Bir elektronikçiye gidip rastgele 35v 1000uf kondansatör isteyip devreye takmak özellikle ses elektroniği ve yüksek frekans ile çalışan devrelerde kararsızlığa, erken arızalanmalara, aşırı ısınmalara neden olmaktadır. Bu kondansatör konusunu aslında yazı dizisi olarak ele almak istiyorum, ilk konumuz devrelerde en çok arızaya sebep olan, zamanla kuruyan, akıp PCB’ye ve komşu komponentlere zarar veren, ters polaritede hasar gören, belli bir ömrü olan, yüzbinlerce sahte üretimi olan aluminyum sıvı elektrolitli kondansatörler. Ayrıca, bir devrede ısı ne kadar büyük bir erken arıza sebebiyse elektrolitik kondansatörler de en az ısı kadar, hatta daha fazla, arıza sebebidir.

Aslında bir audio devrede, örneğin Texas Semiconductor (Eski adı ile National) tarafından üretilen LM3886 ile gainclone yaparken datasheet’i derinlemesine inceler, orjinal entegreyi bulmaya çalışırız. Önerilen şemayı önerilen değerdeki komponentlerle yapmaya çalışırız. Aslında kondansatörlerde de aynı durum vardır. Ülkemizde eskiden çok kaliteli parçalar bulunurken zamanla kendini tamamen patates baskı çöp ürünlere bırakmış, şimdilerde yavaş yavaş datasheeti belli, görece kaliteli ürünler bulunmakta. Eğer benim gibi çok takıntılı iseniz Digikey, Farnell gibi sitelerden hala orjinal Japon üretim kondansatörler bulabilirsiniz. Elektronikçide bekleyen aluminyum elektrolitik kondansatörlerin zamanla kuruması, ESR değerinin artması, uygun voltajda reforming istemesi de çok nadir bulunan, ülkemizde az satan kondansatörlerden bizi uzak tutmaktadır/tutmalıdır.

Elektrolitik kondansatörleri kısaca özetlemek gerekirse temel olarak üç formu bulunur, tantalyum, aluminyum ve niobium/niobium oksit. Bunlardan tantalyum ve aluminyum elektrolit olanlar katı ve sıvı elektrolite sahip olabilir, niobiumlar ise sadece katı elektrolit olarak üretilir.

Ben burda özel olarak sıvı elektrolitli klasik kondansatörlere değinmek istiyorum. Hem en çok kullanılan form, hem geriye dönük yıllarca üzerinde birçok çalışma yapılmış, hem de fiyat performans olarak günümüzde hala en iyi alternatif.

ESR – Equivalent Series Resistance

ESR kapasitörün gösterdiği iç dirençtir, kapasitöre bağlı seri bir direnç olarak düşünülebilir fakat bu direncin değeri bildiğimiz karbon temelli dirençlerden farklı şekilde değişmektedir, bu değişkenler aşağıda açıklanmıştır.

Şemada da görüldüğü gibi pratikte kapasitöre her zaman seri bir direnç bağlanmış gibi düşünebiliriz. ESR değeri ne kadar düşük ise kapasitör o kadar serin çalışacak (aynı direnç mantığı burda da geçerli, esr değeri yüksek kapasitör kaybı ısı olarak yayar) ve aynı zamanda yüksek frekansları filtreleme işlevini o kadar efektif gerçekleştirecektir. Audio devrelerden örnek vermek gerekirse dc besleme hattındaki kapasitörlerin her zaman düşük ESR değerine sahip olmasını isteriz, böylece sağ veya sol kanal çalışma esnasında beslemede parazite neden olmayacak ve crosstalk önlenmiş olur.

ESR hakkında bilinmesi gereken bir diğer konu da bu değerin kapasitörün ısısına, çalıştığı frekansa ve kapasitörün yaşına göre değişecek olması. Isı arttığında ESR değeri düşmekte, frekans ve/veya yaş arttığında ise ESR değeri yükselmektedir.

Isı/ESR değerinin bir diğer önemi de kapasitörün çalışma/dayanma ısısıdır. Bazı devrelerde tasarım, fiyat/perfomrans/istenen ömür gereği sıcak çalışan kapasitörler tercih edilebilir. Örnek vermek gerelirse 1 birim frekansta çalışan kapasitörün ısısı hızla artmaktadır fakat kapasitör 85 santigrat dereceye geldiğinde ESR değeri o kadar düşmektedir ki kapasitör artık stabil hale gelmekte (Isı ve ESR ters orantılıdır, yukarıda belirttiğim gibi) daha fazla ısınmamaktadır. Bu kapasitörün çalışma ısısı da 105-125 santigrat gibi yüksek bir değerde ise uzun süre boyunca sorunsuz çalışacak demektir. Ama tabi bu çok ciddi hesaplamalar gerektiren mass production ürünler için geçerli olup bizim gibi bu işin mühendisliğine çok girmeden kapasitörleri tanımak isteyen elektronik meraklıları için biraz aşırıdır.

ESL – Equivalent Series Inductance

ESL adından da anlaşılabileceği gibi kapasitörün gösterdiği endüktanstır. Kapasitöre seri bağlı bir bobin gibi düşünülebilir.

https://circuitdigest.com/tutorial/understanding-esr-and-esl-in-capacitors

Audio veya HF devrelerle ilgilenenlerin istemsizce karşılarına çıkan endüktanstan tüylerinin diken diken olduğunu çok iyi anlıyorum. Sinyal veya HF hattı üzerindeki yolların uzunluğu ve nerelerden dolandığı bile endüktans yaratmakta, bundan kaçınmak için çift katlı PCB’leri geçip direkt entegre bacaklarına komponent, giriş çıkış bağlantıları yapmaktayız (çok büyük başarı elde eden ilk gainclone amplifierleri kabus gibi bir tasarıma sahipti, sanki pcb icat edilmemiş gibi davranılmıştı ama işin arka planında çok basit prensipleri benimsemiş teknikerlerin yorumu vardı). Peki taktığımız elektrolitik kondansatörlerin bobin olarak davranması ve elektro manyetik indüktans (EMI)’ye neden olması ayrı bir kabus değil midir?

Elektrolitik kapasitörler yapılışları gereği birbiri üzerine sarılmış anot ve katotdan oluşmaktadır. Her ne kadar dışlarındaki aluminyum kap bir nevi faraday kafesi görevi üstlenip yüksek frekansların dışarı çıkmasını engellese de, yüksek frekansta bir sinyali dekuplaj ederken bu kondansatörümüze seri bağlı bir bobini istemeyiz çünkü frekansımız yükseldikçe bu sinyali dekuple etme imkanı azalmakta, işin kötüsü bu lineer olarak olmamakta, logaritmik olmaktadır. yani 20hz dekuple etmekle 20khz dekuple etmek arasında dağlar kadar fark oluşturmaktadır. Bu da lineeriteye büyük bir darbe vurmakta, hi-fi işini temelden baltalamaktadır. Yüksek frekanslarda çok daha büyük bir endüktans gösterip sinyallerin geçmesine neden olmakta, düşük frekanslarda ise tam tersi davranıp işi biraz daha ESR’ye bırakmakta.

ESL, reforming konusu çok daha geniş olduğu için bir sonraki yazıda devam edecektir, patili kalın.