Elektrolytkondensator

Ein Elektrolytkondensator erreicht hohe Kapazität auf kleinstem Raum durch eine hauchfeine Oxidschicht als Dielektrikum, wobei ein Elektrolyt (eine chemische Paste oder Flüssigkeit) als eine der beiden leitfähigen Platten dient. Die andere Platte besteht typischerweise aus Aluminium- oder Tantalfolie. Diese Asymmetrie macht Elektrolytkondensatoren polarisiert: sie müssen mit korrekter Polarität eingebaut werden, sonst bricht die Oxidschicht zusammen und der Kondensator fällt aus, oft explosionsartig.

Das Oxiddieletrikum ist nur wenige Nanometer dick, deshalb packen diese Kondensatoren 1 bis 10.000 Mikrofarad in Gehäuse, die kleiner sind als eine AA-Batterie. Ein vergleichbarer Folienkondensator hätte die Größe eines Ziegels. Das macht Elektrolytkondensatoren in Stromversorgungen, Audioverstärkern und allen Schaltungen unverzichtbar, die moderate Ladungsmengen filtern oder speichern müssen. Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind billig und verbreitet; Tantal-Elektrolytkondensatoren bieten bessere Stabilität und Zuverlässigkeit, kosten aber mehr und verzeihen Überspannungen weniger.

Elektrolytkondensatoren verschleißen während des Betriebs kontinuierlich. Der Elektrolyt trocknet aus oder baut sich chemisch ab, wodurch der äquivalente Serienwiderstand (ESR) steigt und die Kapazität sinkt. Wärme beschleunigt diesen Prozess: eine Faustregel besagt, dass sich die Lebensdauer für jeden 10 Grad Celsius Temperaturanstieg halbiert. Ein für 105 °C bei 2000 Stunden ausgelegter Kondensator hält bei 125 °C möglicherweise nur 500 Stunden. Ripfelstrom heizt den Kondensator intern auf, und das Überschreiten des zulässigen Ripfelstroms ist eine häufige Ursache für vorzeitiges Versagen in Stromversorgungen.

Sperrspannung, auch nur kurzzeitig, oxidiert den Elektrolyt und erzeugt einen Kurzschluss. Überspannungsspitzen durchbrechen die Oxidschicht. Einmal degradiert, zeigt der Kondensator Leckstrom, wölbt sich am Gehäuse (ein sichtbares Warnsignal) und entlädt sich schließlich oder explodiert. Deshalb werden Elektrolytkondensatoren in älteren Geräten regelmäßig ausgetauscht, besonders in Anwendungen mit hohem Ripfelstrom.

Trotz ihrer Grenzen sind Elektrolytkondensatoren das Arbeitstier analoger Schaltungen, weil keine andere Technologie die gleiche Kombination aus Kapazität, Kosten und Größe bietet. Moderne Designs nutzen sie konservativ: Einsatz bei 80 Prozent der Nennspannung, Temperaturerhaltung unter 85 °C und Auswahl von Typen mit ausreichendem Ripfelstrom-Rating. In hochzuverlässigen Anwendungen werden sie mit Folienkondensatoren kombiniert, um Spannungsspitzen zu bewältigen und die Gesamtlebensdauer der Schaltung zu verlängern.