Ratgeber
Keramikkondensatoren sind die weltweit am meisten verwendeten Ladungsspeicher. Dazu gehören vor allem jene Bauformen, die bei Leiterplatten direkt auf der Oberfläche montiert sind. In diesem Ratgeber erfahren Sie die wichtigsten Fakten zu Keramikkondensatoren.
Wir informieren Sie in unserem Ratgeber über den Aufbau und die Funktion sowie über die Typen und Bauformen.
Ein Keramikkondensator ist ein elektrischer Kondensator, dessen Dielektrikum aus keramischem Material besteht. Unterschieden wird dabei zwischen paraelektrischen und ferroelektrischen Eigenschaften. Paraelektrische Dielektrika besitzen in der Regel eine niedrige Dielektrizitätskonstante. Dementsprechend verfügen Kondensatoren mit solchen Dielektrika über eine relativ geringe Kapazität, die nur bis zu Hunderten von Pikofarad reicht. Da sie aber einen niedrigen kapazitiven Temperaturkoeffizienten, geringen Energieverlust und eine gute Zeitstabilität aufweisen, sind sie in Hochfrequenzschaltungen und Filtern unverzichtbar.
Ferroelektrische Dielektrika besitzen dagegen eine hohe dielektrische Permittivität, die von der Stärke des elektrischen Feldes abhängt. Die Kapazität solcher Kondensatoren reicht bei kleinen Abmessungen bis zu 100 Mikrofarad. Aufgrund ihrer hohen Temperaturabhängigkeit und Verlustleistung dienen sie hauptsächlich zur Sperrung unerwünschter Signale und von Fremdimpulsen in Leistungsschaltungen sowie als Koppelelement im hochfrequenten Signaltrakt. Kondensatoren mit ferroelektrischen Dielektrika sind für die Übertragung von Tonfrequenzsignalen nicht geeignet: Durch den piezoelektrischen Effekt entsteht ein sogenannter Mikrofoneffekt – die Umwandlung wechselnder mechanischer oder akustischer Außeneinflüsse in elektrische Wellen.
Keramikkondensatoren für die Montage durch Löcher in der Platine – die sogenannte THT-Bestückung – liegen üblicherweise in Scheibenform vor und sind radial bedrahtet. Die meisten Keramikkondensatoren werden allerdings als oberflächenmontierbare Vielschichtkondensatoren – SMDs – hergestellt. Die jährliche Produktion dieser Multi Layer Ceramic Capacitors oder kurz MLCCs liegt schätzungsweise bei über einer Billion.
Neben den weit verbreiteten SMD-Kondensatoren gibt es auch drahtgewickelte Keramikkondensatoren. Sie sind in erster Linie für die Beseitigung elektromagnetischer Störungen in elektrischen und elektronischen Geräten bestimmt.
Hinsichtlich ihrer Typen werden Keramikkondensatoren in drei Klassen eingeteilt: Kondensatoren mit einem paraelektrischen Dielektrikum gehören zur Klasse 1, jene mit ferroelektrischem Dielektrikum zur Klasse 2. MLCCs bilden eine eigene Klasse.
Klasse-2-Keramikkondensatoren aus dem High-End-Bereich finden sich beispielsweise in Hochspannungs-Lasernetzteilen, Leistungsschaltern oder Induktionsöfen.
Kleinformatige SMD-Kondensatoren beherrschen Leiterplatten, da sie bei Schaltungen mit hoher Bauteildichte nahezu unverzichtbar sind. In Gleichstromwandler sorgen sie für die Unterdrückung von elektrischem Rauschen bei hohen Frequenzen.
Keramikkondensatoren lassen sich ohnehin als Allzweckkondensator verwenden.
Sie sind nicht gepolt und in einer großen Vielfalt an Kapazitäten, Spannungswerten und Größen erhältlich.
Viele Maker und Entwickler, vor allem im Bereich der Robotik, schätzen Keramik-Scheiben-Kondensatoren in Anwendungen mit bürstenbehafteten Gleichstrommotoren, um das Hochfrequenzrauschen zu minimieren.
FAQ – häufig gestellte Fragen
In welchen Spannungsbereichen sind Keramikkondensatoren erhältlich?
Die weitaus am meisten verwendeten Keramikkondensatoren liegen im Bereich von maximal 50 Volt Gleich- oder Wechselstrom. Der Markt bietet aber auch Kondensatoren, deren Nennspannungen bis zu 5000 Volt reichen.
Bis zu welcher Kapazität werden die Kondensatoren angeboten?
Im Allgemeinen definiert ein Kapazitätswert von 47 Mikrofarad die Obergrenze für den üblichen Gebrauch von Keramik-Kondensatoren, allerdings gibt es Typen dieser Kapazität meist nur in der SMD-Bauform zum Auflöten auf die Leiterplatte.
Mit welchen Toleranzen ist bei Kondensatoren aus Keramik zu rechnen?
Die weitaus meisten der im Handel erhältlichen Klasse-1- und Klasse-2-Kondensatoren sind mit einer Toleranz von 10 Prozent ausgezeichnet. Einige Varianten bieten auch 5 oder 25 Prozent.
Was ist unter der Bezeichnung „RM“ zu verstehen?
Dieses in Artikelbeschreibungen sehr oft verwendete Kürzel steht für das Rastermaß des Kondensators, also der Abstand der beiden Pins voneinander. Gängiges Maß ist das Inch, das 2,54 Millimeter entspricht. Mit diesem Rastermaß sind beispielsweise auch die Steckboards zur Schaltungsentwicklung ausgestattet. Bei Keramikkondensatoren sind auch 2,5 , 5 und 5,08 Millimeter üblich.
Ändert sich die Kapazität von Keramikkondensatoren mit der Zeit?
Bei Keramikkondensatoren nimmt der Kapazitätswert mit der Zeit ab, insbesondere bei Kondensatoren mit hoher Dielektrizitätskonstante. Ein Gegenmittel soll das Erhitzen des Kondensators über die Curie-Temperatur von etwa 125 Grad Celsius sein, zum Beispiel beim Lötvorgang. Nach dem Abkühlen würde die Alterung rückgängig gemacht und erneut beginnen.
Lässt sich auch eine höhere als die angegebene Nennspannung verwenden?
Die Spannung, die an den Kondensator angelegt wird, darf die in den Spezifikationen angegebene Nennspannung nicht überschreiten. Dies gilt auch für eine die Gleichspannung überlagernde Wechsel- oder Impulsspannung. Das Anlegen einer Überspannung an einen Kondensator kann zum dielektrischen Durchschlag und damit zu einem Kurzschluss führen. Die Dauer bis zum Durchschlag hängt von der angelegten Spannung und der Umgebungstemperatur ab.