13. De condensator

13. De condensator

Doel van deze Experience

In deze Experience gaan we uitleggen wat een condensator is. Je zult de verschillende toepassingen en mogelijkheden begrijpen. Natuurlijk gaan we zelf ook wat dingen meten met de multimeter.

Wat heb je nodig?

  • Multimeter en meetsnoeren
  • Condensator 100μF
  • Weerstand 100kΩ en 470kΩ

Theorie

Een condensator is een component die vele toepassingen heeft. Een condensator bestaat uit een tweetal platen van metaal met hier tussen een isolator. Als er spanning op een condensator wordt geplaatst dan zal deze worden omgezet in een energiebron over deze twee platen. Je kunt hem dus gebruiken als een soort buffer voor de spanning. Condensatoren zijn er in vele vormen en formaten zoals onderstaande foto al laat zien.

verschillende condensatoren                   verschillende elco's

We hebben twee symbolen voor condensatoren zoals je ook op de foto kunt zien, een voor de normale condensator en een voor de elektrolytische condensator.

symbool condensator

Bij de normale condensator is het niet belangrijk hoe je hem aansluit op de plus en de min. Bij een elektrolytische condensator is het wel belangrijk dat je hem goed aansluit. Hier zit namelijk een plus en een min kant aan. Een elektrolytische condensator wordt door vakmensen ook wel een Elco genoemd.

De capaciteit van een condensator wordt uitgedrukt in Farad. Hoe groter het getal hoe meer energie je vast kunt houden in een condensator. Aangezien de Farad een hele grote eenheid is praten we meestal over µF. µ betekent micro en is 1 miljoen keer kleiner dan een Farad. Bij de schakelingen gebruiken we bijvoorbeeld een condensator van 100 µF

farad

De capaciteit van een condensator wordt bepaald door:

  • De oppervlakte van de platen, hoe groter de oppervlakte hoe groter de capaciteit;
  • De afstand tussen de geleiders, hoe kleiner de afstand hoe groter de capaciteit;
  • Het materiaal dat als isolator wordt gebruikt.

Hoe groter de capaciteit van een condensator, hoe groter de condensator ook zelf zal zijn.

De normale condensator

Zoals je op de fcondensatorkleurcodesoto ziet zijn normale condensatoren heel klein. Als je ooit een keer je computer geopend hebt en op het moederbord hebt gekeken, dan zie je hier heel veel verschillende condensatoren. De toepassing van dit type condensatoren is voornamelijk het bewerken van wisselspanning. Deze condensatoren laten wisselspanning door en kunnen samen met een spoel filters maken en oscillatoren. We gaan dit in deze basiscursus niet behandelen maar in bijna elk apparaat zie je condensatoren zitten. Als je vroeger via een draaiknop een radio op de juiste frequentie wilde zetten dan veranderde je de capaciteit van een regelbare condensator waardoor je een afstemming kreeg op een bepaalde frequentie. Deze condensatoren zijn vaak van keramisch materiaal. De waarde staat op de condensator gedrukt, deze zijn gelijk aan de weerstanden.

In deze basiscursus zullen we verder geen Experiences maken met dit soort condensatoren omdat we alleen met gelijkspanning werken. Daarom zitten deze ook niet in de basisset.

 

 

 

Elektrolytische condensator

elco
Bij de Elco is het dus belangrijk dat hij correct op de plus en min wordt aangesloten.  De waarde van de Elco staat op de zijkant gedrukt. De Elco heeft een lang en een kort pootje. Het korte pootje is de min zijde. Ook staat er meestal een spanning bij, bijvoorbeeld 100 µF / 25 V. Dit betekent dat de maximale spanning op deze Elco 25 V mag zijn. Zet je een hogere spanning op de Elco dan kan hij kapot gaan en open klappen. Daarom zie je aan de bovenzijde van een Elco een aantal inkepingen. Dit zorgt ervoor dat als hij kapot gaat door te hoge spanning of te hoge temperatuur, de binnenzijde van de Elco hier naar buiten komt. Defecte Elco’s zie je vaak op moederborden van computers en in voedingen van apparatuur. De Elco is gevoelig voor hoge temperaturen, heb je bijvoorbeeld een computer die niet goed koelt waardoor hij te warm wordt, dan kan de Elco open klappen zoals je op de foto ziet.

kapotte condensator

Een condensator heeft een aantal zeer bijzondere eigenschappen. Aangezien er aan de binnenzijde een isolator zit die dus geen stoom geleidt kan er geen gelijkstroom doorheen. Wisselstroom kan er echter wel doorheen. De condensator wordt dan ook vaak gebruikt om verschillende circuits van elkaar te scheiden op het gebied van gelijkspanning.

Het laden van een Elco gaat volgens een bepaalde natuurkundige grafiek. De snelheid van het laden is afhankelijk van de capaciteit van de condensator en de weerstand die met de condensator in serie is geschakeld.

opladen condensator

Bij de het tijdstip t (in seconden) heeft de condensator 63% van de spanning gekregen.  We gaan proberen dit zelf te meten.

We gebruiken een weerstand van 100 kΩ en een condensator van 100 µF. We kunnen dan de RC tijd berekenen met de formule. Let op dat je bij het berekenen van formules altijd de juiste waardes gebruikt en omrekent naar de eenheden Ohm en Farrad

100 kΩ = 100.000Ω
100 µF = 0,0001 Farad

de formule is    t = R x C

t = 100.000 x 0,0001 = 10 sec.

Aangezien de we dit aan gaan sluiten op een spanning van 5 V betekent dit dat we na 10 seconden een spanning van ongeveer 63% van 5 V moeten meten, dit is ongeveer 3,1 V.

We gaan dit proberen te meten door het op te bouwen en door de spanning te meten die over de condensator staat.

RCtijd

Als we deze schakeling bouwen en de multimeter over de condensator hangen dan zie je dat de spanning oploopt.

Zoals je ziet klopt het aardig. Het klopt nooit precies omdat de meter niet nauwkeurig genoeg is, we niet precies 10 seconden af kunnen tellen en ook de weerstand en de condensator een tolerantie hebben en dus niet precies zijn. Wil je de meting nu nog een keer doen, dan moet je er eerst voor zorgen dat de Elco leeg is, je kunt dit doen door hem kort te sluiten, een draad tussen de plus en de min plaatsen. Als je na een tijdje via de multimeter gaat meten dan zie je dat er nog spanning op staat. Als je deze multimeter er op aangesloten houdt dan zal de Elco zich ontladen via de interne weerstand van de multimeter.

Opdracht 1

Gebruik een weerstand van 470kΩ en bereken de RC tijd. Bouw wederom bovenstaande schakeling en meet of de gemeten RC tijd overeenkomt met de berekende.

Opdracht 2

RCtijd2elco

Wat gebeurt er als je een tweede condensator parallel zet aan de eerste ?
Als je dit gaat meten dan zie je dat het twee maal zo lang duurt voordat de condensatoren zijn geladen. De conclusie is dat als je hogere capaciteiten wilt hebben, je de Elco’s dus parallel kunt schakelen. 2 Elco’s van 100 µF parallel geschakeld vormen samen een nieuwe Elco van 200 µF.

Wat heb je geleerd?
Je hebt geleerd wat een condensator is en waar deze voor dient. Ook weet je nu hoe het laden van een Elco in zijn werk gaat en heb je dit zelf na kunnen meten.

TestenStatus

Een reactie plaatsen