Welcher Kondensator ist der richtige?

Im Schaltplan steht „C5 10µ“ – und im Katalog des Distributors findest du für 10 µF über tausend Treffer: Keramikchips in fünf Gehäusegrößen, Aluminium-Elkos, Tantal, Polymer, Folie. Alle haben 10 µF, aber an der Stelle C5 funktionieren vielleicht nur zwei davon zuverlässig. Dieser Artikel ist eine Entscheidungshilfe. Er setzt voraus, dass du die Kennwerte aus dem Überblick Kondensator kennst – Kapazität, Nennspannung, ESR, ESL, Leckstrom – und führt dich mit wenigen Fragen zur passenden Bauart. Details findest du dann im jeweiligen Artikel.

Die fünf Fragen

Geh die Fragen der Reihe nach durch. Meist ist die Bauart nach der dritten Frage klar.

1. Welche Kapazität brauchst du wirklich – und wie genau? Unter 1 nF kommen fast nur Keramik und Folie infrage. Über 100 µF bleiben Elkos, ab etwa 0,1 F nur noch Superkondensatoren. Muss der Wert auf wenige Prozent stimmen und stabil bleiben (Filter, Oszillator, Zeitglied), scheiden Klasse-2-Keramik und Elkos aus.
2. Welche Spannung liegt an – Gleich- oder Wechselspannung, mit Spitzen? Wechselspannung schließt gepolte Bauarten aus. Netzspannung verlangt zugelassene Sicherheitskondensatoren. Über 100 V wird die Auswahl bei Polymer und Tantal dünn.
3. Fließt nennenswerter Wechselstrom? Dann zählen ESR und Rippelstrom mehr als die Kapazität – am Schaltregler, im Netzteil, in der Frequenzweiche.
4. Wie heiß wird es, und wie lange soll das Gerät halten? Elkos mit flüssigem Elektrolyt altern mit der Temperatur, Keramik, Folie und Polymer kaum.
5. Wie viel Platz, Höhe und Budget gibt es? Erst jetzt entscheidet das Gehäuse.

Bauart nach Einsatzzweck

Die Tabelle nennt die üblichen Lösungen, keine Gesetze. Wer die Eigenschaften der Bauarten kennt, findet für Sonderfälle eigene Kombinationen.

Die Bauarten in einem Satz

• Keramik Klasse 1 (C0G/NP0): genau, stabil, verlustarm, aber nur bis etwa 100 nF. Erste Wahl, wenn der Wert stimmen muss.
• Keramik Klasse 2 (X7R, X5R): klein, billig, niederohmig, bis 100 µF – aber Kapazität sinkt unter Gleichspannung, Temperatur und mit der Zeit. Der Standard für Abblocken und Schaltregler.
• Folie (PET/MKT, PP/MKP): stabil, selbstheilend, impulsfest, wenig Verzerrung. Groß und teurer pro Mikrofarad.
• Aluminium-Elko: viel Kapazität und Spannung für wenig Geld. Gepolt, altert, ESR spürbar.
• Low-ESR- und Polymer-Elko: Aluminium-Elkos für hohe Frequenzen und Rippelströme; Polymer zusätzlich langlebig und kälteunempfindlich, aber nur für niedrige Spannungen.
• Tantal-Elko: kompakt, stabil unter Gleichspannung, kleiner Leckstrom; braucht große Spannungsreserve.
• Bipolarer Elko: Elko ohne feste Polarität, für Audio und Motoranlauf.
• Superkondensator: Farad statt Mikrofarad, aber nur knapp 3 V je Zelle und hoher Innenwiderstand bei kleinen Typen.
• Trimmer und Drehko: einstellbar, im Pikofarad-Bereich.
• X und Y: zugelassen für das Netz, mit definiertem Ausfallverhalten.

Wie du die Werte vom Bauteil abliest, erklären Kennzeichnung von Kondensatoren, Kennzeichnung von Keramikkondensatoren, Kennzeichnung von Folienkondensatoren und Kennzeichnung von Elkos.

Durchgerechnet: Kondensatoren für ein kleines Board

Ein Board wird aus 12 V versorgt. Ein Buck-Wandler erzeugt 3,3 V für einen Mikrocontroller mit Funkmodul. Dazu kommen ein Analogeingang und eine Überbrückung bei kurzen Unterbrechungen der 12-V-Leitung.

Überbrückung am Eingang. Die Schaltung zieht 1 W und soll 20 ms Unterbrechung überstehen, wobei die Spannung von 12 V auf 9 V fallen darf (darunter regelt der Wandler nicht mehr). Die nötige Energie ist W = P · t = 1 W · 20 ms = 20 mJ, und sie muss aus der Spannungsdifferenz kommen:

Am Eingang und Ausgang des Wandlers. Das Datenblatt verlangt 10 µF am Eingang und 22 µF am Ausgang. MLCCs sind hier erste Wahl, weil sie den kleinsten ESR haben. Beachte den Kapazitätsverlust unter Gleichspannung: Ein 10-µF-X5R-Chip in 0603 für 6,3 V behält an 3,3 V oft nur die Hälfte. Nimm für den Ausgang zwei 22-µF-Chips in 0805 oder 1206 mit 10 V Nennspannung, und für den Eingang einen 10-µF-Chip mit 25 V in 1206 (siehe MLCC).

Am Mikrocontroller. Je ein 100-nF-MLCC (X7R, 0402 oder 0603) so nah wie möglich an jedem Versorgungspin, dazu einmal 4,7 bis 10 µF in der Nähe. Für das Funkmodul gibt dessen Datenblatt meist einen größeren Puffer vor, weil beim Senden Stromspitzen von einigen 100 mA auftreten.

Filter am Analogeingang. Ein RC-Tiefpass mit 10 kΩ soll bei etwa 160 Hz Störungen dämpfen. Mit C = 1 / (2π · R · f_g) = 1 / (2π · 10 kΩ · 160 Hz) ≈ 99 nF wählst du 100 nF. Damit die Grenzfrequenz nicht mit Temperatur und Spannung wandert, nimmst du C0G oder Folie, nicht X7R (siehe RC-Glied). Die Grenzfrequenz rechnest du hier nach:

Häufige Fehler bei der Auswahl

• Nur nach Kapazität und Spannung bestellt: Universal-Elkos am Schaltregler, X7R im Oszillator, Elko in der Weiche ohne Blick auf den Strom.
• Nennwert statt wirksamer Wert: Klasse-2-Keramik unter Gleichspannung, Elkos in der Kälte und am Lebensende haben deutlich weniger Kapazität als aufgedruckt.
• Spannungsreserve vergessen: Elkos 20–30 %, MnO₂-Tantal das Doppelte, MLCCs wegen DC-Bias ohnehin eine Stufe höher.
• Polarität falsch: Balken bei Tantal und Polymer-Chips ist Plus, Streifen beim Aluminium-Elko ist Minus.
• Am Netz mit normalen Kondensatoren: Ohne X- oder Y-Zulassung ist ein Kondensator dort ein Sicherheitsrisiko.
• Lebensdauer übersehen: Ein Elko neben dem Kühlkörper bestimmt, wie lange das ganze Gerät lebt (siehe Wärme und Kühlung).

Selbsttest