Kondensator jest jednym z trzech fundamentalnych elementów biernych, obok rezystora i cewki, wykorzystywanym we wszystkich układach elektrycznych i elektronicznych. Jego rola polega na magazynowaniu energii w polu elektrycznym, co czyni go kluczowym komponentem filtrów, stabilizatorów, przetwornic, układów rozruchowych, generatorów i praktycznie każdej elektroniki użytkowej, energetycznej oraz automatyki przemysłowej. Skromna konstrukcja złożona z dwóch okładzin oddzielonych dielektrykiem skrywa wielką złożoność fizyczną i praktyczne znaczenie. Kondensatory różnią się nie tylko materiałami, ale także charakterystyką, stabilnością, stratami, ESR, trwałością i możliwością pracy w trudnych warunkach.
Podstawą działania kondensatora jest zjawisko gromadzenia ładunku elektrycznego na powierzchniach przewodzących. Gdy do okładzin przyłożone zostaje napięcie, elektrony przemieszczają się na jedną z nich, tworząc nadmiar ładunku, a z drugiej strony powstaje proporcjonalny niedobór elektronów. Pomiędzy okładzinami powstaje różnica potencjałów oraz pole elektryczne, w którym magazynowana jest energia. Zależność między tymi wielkościami opisuje wzór C = ε × A / d, gdzie A to powierzchnia okładzin, d to odległość między nimi, a ε oznacza przenikalność dielektryczną materiału znajdującego się pomiędzy nimi. W praktyce oznacza to, że kondensator o większej powierzchni okładzin, mniejszej odległości i lepszym dielektryku ma większą pojemność.
Choć zasada działania jest wspólna, konstrukcja kondensatorów jest bardzo zróżnicowana i wynika z zastosowania, parametrów roboczych, napięcia, częstotliwości oraz trwałości. Kondensatory ceramiczne to jedne z najczęściej stosowanych elementów SMD w układach elektronicznych. Ich budowa opiera się na płytkach ceramicznych z napyloną warstwą metalu, tworzących stos o dużej powierzchni. Materiał dielektryczny określany jest klasą — kondensatory C0G (NP0) zapewniają najwyższą stabilność temperaturową i minimalne straty, natomiast kondensatory klasy X7R lub Y5V oferują większe pojemności, ale ich parametry zmieniają się pod wpływem temperatury i napięcia. Jest to istotne szczególnie w układach filtrów, generatorów oraz elementów pomiarowych, gdzie stabilność jest kluczowa.
Kondensatory foliowe wykorzystują cienkie warstwy folii metalowej oraz dielektryków takich jak polipropylen, poliester czy poliwęglan. Charakteryzują się niskim ESR, bardzo dobrą stabilnością, wysokim napięciem przebicia i możliwością pracy w obwodach impulsowych. Kondensatory polipropylenowe są szczególnie cenione w przetwornicach, audio najwyższej jakości i filtrach przeciwzakłóceniowych. Z kolei kondensatory poliestrowe sprawdzają się w elektronice ogólnej ze względu na niski koszt i szeroką dostępność.
Jedną z charakterystycznych grup kondensatorów są kondensatory elektrolityczne, które osiągają bardzo duże pojemności w niewielkiej objętości. Ich budowa opiera się na anodzie aluminiowej pokrytej warstwą tlenku jako dielektryku oraz elektrolicie pełniącym rolę drugiej okładziny. Kondensatory elektrolityczne są niezastąpione w prostownikach, zasilaczach, filtrach tętnień oraz wszędzie tam, gdzie trzeba gromadzić energię na większy zapas. Ich wadą jest ograniczona trwałość — elektrolit może wysychać, co prowadzi do utraty pojemności i wzrostu ESR. Praca w wysokiej temperaturze oraz zbyt duże tętnienia znacznie skracają ich żywotność.
W przemyśle i energoelektronice stosuje się także kondensatory elektrolityczne polimerowe, które zamiast ciekłego elektrolitu mają przewodzący polimer. Zapewnia to znacznie niższy ESR, większą odporność na prąd tętnienia i dłuższą trwałość. Dlatego polimery dominują w nowoczesnych płytach głównych, kartach graficznych, przetwornicach DC-DC i sprzęcie serwerowym.
Osobną kategorią są kondensatory tantalowe, w których anoda wykonana jest z porowatego tantalu, a dielektryk stanowi warstwa tlenku tantalu. Mają one bardzo stabilne parametry, niskie ESR i dużą pojemność przy niewielkich wymiarach. Ich wadą jest podatność na uszkodzenia w przypadku pracy przy zbyt wysokim napięciu lub impulsach prądowych — kondensator tantalowy potrafi ulec gwałtownemu uszkodzeniu, dlatego wymaga starannego doboru i stosowania zabezpieczeń.
W nowoczesnych urządzeniach energetycznych, szczególnie w fotowoltaice, falownikach, systemach UPS, magazynach energii i przemyśle, stosuje się także kondensatory wysokonapięciowe, które mogą pracować przy różnych częstotliwościach i dużych energiach impulsowych. Kondensatory snubber (tłumiące) stosowane są w celu ochrony tranzystorów IGBT i MOSFET przed przepięciami, a kondensatory AC — w kompensacji mocy biernej oraz silnikach jednofazowych jako kondensatory rozruchowe lub pracy.
Konstrukcja kondensatora określa również jego parametry dynamiczne. ESR (Equivalent Series Resistance) jest kluczowym parametrem opisującym straty energii i wpływa na nagrzewanie się kondensatora oraz jego zdolność do pracy przy wysokich prądach impulsowych. ESL (Equivalent Series Inductance) określa indukcyjność pasożytniczą, co ma znaczenie w obwodach wysokiej częstotliwości. Stabilność temperaturowa, współczynnik strat, napięcie przebicia, żywotność, a nawet tzw. efekt starzenia — to czynniki, które określają przydatność danego typu kondensatora.
W praktyce dobór kondensatora zależy od jego przeznaczenia. W elektronice cyfrowej stosuje się głównie kondensatory ceramiczne SMD o niskiej indukcyjności. W zasilaczach impulsowych łączy się elektrolity o dużej pojemności z foliowymi elementami o niskim ESR, by uzyskać stabilne filtrowanie. W audio hi-end używa się kondensatorów foliowych polipropylenowych ze względu na minimalne zniekształcenia. W automatyce przemysłowej i energetyce spotyka się kondensatory snubber, kondensatory AC oraz specjalne baterie kondensatorów służące do kompensacji mocy biernej.
Niezależnie od konstrukcji kondensator pozostaje jednym z istotniejszych elementów współczesnej techniki. Magazynuje energię, filtruje, stabilizuje, kształtuje sygnały i chroni urządzenia. Bez kondensatorów nie mogłyby działać przetwornice, sterowniki PLC, falowniki, urządzenia audio, komputery, instalacje fotowoltaiczne ani żaden współczesny system elektroniczny.