjiyi depolamada kullanılırlar.

Kapasitör Seçimi Nasıl Yapılır?

Kondansatör çeşitleri
Kondansatör çeşitleri

Devremizde kullanacağımız kondansatörü seçerken dikkat etmemiz gereken belirli kriterler vardır.

  • Kapasite değeri: Kapasitörler büyük çoğunlukla 1 pikofarad (1pF = 1 x 10^-12 F) ile 100.000mF (1 mF = 1 x 10^-3 F) arasında değerlerde üretilir. Dikkat etmeniz gereken nokta, her tipte kapasitörün farklı değer aralıklarında üretilmesidir.
  • Çalışma gerilimi: Devrenizde kullanacağınız kapasitörün, gerilim değerine uygun olarak seçilmesi gereklidir. Dikkat etmeniz gereken nokta ise, en azından %25 kadarlık bir ekstra pay ile tercih yapmanızdır. Örneğin 5V ile çalışan bir devre için 5V maksimum gerilim değerine sahip bir kapasitör kullanmak mantıklı olmayacaktır. Not: Bozulan devrelerinizdeki kapasitörleri her zaman için daha yüksek gerilim değerine sahip kapasitörler ile değiştirmeniz mümkündür.
  • Polarizasyon: Tantal ve elektrolit kapasitörler + ve – kutuplarına sahip olarak üretilir. Devreye bağlarken bu kutuplara dikkat etmeniz gerekir.
  • Tolerans: Osilatör devreleri gibi devreler, yüksek hassasiyetle üretilmiş, tam değerini sağlayabilen kapasitörler ile kullanılmalıdır. Aksi takdirde devre istenilen çıkışı veremeyebilir.
  • Sıcaklık katsayısı: Tüm fiziksel devre elemanları gibi, kapasitörlerin değerleri de sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Bu değişim, tempco ifadesiyle ppm/°C cinsinden belirtilir. Sıcaklığa bağlı olarak kapasite artabileceği gibi, tam tersi durum da söz konusu olabilmektedir.
  • Kaçak akım: Bazı kapasitör tiplerinde, dielektrik madde üzerinden belirli bir miktarda kaçak akım geçişi olmakta ve bu sebeple normal deşarj süresinden daha kısa sürede deşarj olma durumu olabilmektedir. Tantal kapasitörler düşük kaçak akıma sahip olacak şekilde üretilebilmekte ve bu tipteki kapasitörler zamanlama devrelerinde tercih edilmektedir.

Kapasitör Ölçümü Nasıl Yapılır? Ölçüm ve Hesaplama

Kapasitörün ölçü birimi farad‘dır. Kapasite değeri, kapasitörün yüklendiği birim elektrik yükünün gerilim olarak değişimi olarak tanımlanabilir. Farad, Uluslararası Birim Sistemi’ne göre 1 coulomb (C) / volt (V) olarak belirlenmiştir. Farad biriminin başına SI ölçü sistemi katsayıları (piko, nano, mikro, mili vb.) kullanılır.

Bir kapasitörün değerini ölçmek için LCR metre isimli cihaz kullanılmalıdır. LCR metre, indüktör (L), kapasitör (C) ve direnç (R) ölçümü yapabilmektedir, ismini bu devre elemanlarının harf gösterimlerinden almıştır.

LCR Metre
LCR Metre

LCR metreler, ölçüm yapılan devre elemanına bir AC gerilim uygulayarak, gerilim ile akım arasındaki faz farkını ölçer. Cihazın uyguladığı gerilimin frekansı bilindiğinden, empedans aracılığıyla kapasite değeri hesaplanabilir.

Kapasitörün Devreye Bağlanış Biçimleri

Diğer tüm iki uçlu devre elemanları gibi kapasitörler de elektrik devrelerinde paralel veya seri bağlı olabilirler.

Birden çok kapasiörün paralel bağlı olması durumunda, kapasitans değerleri toplanır:

Paralel bağlı kondansatör devresi
Paralel bağlı kondansatör devresi
Paralel Bağlı Kondansatör Formülü
Paralel Bağlı Kondansatör Hesabı

Kapasitörlerin seri bağlı olduğu durumda ise, eşdeğer kapasitenin çarpmaya göre tersi, her bir kapasite değerinin çarpmaya göre tersinin toplamına eşit olur:

Seri Bağlı Kondansatörler
Seri Bağlı Kondansatörler
Seri Bağlı Kondansatör Eşdeğer Hesaplama Formülü
Seri Bağlı Kondansatör Formülü

Kapasitör Formülleri

Elektrik akımı, birim zamandaki yük değişimi olarak tanımlandığından, kapasitörün akımı aşağıdaki formül ile gösterilebilir:

Kondansatör Akım Formülü
Kondansatör Akım Formülü

 

Önceki bölümden hatırladığımız üzere kapasite, birim elektrik yükünün kapasitör uçlarında oluşturduğu gerilim farkı olarak tanımlanmaktaydı (C = Q / V). Bu sayede yük değişimini kapasite ve gerilim cinsinden ifade edebilmekteyiz.

Kapasitör Değeri Okuma

Elektrolitik kapasitörlerin üzerlerinde gerilim ve kapasite değerleri yazılıdır. Fakat seramik kapasitörler üzerinde 3 rakamlı bir kod bulunur. Bu kodun ilk iki hanesi kapasite değerini, yanındaki numara da katsayıyı temsil eder. Bu değerlerin çarpılması ile pikofarad cinsinden kapasite değeri bulunur:

Kondansatör Değer Okuma
Kondansatör Değer Okuma
Numara Kapasite (pF)
101 100 pF
221 220 pF
471 470 pF
102 1,000 pF
222 2,200 pF
472 4,700 pF
103 10,000 pF
223 22,000 pF
473 47,000 pF
104 100,000 pF
224 220,000 pF
474 470,000 pF
105 1,000,000 pF
225 2,200,000 pF
475 4,700,000 pF

 

Bu sayıların yanında bulunan harf değeri ise, kapasitörün üretim toleransını ifade eder:

Harf Tolerans
A ±0.05 pF
B ±0.1 pF
C ±0.25 pF
D ±0.5 pF
E ±0.5%
F ±1%
G ±2%
H ±3%
J ±5 %
K ±10%
L ±15%
M ±20%
N ±30%
P –0%, + 100%
S –20%, + 50%
W –0%, + 200%
X –20%, + 40%
Z –20%, + 80%

4 Yorumlar

  1. Çok güzel bir yazı olmuş ellerinize sağlık yeni başlayanlardan belli bir düzeye kadar bilgili olana kadar herkesin bi çok şey öğrenebilecekleri eğitici herşeyden önemlisi diğer elektronik hakkındaki yazılardan daha eğlenceli hiç bir paragrafta gereksiz ya da konu dışı bilgi olmadan saf temiz ve özüne sadık olmuş tekrar emeği geçen herkesin ellerine sağlık

  2. Guzel bir yazı olmuş. Buraya bir kaç farklı devrede kullanım örneği ile ihtiyaç duyulan kapasitörün nasıl hesaplanacağına dair bölüm de eklenir ise çok faydalı olur.

  3. Kondansatörlerin pratik kullanım amacıyla ilgili biraz ayrıntı verilse mesele bir devrenin neresinde hangi görevi yerine getirdiğine dair, mesela alternatif akım devresiyle doğru akım devresini birbirinden ayırma, gürültüyü ya da yüksek frekansı topraklama gibi hangi amaca pratik olarak hizmet ettiğini yazmak, elektroniğe gönül vermiş olanlar için önemlidir. Kondansatörün misyonunu yerine getirirken yazıda belirtildiği gibi kısaca filtreleme yolunu seçmesi dolaysıyla empedans formülü, Z = -j/w.C’ya kabaca da olsa değinmek şarttır.

CEVAP VER