Drehst du am Senderknopf eines alten Radios, bewegst du einen Drehkondensator: Metallplatten schieben sich ineinander, die Kapazität ändert sich, und der Schwingkreis stimmt sich auf einen anderen Sender ab. Auf vielen Funkmodulen, Quarzoszillatoren und Messgeräten sitzt außerdem ein winziges Bauteil mit Schraubschlitz – ein Trimmkondensator, mit dem der Hersteller die Schaltung einmal abgleicht und dann nie wieder anfasst. Beide gehören zu den einstellbaren Kondensatoren. Die meisten Abstimmaufgaben erledigen heute Kapazitätsdioden oder digitale Oszillatoren, aber im HF-Bau, beim Antennenabgleich und in der Reparatur begegnen dir die mechanischen Varianten noch oft.
Aufbau und Funktionsweise
Jeder einstellbare Kondensator nutzt die Formel des Plattenkondensators C = ε0 · εr · A / d (siehe elektrisches Feld und Kondensator). Mechanisch verändert wird fast immer die wirksame Fläche A, also wie weit sich die Elektroden überlappen. Seltener ändert sich der Abstand d.
- Drehkondensator (Drehko): Ein Paket fester Platten, der Stator, und ein Paket beweglicher Platten auf einer Achse, der Rotor. Dreht sich die Achse, tauchen die Rotorplatten zwischen die Statorplatten ein. Bei Luft-Drehkos ist das Dielektrikum Luft; beim Folien-Drehko (in Taschenradios) liegen dünne Kunststofffolien zwischen den Platten, was das Bauteil viel kleiner macht. Mehrere Pakete auf einer Achse (Tandem- oder Mehrfach-Drehko) stimmen mehrere Kreise gleichzeitig ab.
- Keramiktrimmer: Eine Keramikscheibe mit einem halbkreisförmigen Silberbelag dreht sich über einem feststehenden Belag auf dem Keramikkörper. Je nach Stellung überlappen sich die Halbkreise mehr oder weniger.
- Folientrimmer: wie ein kleiner Folien-Drehko, mit Kunststofffolien zwischen den Platten.
- Rohr- oder Kolbentrimmer: Ein Metallkolben fährt über eine Gewindespindel in ein Glas- oder Keramikrohr mit außen aufgebrachtem Belag. Sehr feinfühlig und mit hoher Güte, deshalb in Messtechnik und HF-Endstufen.
Der Plattenschnitt bestimmt, wie die Kapazität vom Drehwinkel abhängt. Halbkreisförmige Platten ergeben eine kapazitätslineare Skala. Für Radios formt man die Platten so, dass sich die Frequenz gleichmäßig über die Skala verteilt (frequenzlinear), weil die Frequenz nur mit der Wurzel der Kapazität fällt.
Schaltzeichen
Beide Bauteile beruhen auf dem Kondensatorsymbol mit zwei parallelen Strichen. Ein schräger Pfeil durch das Symbol kennzeichnet den Drehkondensator, den du im Betrieb einstellst. Ein schräger Strich mit kurzem Querbalken am Ende kennzeichnet den Trimmer, der nur beim Abgleich verstellt wird. Welcher Anschluss mit dem Rotor verbunden ist, verrät das Datenblatt; er gehört an Masse. Mehr Symbole findest du unter Schaltzeichen.
Kennwerte
| Kennwert | Bedeutung | typische Werte |
|---|---|---|
| Cmin … Cmax | Einstellbereich | Trimmer 1,4–3 pF bis 10–100 pF; Drehko 10–365 pF oder 2 × 500 pF |
| Spannungsfestigkeit | höchste Gleichspannung | Trimmer 50–100 V, Luft-Drehkos für Sender mehrere kV |
| Güte Q | Verhältnis von Blind- zu Wirkwiderstand | Keramiktrimmer einige 100, Luft und Rohr über 1000 |
| Temperaturkoeffizient | Änderung der Kapazität je Kelvin | je nach Keramik von nahe 0 bis einige 100 ppm/K |
| Drehmoment und Drehzyklen | Haltbarkeit der Mechanik | SMD-Trimmer oft nur 10 bis 100 Verstellungen |
Am Beispiel der SMD-Keramiktrimmer Murata TZC3: Gehäuse von gut 3 × 4 mm, Einstellbereiche von 1,4–3 pF bis 6,5–30 pF, 100 V Nennspannung, Betriebstemperatur −25 bis +85 °C. Die kleinen Bereiche zeigen, wofür Trimmer heute meist dienen: zum Feinabgleich weniger Pikofarad in HF- und Oszillatorschaltungen.
Bauformen
- Luft-Drehkondensator: offenes Plattenpaket im Metallrahmen, 1 bis 4 Pakete. Stabil und verlustarm; in Röhrenradios, Antennenkopplern und Messsendern.
- Folien-Drehkondensator (Polyvaricon): geschlossenes Kunststoffgehäuse von etwa 20 × 20 mm, meist mit AM- und FM-Paketen und eingebauten Trimmern. Standard in Transistorradios.
- Keramik-Scheibentrimmer: bedrahtet als farbige Kunststoff- oder Keramikscheibe mit Schlitz; die Farbe zeigt oft den Bereich.
- SMD-Trimmer: wenige Millimeter groß, mit Kreuz- oder Schlitzaufnahme, teils offen, teils gegen Flussmittel und Waschflüssigkeit abgedichtet.
- Rohrtrimmer: zylindrisch, bis 30 mm lang, mit Gewindeschaft zum Einschrauben in ein Gehäuse.
Typische Anwendungen
- Abstimmung von Empfängern: Der Drehko im Eingangskreis wählt den Sender.
- Bandgrenzen festlegen: Ein Trimmer parallel zum Drehko verschiebt das obere Ende des Abstimmbereichs; der Abgleich der Spule setzt das untere.
- Quarzoszillatoren ziehen: Ein Trimmer als Lastkapazität verstimmt einen Schwingquarz um einige ppm auf die Sollfrequenz.
- Filter und Anpassnetzwerke: in HF-Verstärkern und Antennenkopplern, wo Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden.
- Tastkopfabgleich: Im Oszilloskop-Tastkopf gleicht ein Trimmer die Eingangskapazität aus, damit Rechtecksignale ohne Über- oder Unterschwinger erscheinen (siehe Oszilloskop).
Abstimmbereich eines Mittelwellenkreises
Die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises ist f = 1 / (2π · √(L · C)). Das Frequenzverhältnis hängt also nur von der Wurzel des Kapazitätsverhältnisses ab:
Den Schwingkreis mit eigenen Werten rechnest du hier nach:
LC-Schwingkreis
- Resonanzfrequenz f₀
- 50,3 kHz
- Kreisfrequenz ω₀
- 316.000 1/s
- Periodendauer
- 19,9 µs
- Kennwiderstand Z₀
- 31,6 Ω
f₀ = 1 / (2π · √(L · C)), Z₀ = √(L / C). Gilt für Reihen- und Parallelschwingkreis mit geringen Verlusten. Der Kennwiderstand ist der Blindwiderstand von L und C bei f₀; geteilt durch den Verlustwiderstand ergibt er die Güte des Reihenkreises.
Die Streukapazität ist in dieser Rechnung kein Nebenwert: Leiterbahnen, Spule und Transistoreingang bringen zusammen schnell 10 bis 20 pF. Wer sie vergisst, erreicht das obere Bandende nie. Wie sich Kapazitäten addieren, steht unter Parallelschaltung von Kondensatoren.
Auswahl und Praxistipps
Wähle den Trimmer so, dass der Sollwert etwa in der Mitte des Einstellbereichs liegt. Ein zu großer Bereich macht den Abgleich fummelig, weil wenige Grad Drehung viel bewirken. Prüfe Spannungsfestigkeit und Güte für deine Frequenz und achte bei Oszillatoren auf einen kleinen Temperaturkoeffizienten.
Häufige Fehler:
- Mit Metallschraubendreher abgeglichen: Die Klinge verändert die Kapazität, solange sie im Schlitz steckt. Nach dem Herausziehen stimmt der Abgleich nicht mehr. Nimm einen Abgleichstift aus Kunststoff oder Keramik.
- Rotor an der heißen Seite: Liegt der Rotor (und damit die Stellschraube) nicht an Masse, verstimmt schon die Annäherung deiner Hand den Kreis. Der Rotoranschluss gehört an Masse.
- Offener Trimmer gewaschen: Flussmittel und Waschflüssigkeit dringen in offene Trimmer ein und verändern die Kapazität oder blockieren die Mechanik. Für Platinen, die gereinigt werden, nimmst du abgedichtete Typen oder bestückst den Trimmer erst danach.
- Zu oft verstellt: SMD-Trimmer sind für wenige Abgleichvorgänge gebaut. Für häufige Änderungen ist ein Drehko oder eine elektronische Lösung besser.
- Abgleich vor dem Einbau ins Gehäuse: Ein Metalldeckel bringt zusätzliche Streukapazität. Gleiche im endgültigen Zustand ab oder lass eine Öffnung im Deckel.
Selbsttest
Welche Größe des Plattenkondensators verändert ein Drehkondensator?
Die wirksame Fläche, also die Überlappung von Rotor- und Statorplatten.
Was bedeutet ein Querbalken statt eines Pfeils im Kondensatorsymbol?
Es handelt sich um einen Trimmkondensator, der nur beim Abgleich eingestellt wird.
Ein Kreis soll von 88 MHz bis 108 MHz abstimmbar sein. Welches Kapazitätsverhältnis brauchst du?
(108 / 88)2 ≈ 1,51.
Warum gleichst du einen Trimmer nicht mit einem Metallschraubendreher ab?
Das Metall bildet selbst eine Kapazität und verfälscht den Abgleich; nach dem Herausziehen ist der Kreis verstimmt.
Welcher Anschluss eines Trimmers gehört an Masse?
Der Rotoranschluss, damit Werkzeug und Hand den Kreis nicht verstimmen.