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von Olaf Stieleke

Kondensatoren sind wie kleine (sehr, sehr kleine) Batterien - sie speichern Energie. Natürlich kann ein 10nF-Kondensator niemals mit einem 2000mAh-Mignon-NiMH-Akku konkurrieren, aber das soll er auch nicht.

Aufgebaut sind Kondensatoren stets nach dem gleichen Prinzip. Zwei Platten, die durch eine Isolierschicht, das sogenannte Dielektrikum, getrennt sind:

Legen wir an die Platten eine elektrische Spannung, so werden von der einen Platte Elektronen abgezogen (sie wird positiv geladen), die andere Platte wird mit Elektronen vollgepumpt (negativ geladen). Das Dielektrikum verhindert einen Kurzschluß zwischen den Platten. Im allerersten Moment fließt ein hoher Strom, der jedoch sehr schnell wieder fällt, während sich die Platten aufladen. Dabei steigt die Spannung an den Platten kontinuierlich an.

Nehmen wir die Spannung weg, bleibt der Kondensator geladen - Strom kann keiner fließen, dies verhindert das Dielektrikum (zumindest gibt es sich wirklich Mühe...).

Legen wir einen Verbraucher (LED, Widerstand) an die Anschlüsse des geladenen Kondensators an, kann ein Strom fließen, die LED leuchtet - die Platten entladen sich, während des Entladevorgangs sinkt der Strom immer weiter ab, die Spannung an den Platten fällt
kontinuierlich.

Die Menge an Energie, die ein Kondensator speichern kann, wird als Kapazität bezeichnet. Ihre Masseinheit ist das Farad (F). Allerdings ist ein Farad eine gewaltige Kapazität, weshalb man fast nur Kondensatoren findet, die Bruchteile davon speichern können:

1 F = 1000 mF m = Milli, 10e-3
1 mF = 1000 uF u = Mikro, 10e-6
1 uF = 1000 nF n = Nano, 10e-9
1 nF = 1000 pF p = Pico, 10e-12

Eine weitere, wichtige Größe ist die maximale Spannung, an die ein Kondensator angeschlossen werden darf. Durch eine zu hohe Spannung zwischen den Platten kann das Dielektrikum von Elektronen "durchschlagen" werden. Es bildet sich dann eine leitende Verbindung und der Kondensator ist zerstört. Schlimmer noch: Er bildet einen Kurzschluß.

Dieser Spannungswert ist stets aufgedruckt und darf niemals überschritten werden.Bei den hier vorgestellten Kondensatoren ist die Polung der angelegten Spannung übrigens völlig egal.

Eine besondere Form von Kondensator sind DrehKo's. Dies sind einstellbare Kondensatoren, die nur im pF-Bereich zu haben sind und vor der Erfindung der Kapazitätsdioden in Radios und Fernsehern zur Sendereinstellung verwendet wurden.

Koppelkondensatoren

Öfters hört man von "Koppelkondensatoren", die ein Signal "Gleichspannungsfrei einkoppeln"
oder ein Signal "auskoppeln". Bei Lüftersteuerungen ist das z.B. ein Thema, aber auch
bei Verstärkern.

Was damit gemeint ist, versuche ich mal zu erklären, muss aber ein bissel ausholen:

Wie funktioniert eigentlich ein Stromkreis ?

An sich ganz einfach: Plus ans eine Ende, Minus ans andere Ende und der Strom fließt. So
die schnelle Erklärung. Aber Elektronen bewegen sich nicht einfach von selbst. Es muß
einen Grund dafür geben.

Das Geheimnis an dieser Sache ist das sogenannte POTENTIAL. Am Pluspol der Spannungsquelle
herrscht Elektronenmangel. Da Elektronen negative Elementarteilchen sind und wir davon
zuwenig haben, herrscht dort POSITIVES POTENTIAL.

Am Minuspol haben wir Elektronenüberschuss, also zuviele Elektronen. Ergo issas dort
NEGATIVES POTENTIAL.

Nun kann man sich die Spannungsquelle wie einen Staudamm vorstellen: Das Wasser eines
Flusses wird gestaut, dahinter ist der ehemalige Fluß knochentrocken. Vor dem Damm haben
wir zuviel Wasser, dahinter zuwenig. Wie bei der Spannungsquelle, der negative Pol ist
VOR dem "Staudamm", der positive dahinter.

Sprengen wir den Damm, wird das Wasser mit ungeheurer Kraft versuchen, diese Differenz
auszugleichen - so wie die Elektronen. Das Sprengen des Damms ist elektronisch ein schöner,
sauberer Kurzschluß.
Öffnen wir den Damm nur ein wenig, fließt auch nur ein wenig Wasser - die Öffnung im Damm
ist elektronisch ein Widerstand.

Ein Strom kann also nur fließen, wenn eine leitende Verbindung zwischen Plus- und Minuspol
besteht UND eine POTENTIALDIFFERENZ existiert, wir also auf der einen Seite zuviele und
auf der anderen Seite zuwenig Elektronen haben.

Kondensator bei Gleichstrom

Oben schon erwähnt, lädt sich ein Kondi beim Anlegen einer Spannung auf. Im ersten Moment
stürzen die Elektronen auf die Platten des Kondis ein - de facto ist so ein Kondi in diesem
Augenblick wie eine Brücke (oder besser: wie ein Kurzschluß) zu sehen. Aber das bleibt
nicht so, der Kondi lädt sich ja auf.
Während die Spannung am Kondensator steigt, sinkt die POTENTIALDIFFERENZ an den Kondi-
Anschlüssen immer weiter ab - als würde sich dort ein Widerstand befinden, der immer grösser
wird. Der "Widerstand" des Kondensators steigt. Bis er aufgeladen ist.

Ist er nämlich aufgeladen, ist die POTENTIALDIFFERENZ an den Kondianschlüssen auf NULL
gefallen. Ein Strom fließt nicht mehr (wie auch, ohne Potentialdifferenz), der Widerstand
des Kondis ist unendlich groß - als wäre die Leitung durchtrennt. Hinter dem Kondensator
ist keine Spannung mehr zu messen. Null Volt. AHA !

Kondensator bei Wechselspannungen

Bei Wechselspannungen sieht es im wesentlichen ähnlich aus - der Kondi lädt sich. ABER:
Die Spannung am Kondi verändert sich ! Nehmen wir also einen schönen rechteckförmigen
Spannungsverlauf von 0 bis 1 Volt am Kondensator:

1. Die Spannung wechselt von 0V auf 1V (0-Pegel auf 1-Pegel)

Es passiert das gleiche, wie bei Gleichstrom beschrieben. Der Kondi lädt sich auf, bis
er voll ist.

2. Die Spannung fällt von 1-Pegel auf 0-Pegel

Plötzlich ist der Kondensator auf 1V geladen, um ihn herum ist aber 0V - wir haben wieder
eine POTENTIALDIFFERENZ - und was passiert ? Es fließt ein Strom, diesmal ist der
Kondensator die Spannungsquelle. Hinter dem Kondensator ist nun ein 1-Pegel zu messen !

Fassen wir zusammen:
1. 0V -> 1V : Hinter dem Kondi herrscht 0-Pegel
2. 1V -> 0V : Hinter dem Kondi herrscht 1-Pegel

Passiert das nun andauernd, misst man vor dem Kondensator ständige Wechsel von 0 auf 1,
und hinter dem Kondensator - misst man die auch !

Tatsächlich sieht es so aus, als wäre unser Rechtecksignal "über den Kondensator hinweg"
gesprungen. Wenn wir das ganze mit einer Sinusförmigen Spannung verfolgen, sehen wir den
gleichen Effekt: Die Wechselspannung "springt" über den Kondi förmlich hinweg, wird aber
in seiner Phasenlage verschoben.

Einkoppeln von Signalen

Nehmen wir ein Signal von einem Lüfter. Dieses ist Rechteckförmig (an/aus). Eine Lüfter-
steuerung muß dieses Signal auswerten, was praktisch immer mit einem Transistor erfolgt.
Haben wir ein sauberes Signal, das zwischen 0V und 12V hin- und herspringt, gibt es keine
Probleme.

Wehe, wenn das Signal sich nicht daran hält ! Springt es zwischen 2.2V und 12V hin und her,
funktioniert der Transistor nicht mehr richtig - an seinem Eingang genügen 0.7V, um ihn
anzusteuern - da die Spannung nun nicht mehr unter diesen Wert fällt, ist er stets
aufgesteuert. Dann können wir ihn auch weglassen, oder nicht ?

Nun kommt unser Kondensator in Reihe VOR den Transistoreingang. Unser Signal trifft nun
zunächst auf unseren Kondensator. Da der Signalpegel niemals unter den Wert von 2.2V fällt,
entlädt sich unser Kondi auch nicht weiter als eben diese 2.2V - denn 2.2V (Kondi) minus
2.2V (Signal) ergibt NULL, ergo keine POTENTIALDIFFERENZ. Der Transistoreingang hinter dem
Kondi "sieht" also anstelle der 2.2 Volt nur noch NULL VOLT.

Summa summarum: Die 2.2V Gleichspannung, auf der unser Signal sozusagen schwebt (im
Fachjargon DC-Offset genannt), wird von unserem Transistor durch den Koppelkondensator
ferngehalten, während das Signal selbst ungehindert über den Kondi hinwegspringen kann.
Diesen Fernhalte-Effekt nennt man Gleichspannungsentkoppelung.

Natürlich kann man das ganze auch am Transistorausgang machen und so eventuelle DC-Offsets
hinter dem Transistor wegsperren - das Signal wird Gleichspannungsmäßig ausgekoppelt.