mini|300px|Beispiele mechanisch variabler Abstimm- und Trimmkondensatoren (nicht maßstäblich dargestellt)

Variable Kondensatoren (Varkos) sind elektrische Kondensatoren, deren Kapazität in definierten Grenzen stufenlos und reproduzierbar einstellbar ist.

Sie werden überwiegend in Filtern und Oszillatoren, für die Abstimmung von Sendern oder Empfängern sowie zur Impedanzanpassung eingesetzt.

Es gibt mechanisch und elektrisch variable Kondensatoren.

Die mechanisch variablen Kondensatoren gehören zu den Passiven Bauelementen und werden unterschieden in Drehkondensatoren (Drehkos), die zur Senderabstimmung für häufige und wiederholende Betätigungen ausgelegt sind und Trimmkondensatoren, die für einmalige oder seltene Betätigungen zur Feinabstimmung ausgelegt sind.

Die meisten Bauformen der mechanisch variablen Kondensatoren haben nur noch eine historische Bedeutung. Heutzutage (2017) noch gefertigte Bauformen sind u. a. Trimmer mit Keramik- oder Kunststofffolie-Dielektrikum für kleine Leistungen, Rohr-Spindeltrimmer für hohe Frequenzen und variable Vakuumkondensatoren für Geräte mit höheren Leistungen wie z. B. in MRT-Scannern.Comet, Variable Capacitors, Produktübersicht

Einstellbare Kapazität kann bei kleineren Leistungen auch mit elektrisch variablen Kondensatoren (Kapazitätsdioden, auch Varaktor oder Varicap genannt), erreicht werden. Kapazitätsdioden gehören zu den Aktiven Bauelementen und nutzen die Eigenschaft eines pn-Überganges aus, seine Kapazität in Abhängigkeit einer anliegenden Gleichspannung zu ändern. Zu den elektrisch variablen Kondensatoren gehören neben Kapazitätsdioden auch dielektrisch variable Kondensatoren, beispielsweise BST-Varaktoren,Gennum: Applications, Processing and Integration Options for High Dielectric Constant Multi-Layer Thin-Film Barium Strontium Titanate (BST) Capacitors (PDF; 849 kB)R. A. York: Tunable Dielectrics for RF Circuits. (PDF)M.P.J. Tiggelman: Thin Film Barium Strontium Titanate Capacitors for Tunable RF Front-end Application. (PDF)ST’s Parascan™ Tunable Integrated Capacitors (STPTIC) Tunable Integrated Capacitors 'digital variable KondensatorenIT Wissen, DTC (digitally tunable capacitor) und elektrisch variable RF-MEMS-Kondensatoren.S. Lucyszyn, Review of radio frequency microelectromechanical systems technology, IEEE 2004, IEE Proceedings online no .20040405, doi:10.1049/ip-smt:20040405 Review of radio frequency microelectromechanical systems technology (PDF)Ch. Goldsmith, A. Malczewski, Z. Yao, S. Chen, J. Ehmke, D. Hinzel, Raytheon Systems Corporation: (PDF)

Aufgrund der kleinen Dimensionen der Kapazitätsdioden sind sie nicht nur für Radios, sondern auch für höhere Frequenzen bis zu einigen 100 GHz geeignet. Sie werden u. a. in stationären und mobilen Empfangsgeräten in Filtern zur Frequenzselektion ab etwa 1 MHz eingesetzt, zunehmend aber durch digitale Signalaufbereitung ersetzt.

Grundlagen und Hinweise

Mechanisch-variable Kondensatoren Die mechanisch-variablen Kondensatoren werden unterschieden in Drehkondensatoren (), kurz Drehkos genannt, sind Abstimmkondensatoren, die für häufige und wiederholende Betätigungen ausgelegt sind, z. B. für die manuelle Sendereinstellung in Rundfunkgeräten oder die motorgesteuerte automatische Regelung einer Senderfrequenz und in Trimmkondensatoren (), auch TrimmerAnmerkung: Der Kurzbegriff „Trimmer“, der hier für einen Trimmkondensator steht, kann zu Verwechslungen führen. Er wird im Bereich der elektronischen Bauelemente umgangssprachlich auch noch für „Potentiometer“ verwendet. genannt, sind für einmalige oder seltene Betätigungen zur Feinabstimmung von Schwingkreisen ausgelegt und werden nur bei der Erstinbetriebnahme und ggf. nach Reparaturen zum Abgleich von Schwingkreisen oder Filtern betätigt. Trimmer werden meist parallel zu dem Drehkondensator in einem Abstimmkreis zur Feinabstimmung geschaltet.Anmerkung: Werden Trimmkondensatoren in Serie zu einem Abstimm-Drehkondensator geschaltet, so werden sie „Padder“ genanntJ. J. Carr: RF Components and Circuits. ISBN 0-7506-4844-9, S. 285, 285: Padder. (RF Components and Circuits)

Für die mechanisch-variablen Kondensatoren gilt das Prinzip des Plattenkondensators, dessen Kapazität umso größer ist, je größer die Elektrodenfläche und die Dielektrizitätszahl ist und je kleiner der Abstand der Elektroden zueinander ist.

Der Kapazitätswert von mechanisch variablen Kondensatoren kann auf drei verschiedenen Arten beeinflusst werden, durch Änderung der kapazitiv wirksamen überlappenden Elektrodenflächen, durch Änderung des Elektrodenabstands zueinander oder durch die Wahl eines geeigneten dielektrischen Materials.

Die gewünschte Kapazitätsänderung im überwiegenden Teil der heute noch gefertigten einstellbaren Kondensatoren, sowohl bei den Dreh- als auch bei den Trimmerkondensatoren, beruht auf der Änderung der kapazitiv wirksamen überlappenden Elektrodenfläche, ohne den Abstand der Elektroden zueinander zu ändern. Die Kapazität sowie die Durchschlagsfestigkeit und der Gütefaktor dieser Kondensatoren hängen aber auch vom verwendeten Dielektrikum ab. Es wurden im Laufe der Zeit u. a. folgende Materialien eingesetzt:

+ Dielektrische Materialien in variablen Kondensatoren, Characteristics of Metallized Film Capacitors in Comparison with Other Dielectrics, abgerufen am 4. Dezember 2016. Epcos TDK (PDF; 1,1 MB) Film Capacitors, General technical information (PDF; 1,3 MB), abgerufen am 4. Dezember 2016.Dielectric Comparison Chart. (PDF; 157 kB) AVX; abgerufen am 4. Dezember 2016. Dielektrisches- Material relative Permittivität εr bei 1 kHz Durchschlagsfestigkeit in kV/mm Vakuum 1 20…500 Luft 1 2…5 Schwefelhexafluorid (SF6) 2 8 Glimmer 7 25…200 Keramik Klasse 1 6…200 20 Keramik Klasse 2 (Barium-Strontium-Titanat) 100…1000 25 Saphir (Al2O3) 8,9…11,1 700…1000 Hartpapier 4 20…80 Polyester (PET) 3,3 25…580 Polycarbonat (PC) 3,0 35…535 Polyethylennaphthalat (PEN) 3,0 25 … 500 Polypropylen (PP) 2,2 100…650 Teflon (PTFE) 2,1 100…250

Elektrisch-variable Kondensatoren

Elektrisch-variable Kondensatoren, auch Varaktoren () genannt, gehören nicht zu den Passiven Bauelementen, sondern zu den Aktiven Bauelementen und nutzen die Eigenschaften der Halbleitertechnik, um eine reproduzierbare variable Kapazität zu erhalten. Zu den elektrisch-variablen Kondensatoren gehören:Qizheng Gu: RF Tunable Devices and Subsystems: Methods of Modeling, Analysis, and Applications. Springer International Publishing, 2015, ISBN 978-3-319-09924-8. Kapazitätsdioden (), in denen durch elektrisch beeinflussbare Änderung der Raumladungszone der Elektrodenabstand und somit die Kapazität variiert werden kann. Dielektrisch-variable Kondensatoren (), beispielsweise integrierte variable BST-Kondensatoren bzw. BST-Varaktoren (), deren Besonderheit das Dielektrikum aus dem ferroelektrischen Material Barium-Strontium-Titanat (BST) ist. BST hat eine relativ hohe relative Permittivität die abhängig von der Feldstärke im Dielektrikum ist. Damit ist die Kapazität der BST-Varaktoren abhängig von der anliegenden Spannung. Digital-variable Kondensatoren () sind Anordnungen mehrerer integrierter Kondensatoren in Integrierte Schaltungen unterschiedlicher Halbleitertechnologien, die über digital-codierte Schalter parallel/seriell so geschaltet werden können, das ein gewünschter Kapazitätswert erreicht wird, der zur Abstimmung eines Schwingkreises oder Filters benötigt wird. Elektrisch-variable RF-MEMS-Kondensatoren (), in denen die Kraft ausgenutzt wird, mit der sich gegenpolig geladene bewegliche Elektroden beim Anlegen einer Spannung anziehen, um elektrisch einstellbare Kapazitätswerte zu erzeugen.

Elektrisch-variable Kondensatoren werden überwiegend in mobilen Empfangsgeräten kleinerer Leistung zur Frequenzselektion für alle kommerziell und industriell genutzten Kanäle eingesetzt. Ihre Anwendung reicht bis in den Bereich sehr hoher und höchster Frequenzen bis zu einigen 100 GHz.

Geschichte Die ersten Jahrzehnte

Mit der Entdeckung der drahtlosen Übertragung von elektrischen Funkenentladungen durch Alexander Popow 1895 und seiner Weiterentwicklung durch Guglielmo Marconi ab 1896, die zur Entwicklung der drahtlosen Telegrafie führte, wurde es notwendig, sowohl die Sende- als auch die Empfangsfrequenz in den verwendeten Anlagen und Geräten in engen Grenzen einstellen zu können. Die Frequenz, die mit einem Schwingkreis, bestehend aus einer Spule und einem Kondensator, erzeugt wurde, konnte entweder durch Änderung der Induktivität oder durch Änderung der Kapazität des Schwingkreises beeinflusst werden. Das Letztere wurde durch die Erfindung eines Drehkondensators, dessen Kapazität sich durch eine einstellbare Überlappung der Elektrodenflächen ergab, 1892 durch Dezső Korda ermöglicht.George Washington Pierce: Principles of wireless telegraphy. McGraw-Hill book company, New York 1910, S. 114 (mit Foto des Drehkondensators von Korda); . Dieser erste einstellbare Kondensator arbeitete mit Rotorelektroden auf einer drehbaren Welle, die sich zur Kapazitätsänderung kammartig in ein Paket mit Statorelektroden hineindrehen ließen. Diese Drehkondensatoren wurden ab 1901 von Adolf Koepsel verbessert und bei Siemens in die drahtlose Telegrafie eingeführt.Die wahre Geschichte des Drehkondensators. Redaktionsbüro Peter von Bechen, 16. März 2014, Der Beitrag Dr. Adolf Koepsels zur Entwicklung der FunktechnikJogis Röhrenbude. Photosammlung historischer Drehkondensatoren

mini|180px|Aufbau eine AM-Senders von 1938. Mittig der Drehkondensator zur Frequenzeinstellung

Die Audionröhre, erfunden 1906 durch Lee De Forest, war das erste Bauelement in der Elektrotechnik für eine funktionierende Signalverstärkung.Thomas H. Lee: The Design of CMOS Radio Frequency Integrated Circuits. 2. Auflage. 2004, S. 9–11. Nach der Erfindung der Oszillatorschaltung mit einer Elektronenröhre 1913 durch Alexander Meißner und die darauf aufbauenden weiteren Erfindungen begann dann die eigentliche Entwicklung der Rundfunktechnik.

Die ersten Funkempfänger zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren Geradeausempfänger, die meist mit geschalteten Spulen zur Einstellung der Frequenz ausgestattet waren. Allerdings kamen auch schon in diesen ersten Detektorempfängern Drehkondensatoren mit Luftdielektrikum zum Einsatz. Diese variablen Kondensatoren übernahmen in der Folgezeit mehr und mehr das Abstimmen des jeweiligen Empfängerkreises und lösten damit das Abstimmen des Senders mittels beweglicher oder geschalteter Spulen ab. Sie wurden bis weit nach dem Zweiten Weltkrieg bei den weitaus meisten Radios verwendet. Auch senderseitig wurden Drehkondensatoren zum Einstellen der Sendefrequenz benutzt.

Drehkondensatoren benötigen wegen des erforderlichen Plattenabstandes verhältnismäßig viel Platz, erforderten eine mechanisch stabile Konstruktion und waren teuer. Preiswertere und kleinere Lösungen wurden gesucht. Dies konnte durch Einführen anderer Dielektrika erreicht werden. Glimmer war als Dielektrikum von den sogenannten Blockkondensatoren und hat eine um den Faktor 7 höhere relative Permittivität sowie eine etwa 10fach höhere Durchschlagsfestigkeit als Luft. Es lag also nahe zur Verkleinerung der Drehkondensatoren Glimmer zu verwenden. Diese Lösung stellte sich aber schon bald als zu teuer heraus, weil Glimmer als Naturprodukt aufwendig bearbeitet werden musste, einen hohen Preis hatte und mechanisch Probleme bereitete. Anstelle von Glimmer wurden dann schon in den 1930er Jahren Drehkondensatoren mit Phenolharz-getränktem Hartpapier als Dielektrikum, montiert zwischen Pertinax-Platten, entwickelt, die sich in preiswerten Geräten schnell durchsetzten.