Grundlegendes

Laden und Entladen

	Ladevorgang	Entladevorgang

Laden (Kondensator wird über einen Widerstand [siehe Schaltung R1] geladen) :

Wie im dazugehörigem Ladediagramm zu erkennen, ist der Ladestrom zu Beginn des Ladevorgangs sehr hoch und fällt dann mit fortschreitender Ladung langsamer ab. Die Spannung steigt zunächst sehr schnell und dann immer langsamer an. Der Ladevorgang ist beendet, wenn die Ladespannung gleich der Spannungsquelle ist, somit fällt auch der Ladestrom gegen Null.

Entladen (Kondensator wird über einen Widerstand [siehe Schaltung R2] entladen):

Wie im dazugehörigem Ladediagramm zu erkennen, ist der Entladestrom zu Beginn des Entladens am höchsten und fällt mit fortschreitender Entladung immer langsamer ab. Mit der Spannung verhält es sich gleich. Der Kondensator ist entladen, wenn der Ladestrom und die Spannung gegen Null laufen.

   Berechnungen (Gleichstrom)

Ladezeit (Bei C = 22 μF und R = 1 kOhm):

Um die Ladezeit eines Kondensators zu bestimmen benötigt man zunächst die Zeitkonstante Tau (τ). Diese wird wie folgt berechnet:

	Einheiten:

Nach der eben berechneten Zeitkonstante (τ) besitzt der Kondensator 63% der Ladespannung.
nach 1τ   63%
nach 2τ   86%
nach 3τ   95%
nach 4τ   98%
nach 5τ   99%... (siehe Ladevorgangkurve)
Theoretisch wird der Kondensator nie voll geladen, jedoch geht man in der Praxis nach 5 Zeitkonstanten von 100% Ladung aus.

Demnach ist der Kondensator hier im Beispiel nach 110ms geladen.

Ladestrom beim Start (bei U = 13,8V, R = 1kOhm):

Die Ladezeit, so wie sie oben berechnet wurde haut allerdings nur dann hin, wenn während des Ladevorgangs auch genügend Strom (A) zur Verfügung steht. Da der Ladestrom zu beginn der Ladung am höchsten ist, reicht es aus auch nur diese zu berechnen.

Entladezeit:

Um die Entladezeit eines Kondensators zu bestimmen benötigt man, wie beim Laden auch zunächst die Zeitkonstante Tau (τ). Diese wird ebenfalls mit der gleichen Formel wie beim Laden berechnet, also:

Ist von dem angeschlossenen Verbraucher der Widerstand nicht bekannt aber stattdessen aber der Strom (I), so rechnet man zunächst den Wiederstand mittels Ohmsches Gesetz aus:

Hat man nur Watt (P), so berechnet man zunächst den Strom aus:

Und dann mit dem Ohmschen Gesetz den Widerstand (R).

Möchte man die Spannung nach Ablauf einer bestimmten Zeit bestimmen, die nicht durch die Zeitkonstante teilbar ist, so errechnet sich die Spannung wie folgt (U = 13,8V, Zeitkonstante τ = 22ms, Zeitpunkt t = 8ms):

(e = Eulersche Zahl = 2,71828...)           Onlinerechner

Es kann auch von Nutzen sein zu wissen, nach welcher Entladezeit eine bestimmte Restspannung vorhanden ist. Dies lässt sich dann so berechnen (Restspannung Uc = 9V):

Onlinerechner

Möchte man z.B. mittels Kondensator ein Relais abfallverzögert schalten lassen, so ist dies zwar theoretisch machbar, doch würde die benötigte Kondensatorkapazität ganz schnell ins unermessliche steigen. Grund ist der relativ hohe Strombedarf der Relaisspule. Sinnvoll ist hier einen Transistor dazwischenzuschalten, da dieser nur einen minimalen Strombedarf hat und somit die benötigte Kapazität des Kondensators überschaubar bleibt. Wie das geht ist hier zu finden: Der Transistor als Schalter. Zum Schutz des Transistors bitte an eine Freilaufdiode denken!
Aber auch die Transistor-Variante hat irgendwo seine Grenzen wenn man größere und insbesondere genaue Zeiten benötigt. Hier sollte man zu einer Schaltung mittels Timer NE555 zurückgreifen.