05 – Polarizované kondenzátory

Větší zásobník — ale s orientací. Otočíš špatně a výsledek není hezký.

Zapojení

• SW1 — nabíjí kondenzátor C1 (elektrolytický, polarizovaný)
• SW2 — vybíjí C1 přes R1 (1 kΩ) do LED1

Na pouzdře kondenzátoru je označen + pól — ten musí mířit na kladné napájení.

---

Co je jinak oproti předchozí desce?

Princip nabíjení a vybíjení je stejný jako u desky 04 — ale výsledek je znatelně jiný:

Stiskni SW1, pak SW2. LED svítí déle. Elektrolytický kondenzátor má výrazně větší kapacitu než keramický → vejde se do něj více náboje → vybíjení trvá déle.

Proč záleží na orientaci?

Elektrolytický kondenzátor je polarizovaný — má kladný a záporný pól. Na pouzdře je pruh nebo znaménko + pro kladnou nožičku.

Otočení způsobí zkrat

Zapojíš-li elektrolytický kondenzátor obráceně, jeho dielektrikum se zničí — kondenzátor se zahřeje, může prasknout nebo vylézt. V horším případě to přejde v dýmotvornou podívanou.

Keramický kondenzátor z desky 04 nemá polaritu — otočit ho nevadí.

Proč je větší kapacita a proč polarita záleží?

Jak elektrolytický kondenzátor funguje

Uvnitř jsou dva hliníkové pásy oddělené papírovým separátorem napuštěným elektrolytem (vodivou kapalinou nebo gelem). Jeden pás je elektrochemicky oxidován — vrstvička oxidu hlinitého (Al₂O₃) tvoří dielektrikum.

Tato vrstvička je extrémně tenká (desetiny mikrometru), takže kapacita je obrovská:

$C = \dfrac{\varepsilon \cdot A}{d}$

kde ε je permitivita dielektrika, A plocha elektrod a d tloušťka dielektrika (velmi malé d → velké C).

Vrstvička oxidu je ale jednosměrná — funguje jako dielektrikum jen se správnou polaritou. Obráceným napětím se oxid rozkládá, odpor klesá → průtok proudu, teplo, výbuch.

Porovnání s keramickým

Vlastnost	Keramický (MLCC)	Elektrolytický
Kapacita	pF – desítky μF	μF – tisíce μF
Polarita	žádná	ANO
Napěťová pevnost	vysoká	nižší (6–450 V)
Frekvenční rozsah	DC – GHz	DC – kHz
Velikost	malá	větší

Energie

Elektrolytický kondenzátor 100 μF nabitý na 5 V:

$E = \dfrac{1}{2} \times 100 \times 10^{-6} \times 25 = 1{,}25 \times 10^{-3}\,\text{J} = 1{,}25\,\text{mJ}$

To je tisíckrát více než keramický 100 nF z desky 04 — proto LED svítí viditelně déle.

ESR, leakage a použití v napájení

Equivalent Series Resistance (ESR)

Reálný kondenzátor není ideální — má sériový odpor ESR (typicky jednotky mΩ až Ω u elektrolytů). Při rychlých proudových rázech (pulzech) ESR způsobuje úbytek napětí a zahřívání.

Elektrolyty s nízkým ESR (označené „Low ESR" nebo „Polymer") se používají ve spínaných zdrojích, kde kondenzátor musí zvládat opakované rychlé nabití a vybití.

Svodový proud (leakage)

Žádný kondenzátor není dokonale izolován — část náboje pomalu uniká. U elektrolytů je svodový proud vyšší než u keramiky nebo fólie. V obvodu držícím napětí dlouhodobě (paměťový zálohovací kondenzátor) to znamená, že se přesto vybije — jen pomaleji.

Použití ve zdrojích napájení

Elektrolyty jsou základem filtrace v lineárních i spínaných zdrojích. Za usměrňovacím můstkem je velký elektrolyt (stovky μF až mF), který vyhlazuje zvlněné DC napětí z AC sítě. Čím větší kapacita, tím menší zvlnění:

$\Delta U \approx \dfrac{I_{\text{load}}}{f \cdot C}$

kde ΔU je zvlnění napětí [V], I_load odebíraný proud [A], $f$ frekvence sítě (50 Hz) a C kapacita kondenzátoru [F].

Doporučená literatura

• Horowitz & Hill: The Art of Electronics — filter capacitors, ESR
• Erickson & Maksimović: Fundamentals of Power Electronics — výkonové kondenzátory