Amateurfunklehrgang – Der Weg zur HB9-Lizenz/ Bauelemente

Kondensator

Kondensatoren sind passive elektronische Bauelemente, die elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichern. Da Kondensatoren die elektrische Energie nicht, wie zum Beispiel in Akkus, chemisch speichern, können sie die Energie wesentlich schneller aufnehmen und wieder abgeben. Kondensatoren bestehen aus zwei leitenden Polen und einer isolierenden Schicht (Dielektrikum). Die verwendeten Materialien und der Aufbau bestimmen die Kapazität (Aufnahmevermögen für die Energie), das Verhalten bezüglich der Frequenz und der Empfindlichkeit gegenüber äusseren Einflüssen auf das elektrische Verhalten.

Aufbauarten und Verwendung

... für Netzteile und für alles was mit Leistungsstabilisierung zu tun hat

Elektrolytkondensatoren haben im Vergleich zu anderen Kondensatortypen eine sehr hohe Kapazität. Sie bestehen typischerweise aus einem leitenden Flüssigkeitselektrolyt auf einem porösen Träger (Papier) und einer Metallfolie. Sie werden in Netzteilen eingesetzt, um Wechselspannungs-Ripple (Störungen) zu glätten und somit eine stabilere Gleichspannungs-Ausgangsleistung zu liefern. Sie dienen auch als Energiereservoir, um Lastspitzen zu aufzufangen. Elektrolytkondensatoren müssen typischerweise mit korrekter Polung eingebaut werden, es gibt aber auch wechselstromfeste Ausführungen.

   

... für Oszillatoren und Filter**:

In Oszillatoren und Filtern werden oft Kondensatoren mit geringerer Kapazität und hoher Präzision verwendet. Kondensatoren sind integraler Bestandteil von LC-Oszillatoren. Sie arbeiten zusammen mit Spulen, um eine Resonanzfrequenz zu erzeugen, die bestimmt, wie schnell der Oszillator schwingt. In Kombination mit Widerständen oder Spulen werden Kondensatoren kleiner Kapazität verwendet, um Signalfrequenzen zu filtern.

   

Drehkondensatoren sind veränderbare Kondensatoren, deren Kapazität durch Drehen eines Knopfes oder einer Welle variiert werden kann. Das funktioniert, indem die Überlappung von zwei Satz von Platten verändert wird, wodurch sich die Kapazität ändert. Diese werden traditionell in Radioempfängern und -sendern verwendet, um die Resonanzfrequenz von LC-Schaltkreisen zu variieren und so die Abstimmung auf verschiedene Radiostationen oder Frequenzen zu ermöglichen. Oder auch zur fixen Abstimmung von der Frequenz eines Oszillators.

Die Wahl des richtigen Kondensatortyps und seiner Spezifikationen (z. B. Kapazität, Spannungsfestigkeit, Toleranz) ist für den korrekten Betrieb einer Schaltung von entscheidender Bedeutung. Da wir uns Hauptsächlich mit Hochfrequenz beschäftigen, konzentrieren wir uns auf die Eigenschaften und Auswahlkriterien die für uns relevant sind. Einige der wichtigsten Kriterien für HF-Kondensatoren sind eine niedrige Dielektrikabsorption, hohe Spannungsfestigkeit, geringe Serie-Resonanzfrequenz (SRF) und geringe Verluste.

Keramikkondensatoren haben typischerweise sehr geringe Verluste und eignen sich gut für hohe Frequenzen. Sie haben eine hohe Temperatur- und Spannungsstabilität. Bestimmte Typen von Keramikdielektrika, wie NP0 (oder C0G), haben ausgezeichnete temperaturkompensierende Eigenschaften und sind nahezu frequenzunabhängig.

Mica-Kondensatoren sind für ihre hohe Präzision und Stabilität bekannt. Sie besitzen eine sehr geringe Dielektrikabsorption und eignen sich gut für HF-Anwendungen, bei denen Stabilität kritisch ist.

Tantal-Kondensatoren sind eher für ihre Einsatz in Stromversorgungsschaltungen bekannt, können aber auch in bestimmten Hochfrequenzanwendungen nützlich sein, insbesondere wenn eine hohe Kapazität in einem kleinen Gehäuse benötigt wird.

Folienkondensatoren haben im Allgemeinen eine gute HF-Leistung und sind in verschiedenen Dielektrika verfügbar. Sie haben eine stabile Kapazität über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich.

Polypropylen-Folienkondensatoren (PP):

Eigenschaften: Geringe Dielektrikverluste, hohe Isolationswiderstände und hervorragende Temperaturstabilität.

Anwendungen: Oft verwendet in HF-Resonanzschaltungen, Tuning-Netzwerken, als Koppel- und Bypass-Kondensatoren und in Filtern.

Polyester-Folienkondensatoren (PET oder Mylar):

Eigenschaften: Gut für eine allgemein höhere Spannungsfestigkeit und haben eine etwas höhere Temperaturtoleranz als Polypropylen. Sie haben jedoch höhere Dielektrikverluste als PP.

Anwendungen: Werden oft in Anwendungen eingesetzt, in denen eine hohe Kapazität benötigt wird, wie zum Beispiel als Bypass-Kondensatoren oder in HF-Filtern.

Polyphenylen-Sulfid-Folienkondensatoren (PPS):

Eigenschaften: Hohe Temperaturbeständigkeit und stabile Kapazität über den Temperaturbereich.

Anwendungen: Geeignet für Hochtemperaturanwendungen und HF-Filterschaltungen.

Polystyrol-Folienkondensatoren:

Eigenschaften: Extrem niedrige Dielektrikverluste und sehr stabile Kapazität.

Anwendungen: Wegen ihrer niedrigen Verluste und Stabilität werden sie oft in Präzisions-HF-Anwendungen und Oszillatoren eingesetzt.

Teflon-Folienkondensatoren (PTFE):

Eigenschaften: Außergewöhnliche Temperaturbeständigkeit und nahezu keine Feuchtigkeitsaufnahme.

Anwendungen: Ideal für extrem anspruchsvolle Anwendungen wie Hochtemperaturumgebungen, anspruchsvolle HF-Anwendungen oder da, wo minimale Kapazitätsänderungen kritisch sind.

Luftspalt-Kondensatoren sind oft in HF-Tuning-Anwendungen zu finden. Ihre Kapazität ändert sich durch physische Anpassung des Abstands oder der Überlappung von leitenden Platten. Luft als Dielektrikum hat nahezu keine Verluste, was sie ideal für Hochfrequenzanwendungen macht.

Gleischstromverhalten

Wechselstromverhalten

Kapazitativer Blindwiderstand

Spule, Transformator

Spule

Gleischstromverhalten

Wechselstromverhalten

Induktiver Blindwiderstand

Halbleiter: Dioden, Transistoren, Integrierte Schaltkreise

Dioden

Dioden sind Halbleiterbauelemente, die den elektrischen Strom in einer Richtung leiten und in der anderen Richtung sperren. Für die Funktechnik sind folgende Diodentypen von Bedeutung:

Gleichrichterdioden

Die "normalen" Dioden, die meistens in Stromversorgungsschaltungen verwendet werden, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln oder bei Induktivitäten unerwünschte Spannungsstösse beim Ausschalten des Stromflusses zu verhindern (z. B. bei Relais)

Zenerdioden

Spezielle Dioden, die darauf ausgelegt sind, in der Sperrrichtung zu leiten, wenn die Spannung einen bestimmten Wert (Zenerspannung) überschreitet. Sie werden oft zur Spannungsregelung eingesetzt.

LEDs (Light Emitting Diode)

Dioden, die Licht aussenden, wenn durch sie Strom fliesst. Sie werden als Anzeige (als Segmentanzeigen zu Zahlen und Buchstabn ansteuerbar) oder Signallichter verwendet. Aus organischen LED-Materialien (OLED) lassen sich Bildschirme herstellen.

Schottky-Dioden

Diese haben einen sehr schnellen Schaltübergang und eine geringe Durchlassspannung. Sie werden oft in Mischern und Detektoren eingesetzt.

PIN-Dioden

Sie haben eine intrinsische (I) Zone zwischen P- und N-Zonen. PIN-Dioden werden sie häufig als HF-Schalter oder in variablen Dämpfungsgliedern eingesetzt. Durch Anlegen einer Gleichspannung werden sie in den für HF leitenden Zustand gebracht.

Varactor- oder Varicap-Dioden

Varicaps ändern ihre Kapazität in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Sie werden sie zum Abstimmen von Oszillatoren und in Frequenzmodulationsschaltungen verwendet.

Tunnel- oder Esaki-Dioden, Rückwärtsdioden

Tunnel/Esakidioden weisen aufgrund des Tunnel-Effekts eine negative differentielle Widerstandregion in ihrer IV-Kurve auf. Sie werden in Oszillatoren und Verstärkern in der Mikrowellentechnik verwendet. Rückwärtsdioden sind ähnlich wie die Tunnel-Dioden, aber für den Betrieb in der Sperrrichtung optimiert. Sie werden in Mikrowellendetektoren eingesetzt.

Gunn-Diode

Gunn-Dioden haben einen negativen differentiellen Widerstands in ihrer IV-Kurve. Wenn eine ausreichend hohe Spannung an die Diode angelegt wird beginnt sie im GHz Bereich an zu schwingen. Frequenzen im Mikrowellenbereich sind mit anderen Oszillatortypen schwer zu erreichen.

Germaniumdiode

Vor der breiten Verfügbarkeit von Silizium-Halbleitern wurden Dioden oft aus Germanium hergestellt. Germanium hat eine geringere Durchlassspannung als Silizium (ca 0,3 V, Silizium: 0,6-0,7 V). Aufgrund ihrer geringen Durchlassspannung und der Tatsache, dass sie bei niedrigeren Spannungen leiten, wurden Germaniumdioden oft in Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf eine geringe Spannung ankam, wie z.B. in Kristallradios als Detektordioden. Mit der Weiterentwicklung der Silizium-Halbleitertechnologie in den 1960er Jahren und den Vorteilen von Silizium in Bezug auf Temperaturstabilität und Fertigungskosten wurden Germaniumdioden weitgehend durch Siliziumdioden ersetzt. Trotz ihres Rückgangs in der modernen Elektronik haben Germaniumdioden eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Elektronik und Funktechnik gespielt und werden auch heute noch in einigen spezialisierten Anwendungen und von Hobbyisten geschätzt.