Das Dielektrikum ist ein nichtleitendes Material, das in Kondensatoren und Kabeln benutzt wird. Es ist ein Nichtleiter dessen atomare Struktur keine frei beweglichen Ladungsträger besitzt. Dielektrika können Feststoffe sein, aber auch Flüssigkeiten und Gase.
In der Elektronik und Kommunikationstechnik werden Dielektrika in Kondensatoren, Kabeln, Antennen und Steckern eingesetzt. Bei Kondensatoren ist es das Material, das zwischen den beiden Elektroden liegt, bei Koaxialkabel oder HF-Steckern liegt es zwischen dem Innenleiter und Außenleiter. Dielektrika, die in Kondensatoren eingesetzt werden, können nichtleitende Flüssigkeiten wie Öl sein, Nichtleiter wie Keramik, Glas, Kunststoff, Glimmer (Mica) oder Gummi, aber auch Oxidschichten und Luft. In Hochfrequenzkabeln und HF-Steckern verwendet man hingegen Kunststoffe wie Polyethylen ( PE), Polyvinylchlorid ( PVC), Polypropylen ( PP) oder Polytetrafluorethylen ( PTFE).
Das Dielektrikum von Kabeln
Die Eigenschaften des Dielektrikums zeigen sich in der Dielektrizitätskonstanten bzw. der Permittivität und haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Kapazität von Kondensatoren. Das hängt damit zusammen, dass die elektrische Feldstärke im Dielektrikum geschwächt wird.
Bei Kabeln geht die Dielektrizitätskonstante direkt in das Übertragungsverhalten von Koaxialkabeln ein. Dabei bestimmt das Dielektrikum maßgeblich den Wellenwiderstand und die Dämpfung. Ein weiterer Kennwert fürDielektrika ist deren Durchschlagsfestigkeit.
Das Dielektrikum von Kondensatoren
Bei Kondensatoren bestimmt das Dielektrikum die Frequenzbereiche in dem die Kondensatoren arbeiten. Betrachtet man verschiedene Dielektrika, so unterstützen die Kunststoffe Polycarbonat ( PC), Polypropylen (PP), Polyester ( PET), Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polystyrol ( PS) die größten Frequenzbereiche zwischen 0 Hertz bis hinauf in den Gigahertzbereich. Dielektrika aus Glas oder gesinterter Keramik können bei Niederfrequenzen bis hinauf zu Gigahertzfrequenzen eingesetzt werden. Im Unterschied dazu eignet sich Glimmer für den kHz- Frequenzbereich bis hin zu einigen hundert Megahertz und Tantal-Kondensatoren liegen im allgemeinen im Niederfrequenzbereich.
Neben den genannten Dielektrika gibt es Dielektrika auf metallisierter Papier- und Kunststoffbasis. Kondensatoren auf metallisiertem Papier sind mit MP gekennzeichnet, die, mir metallisierter Kunststofffolie mit MK. Und dann sind da noch die Kondensatoren zu nennen, die auf Oxiden basieren, wie Aluminuimoxid ( Al2O3), Tantal-Pentoxid (Ta2O5) oder Niob-Pentoxid (Nb2O5). Bei Folienkondensatoren geht das Temperaturverhalten des Dielektrikums mehr oder weniger stark auf die Kapazität des Kondensators ein. Die Temperatureigenschaften des Dielektrikums werden durch eine dreistellige Buchstaben-Ziffernkombination charakterisiert. Bekannte Bezeichnungen für diese Temperatureigenschaften von Keramikkondensatoren und Vielschicht-Keramikkondensatoren ( MLCC) sind X7R, X8R, Y5V und Negative-Positive-Zero (NPO).
Dielektrika mit einer Permittivität von über 4 werden als High-k-Dielektrika bezeichnet. Dazu gehören u.a. Siliziumnitrid ( Si3N4), Aluminiumoxid (Al2O3) und Titandioxid ( TiO2). Eingesetzt werden solche High-k-Dielektrika u.a. in MIS-Kondensatoren (Metal Insulator Semiconductor) und integrierten Schaltungen.