Was versteht man unter dem Absorptionskoeffizienten von Folienkondensatoren? Ist ein kleinerer Wert immer besser?

Bevor wir auf den Absorptionskoeffizienten von Folienkondensatoren eingehen, wollen wir uns ansehen, was ein Dielektrikum ist, wie ein Dielektrikum polarisiert wird und wie das Absorptionsphänomen eines Kondensators aussieht.

Dielektrikum

Ein Dielektrikum ist ein nichtleitender Stoff, also ein Isolator, der keine bewegliche innere Ladung besitzt. Wird ein Dielektrikum in ein elektrostatisches Feld gebracht, erfahren die Elektronen und Atomkerne des Dielektrikums unter dem Einfluss der elektrischen Feldkraft eine mikroskopische relative Verschiebung innerhalb der atomaren Ebene, jedoch keine makroskopische Bewegung weg vom jeweiligen Atom, wie etwa die freien Elektronen in einem Leiter. Im elektrostatischen Gleichgewicht ist die Feldstärke im Dielektrikum nicht null. Dies ist der Hauptunterschied zwischen den elektrischen Eigenschaften von Dielektrika und Leitern.

Dielektrische Polarisation

Unter Einwirkung des angelegten elektrischen Feldes entsteht im Inneren des Dielektrikums ein makroskopisches Dipolmoment in Richtung des elektrischen Feldes, und auf der Oberfläche des Dielektrikums entsteht eine gebundene Ladung, die die Polarisation des Dielektrikums darstellt.

Das Absorptionsphänomen

Das Phänomen der Zeitverzögerung beim Laden und Entladen eines Kondensators wird durch die langsame Polarisation des Dielektrikums unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes verursacht. Man geht allgemein davon aus, dass der Kondensator sofort vollständig geladen werden müsste, dies aber nicht geschieht; er müsste die Ladung auch vollständig abgeben, was aber nicht geschieht, wodurch die Zeitverzögerung auftritt.

Absorptionskoeffizient des Folienkondensators

Der Wert, der die dielektrische Absorption von Folienkondensatoren beschreibt, wird als Absorptionskoeffizient bezeichnet und mit Ka abgekürzt. Die dielektrische Absorption von Folienkondensatoren bestimmt deren Niederfrequenzeigenschaften, und der Ka-Wert variiert stark je nach Dielektrikum. Die Messergebnisse variieren je nach Testdauer desselben Kondensators; der Ka-Wert variiert auch für Kondensatoren gleicher Spezifikation, verschiedener Hersteller und unterschiedlicher Chargen.

Es gibt also nun zwei Fragen –

Frage 1: Ist der Absorptionskoeffizient von Folienkondensatoren so klein wie möglich?

Frage 2: Welche negativen Auswirkungen hat ein größerer Absorptionskoeffizient?

A1:

Unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes gilt: Je kleiner der Absorptionskoeffizient Ka ist, desto schwächer ist die Polarisation des Dielektrikums (d. h. des Isolators). Dadurch verringert sich die Haftkraft an der dielektrischen Oberfläche, was wiederum die Haftkraft des Dielektrikums auf die Ladungsträger bedingt. Dies führt zu einer geringeren Absorption des Kondensators und somit zu schnellerem Laden und Entladen. Im Idealfall ist Ka gleich 0, d. h. der Absorptionskoeffizient ist null. Das Dielektrikum (d. h. der Isolator) zeigt unter dem Einfluss des angelegten elektrischen Feldes keine Polarisation, die dielektrische Oberfläche übt keine Haftkraft auf die Ladung aus, und das Lade- und Entladeverhalten des Kondensators weist keine Hysterese auf. Daher ist ein möglichst kleiner Absorptionskoeffizient für Folienkondensatoren von Vorteil.

A2:

Die Auswirkungen eines Kondensators mit einem zu großen Ka-Wert auf verschiedene Schaltungen manifestieren sich in unterschiedlichen Formen, wie folgt.

1) Differenzielle Schaltungen werden zu gekoppelten Schaltungen

2) Sägezahnschaltungen erzeugen eine erhöhte Rückkehr der Sägezahnwelle, wodurch sich die Schaltung nicht schnell erholen kann.

3) Begrenzer, Klemmen, Verzerrung der schmalen Impulsausgangswellenform

4) Die Zeitkonstante des Ultraniederfrequenz-Glättungsfilters wird groß

(5) Der Nullpunkt des Gleichstromverstärkers ist gestört, Einwegdrift

6) Die Genauigkeit der Abtast- und Halteschaltung nimmt ab

7) Drift des Gleichstrom-Arbeitspunktes des Linearverstärkers

8) Erhöhte Restwelligkeit im Stromversorgungskreis

Alle oben genannten Eigenschaften des dielektrischen Absorptionseffekts sind untrennbar mit dem Wesen der „Trägheit“ des Kondensators verbunden, d. h., dass er in der vorgegebenen Zeit nicht auf den erwarteten Wert geladen wird und umgekehrt auch bei der Entladung.

Der Isolationswiderstand (bzw. der Leckstrom) eines Kondensators mit einem höheren Ka-Wert unterscheidet sich von dem eines idealen Kondensators (Ka = 0) dadurch, dass er mit zunehmender Prüfdauer ansteigt (der Leckstrom sinkt). Die in China vorgeschriebene Prüfdauer beträgt derzeit eine Minute.