En eski kapasitörlerden bazıları tuzlu su ile doldurulmuş ve metal folyoya sarılmış cam kavanozlardı. “Leyden kavanozu” adı verilen bu kondansatörler, yüksek gerilimli elektrik yükünü depolayan ilkel cihazlardı. İlk deneycilerin elektriği kavrayabilmesine ve nasıl kullanılacağına yardımcı oldular. Yıllar geçtikçe kapasitörlerin arkasındaki bilim açıkça daha belirgin hale geldi ve kavanozlar aşamalı olarak kaldırıldı. Kondansatörler en küçük devre kartlarına sığabilir ve değişen miktarlarda şarj edilebilmektedir. Bu derste kapasitörler hakkında bilgi edineceğiz.
Kondansatör Nedir?
Basitçe söylemek gerekirse bir kondansatör, elektrik depolayan ve voltaj düşüşü olduğunda tekrar devreye gerilim boşaltan bir bileşendir.
Pil ile kapasitör arasındaki farka değinecek olursak bir pilin gücü kimyasal reaksiyon yoluyla üretilirken bir kapasitörde bu gücün depolanması ve bir elektrik alanında tutulması olarak kavrayabiliriz. Bir pil, bir kapasitörden daha uzun sürelerde daha fazla enerji üretebilir. Öte yandan, bir kondansatör – çok daha az güç depolasa bile – bir pilden kat kat daha hızlı bir şekilde daha fazla enerjiyi (deşarj edebilir) boşaltabilir. Çok fazla enerjiye ihtiyacınız olduğunda idealdir.
Bir kapasitör, dielektrik adı verilen yalıtım malzemesi ile ayrılmış iletken metal plakalardan oluşur. Dielektrik seramik, plastik, oksitleyici metaller, cam ve kağıt gibi herhangi bir şey olabilir. Örneğin elektrolitik bir kondansatörü çatlatırsanız, kimyasal olarak kaplanmış bir filmde sarılı sadece iki metal levha olduğunu göreceksiniz. Elektrik uygulandığında, metal iletkenler filmdeki elektronları polarize eder ve bir elektrik alanı depolar.
Bu eski tip ayarlanabilir kondansatöre bakarsanız, temas etmeyecek şekilde birbiri arasında kayan metal plakalar dizisi olduğunu göreceksiniz. Bu senaryoda, hava dielektriktir. Şarj etmek için havanın elektrik alanını tutabilmesi garip görünüyorsa, şimşeği hayal etmeniz belki size kolaylık sağlayabilir.
Plakalar arasında ne kadar fiziksel örtüşme olduğuna bağlı olarak, bir elektrik alanının ne kadarının tutulabileceği belirlenir. İki plaka grubunun aralarında paylaştıkları yüzey alanı ne kadar büyük olursa elektrik alanı o kadar yüksek olur ve kapasitesi artar.
Gerilimi depolama ve elektrik alanını koruma gibi benzersiz yeteneklerinden dolayı, kondansatörler devre içerisindeki voltaj değişikliklerine karşı direnmeye çalışırlar. Diğer bir değişle, kondansatörler genellikle güç (+) ve toprak (Gnd) arasına bağlanarak istikrarlı bir güç kaynağı (beslemesi) oluşturmak ve aralıklı voltaj artışlarını filtrelemek için devreye bağlanırlar.
Kapasitörler “Farad” cinsinden ölçülür ve F harfi ile basitçe sembolize edilir. Büyüklüklerine göre pikofarad (pF), nanofarad (nF) veya mikrofarad (uF) aralıklarının da olduğunu unutmayın.
Kondansatörlerle ilgili iki sembol yukarıda gösterilmektedir. Soldaki daha az karmaşık yapıda olan kutupsuz kondansatörler için ve sağdaki daha karmaşık olan kutuplu elektrolitik kondansatörler içindir.
Kondansatörler kutuplu veya kutupsuz olabilir. Basitçe söylemek gerekirse, kutuplanmış bir kondansatör, devreye bağlanırken uzun olan bacağı pozitife, kısa bacağı ise toprağa bağlanması gerekir. Kutupsuz kapasitörler ise herhangi bir yönde bağlanabilir.
- Seramik disk ve mylar film kapasitörleri kutupsuzdur.
- Elektrolitik kapasitörler ise kutupludur.
Dirençlerde olduğu gibi kondansatörlerin de deşifre edilmesi gereken bazı işaretleri vardır.
Seramik disk (mercimek) kondansatörler iki veya üç haneli olarak basılır. İlk iki sayı kondansatörün değerini ve üçüncü sayı (varsa) çarpandaki sıfırların sayısını tanımlar. Okunan değer pikofarad cinsindendir.
Örneğin, bir kondansatörün üzerinde 10 yazıyorsa, çarpanı 1 olur ve sadece 10pF olarak okunur. Öte yandan, eğer 101 okuyorsak, 101 ile çarpılarak 100pF olduğunu okuruz. 104 için 104 ile çarpımı 10.000pF olarak okunur.
Kondansatörlerin değerini tanımlarken olabildiğince en küçük haneye indirgeyerek yapmamız anlaşılırlık açısından önemlidir. 10.000pF yerine 10nF veya 0.01uF olarak belirtebiliriz.
Elektrolitik kondansatörleri okumak biraz daha kolaydır. Kapasitans ve gerilim derecelendirmeleri doğrudan üzerilerine basıyorlar. Belirtilen gerilim derecesinde olmamız gerekmiyor. Kondansatör üzerindeki gerilim derecesi, besleme geriliminin bu değerden daha fazla aşılmaması gerektiğini belirtmesi açısından önemlidir.
Elektrolitik kapasitörlerde, dikkatli olunması gereken en önemli şey, kapasitörün negatif elektrodunu gösteren eksi işaretli şerittir. Her ne kadar ilk aldığımızda uzun ve kısa bacak olarak ayırt edebilsek bile, devreden sökülen bir komponentin ayırt edilebilmesinde bu yöntem kullanılır.
Kapasitör ve Süper Kapasitörler
Yüksek gerilim kapasitörleri – isminin de belirttiği gibi – büyük miktarda gerilim depolayabilir. Bunlar, kamera flaşlarında veya eski moda tüplü televizyonlar gibi bazı elektronik cihazlarda sıklıkla görülür.
Öte yandan, süper kapasitörler çok düşük gerilimlidir, ancak büyük miktarlarda yük depolayabilirler. Örneğin, elektronikle çalışırken karşılaşabileceğiniz en küçük kapasitör 1pF’dir. Bu birimi Farad’a çevirirsek 0.000000000001F’ye eşdeğer olur. Kısaca Farad gerçekten – ama gerçekten – büyük bir değeri ifade ediyor. Ne derece büyük bir değer bunu somut olarak ifade edelim. Eğer elektrik şokuna uğrama gibi bir endişeniz yoksa bir süper kondansatörün bacaklarına iletken bir metal ile dokunduğunuzda süper kondansatör bu metali eritmek için yeterli enerjiyi hızla serbest bırakabilir. Şok geçirmediğinizi varsayalım, ancak dikkatsiz birisi iseniz muhtemelen bir uzvunuz yanmış olurdu.