Kalkulator Pojemności Kondensatora

Pojemność kondensatora - od wymiarów do faradów

Kondensator o płytkach 10 cm², szczelinie 0,5 mm i dielektryku z miki (εᵣ = 5,4) ma pojemność 95,6 pF. Zamień mikę na ceramikę X7R (εᵣ = 2500) - pojemność rośnie do 44,27 nF. Kalkulator przelicza wymiary fizyczne na pojemność w pikofaradach, nanofaradach lub mikrofaradach, uwzględniając materiał dielektryczny i liczbę warstw.

Jak obliczyć pojemność kondensatora - krok po kroku

Powierzchnia płyty A (cm²) - wpisz pole jednej okładki kondensatora w centymetrach kwadratowych. Miniaturowy ceramiczny: 0,01-1 cm². Laboratoryjny: 10-100 cm².
Odległość między płytami d (mm) - grubość warstwy dielektrycznej. Ceramiczne: 0,01-0,1 mm. Foliowe: 0,005-0,05 mm. Mniejsza szczelina = większa pojemność.
Materiał dielektryczny - wybierz z listy 11 materiałów lub wpisz własną wartość εᵣ. Powietrze: 1,0. Ceramika X7R: 2500.
Przenikalność εᵣ (opcjonalnie) - jeśli wybrałeś "Inna", wpisz wartość z karty katalogowej materiału.
Liczba płyt (opcjonalnie) - domyślnie 2. Kondensatory wielowarstwowe MLCC mają 10-1000 płyt. Pojemność rośnie liniowo: (n-1)× pojemność jednej warstwy.
Odczytaj wyniki - pojemność C w odpowiedniej jednostce, wzór, ładunek i energia przy 100 V.

Problem: Projektujesz filtr RC i potrzebujesz kondensatora 100 nF. Masz ceramikę NPO (εᵣ = 30) i folię 0,05 mm. Jaką powierzchnię płytek potrzebujesz?

Rozwiązanie: Ze wzoru A = C × d / (ε₀ × εᵣ) = 100×10⁻⁹ × 0,05×10⁻³ / (8,854×10⁻¹² × 30) = 18,82 cm². To kwadrat o boku 4,34 cm. Z ceramiką X7R (εᵣ = 2500) wystarczyłoby 0,226 cm² - kwadrat 4,7 × 4,7 mm.

Tabela przenikalności elektrycznej materiałów dielektrycznych

Im wyższa przenikalność εᵣ, tym większa pojemność przy tych samych wymiarach kondensatora.

Materiał	εᵣ	Napięcie przebicia (kV/mm)	Zastosowanie
Próżnia / powietrze	1,0	3	Kondensatory strojeniowe
Teflon (PTFE)	2,1	60	Precyzyjne, HF
Polipropylen (PP)	2,2	30	Filtry, audio, zasilacze
Papier	3,7	16	Historyczne, lampy
Mika (łyszczyk)	5,4	118	Precyzyjne, RF, strojeniowe
Szkło	7,5	40	Wysokonapięciowe
Tlenek aluminium	9	10	Elektrolityczne aluminiowe
Tlenek tantalu	26	8	Tantalowe, SMD
Ceramika NPO/C0G	30	20	Stabilne, rezonansowe
Ceramika X7R	2500	15	MLCC, sprzęganie, filtrowanie

Tabela decyzyjna - jaki dielektryk wybrać?

Potrzeba	Najlepszy materiał	Dlaczego
Duża pojemność, mały rozmiar	Ceramika X7R / Y5V	εᵣ do 15 000 - rekordowa gęstość
Stabilność z temperaturą	Ceramika NPO / mika	Zmiana pojemności mniej niż 30 ppm/°C
Wysokie napięcie	Teflon / mika	Napięcie przebicia 60-118 kV/mm
Filtr audio / zasilacz	Polipropylen (PP)	Niskie straty, samoregeneracja
SMD, kompaktowy	Tlenek tantalu	εᵣ = 26, cienki tlenek, małe ESR

Praktyczne przykłady

Przykład 1: Kondensator powietrzny
A = 100 cm², d = 1 mm, εᵣ = 1,0 (powietrze).
C = 8,854 × 10⁻¹² × 1,0 × 0,01 / 0,001 = 88,54 pF

Przykład 2: Kondensator z miką
A = 10 cm², d = 0,1 mm, εᵣ = 5,4 (mika).
C = 8,854 × 10⁻¹² × 5,4 × 0,001 / 0,0001 = 478,1 pF

Przykład 3: Kondensator ceramiczny MLCC
A = 0,04 cm² (2×2 mm), d = 0,01 mm, εᵣ = 2500, n = 50 warstw.
C = 8,854 × 10⁻¹² × 2500 × 4×10⁻⁶ × 49 / 10⁻⁵ = 433,0 nF

Przykład 4: Kondensator foliowy PP
A = 200 cm², d = 0,006 mm, εᵣ = 2,2.
C = 8,854 × 10⁻¹² × 2,2 × 0,02 / 6×10⁻⁶ = 64,93 nF

Przykład 5: Kondensator laboratoryjny
A = 400 cm² (20×20 cm), d = 2 mm, εᵣ = 7,5 (szkło).
C = 8,854 × 10⁻¹² × 7,5 × 0,04 / 0,002 = 1,328 nF

Przykład 6: Superkondensator (koncepcja)
A = 50 000 cm² (rozwinięta elektroda), d = 0,001 mm, εᵣ = 9 (tlenek aluminium).
C = 8,854 × 10⁻¹² × 9 × 5 / 10⁻⁶ = 398,4 μF

FAQ - Najczęściej zadawane pytania

Jaki jest wzór na pojemność kondensatora płaskiego?

C = ε₀ × εᵣ × A / d, gdzie ε₀ = 8,854 × 10⁻¹² F/m (przenikalność próżni), εᵣ - względna przenikalność dielektryka, A - powierzchnia płyty w m², d - odległość między płytami w m. Dla kondensatora wielowarstwowego: C = ε₀ × εᵣ × A × (n-1) / d.

Co to jest przenikalność elektryczna εᵣ?

Przenikalność elektryczna (εᵣ) mówi, ile razy pojemność kondensatora rośnie po wstawieniu danego materiału między płyty w porównaniu z próżnią. Próżnia: εᵣ = 1,0. Woda: εᵣ = 80. Ceramika tytanianowa: εᵣ = 15 000. Materiał o wyższym εᵣ pozwala uzyskać większą pojemność przy mniejszych wymiarach.

Jak zwiększyć pojemność kondensatora?

Trzy sposoby: 1) zwiększ powierzchnię płyt A (pojemność rośnie liniowo), 2) zmniejsz odległość d (pojemność rośnie odwrotnie proporcjonalnie), 3) użyj dielektryka o wyższym εᵣ. Dodatkowo: kondensatory wielowarstwowe (MLCC) zwiększają efektywną liczbę warstw - 50 płyt daje 49× większą pojemność niż 2 płyty.

Czym różni się pF od nF i μF?

1 F (farad) = 1000 mF = 1 000 000 μF = 10⁹ nF = 10¹² pF. Typowe wartości: kondensatory ceramiczne 1 pF - 100 μF, elektrolityczne 1 μF - 10 000 μF, superkondensatory 1 - 3000 F.

Dlaczego ceramika X7R ma εᵣ = 2500, a NPO tylko 30?

Ceramika X7R zawiera tytanian baru (BaTiO₃) o silnych właściwościach ferroelektrycznych - stąd εᵣ sięga 2500-3000. NPO/C0G to ceramika z tytanianem wapnia, stabilna temperaturowo ale o niskim εᵣ (30). Kompromis: X7R daje dużą pojemność, ale traci 15-30% pojemności przy napięciu bliskim znamionowemu. NPO nie traci - ale jest większe fizycznie.

Ile warstw ma typowy kondensator MLCC?

Typowy MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor) w rozmiarze 0402-0805 ma 10-300 warstw. Największe (1210, 2220) mogą mieć ponad 500 warstw. Grubość jednej warstwy ceramiki: 0,5-5 μm. To dlatego kondensator 100 nF mieści się w obudowie 1×0,5 mm.