Kondensatoren sind kleine Energiespeicher. Sie nehmen kurz Strom auf und geben ihn wieder ab. So glätten sie Spannungsschwankungen und filtern Störungen heraus. Auf einer Handy-Platine sind sie meist winzige rechteckige SMD-Bauteile, oft nur 0,4 mal 0,2 Millimeter groß.
Wie funktioniert ein Kondensator?
Ein Kondensator besteht aus zwei leitenden Flächen, die durch eine isolierende Schicht getrennt sind. Legt man Spannung an, sammelt sich Ladung auf den Flächen. Bricht die Spannung kurz ein, gibt der Kondensator diese Ladung wieder ab. Für den Prozessor, der in Sekundenbruchteilen viel Strom braucht, sind diese kleinen Puffer unverzichtbar.
Bauformen
| Bauform | Typisch in | Hinweis |
|---|---|---|
| Keramik-SMD (MLCC) | Handys, Tablets, Laptops | Sehr klein, sehr viele davon |
| Tantal | Laptops, ältere Geräte | Etwas größer, oft gelb oder schwarz |
| Elektrolyt | Netzteile, ältere Mainboards | Rund, können sich aufblähen |
| Polymer | Laptop- und PC-Mainboards | Langlebiger als Elektrolyt |
Typische Defekte
Innerer Durchbruch
Der Kondensator wird leitend und verursacht einen Kurzschluss zur Masse.
Korrosion
Nach Wasserkontakt korrodieren die Anschlüsse.
Abgerissen
Nach einem Sturz kann ein Kondensator von der Platine abbrechen.
Aufgebläht
Elektrolytkondensatoren in Netzteilen wölben sich mit dem Alter.
Ein durchgebrochener Kondensator ist einer der häufigsten Gründe, warum ein Handy nicht mehr startet oder nicht lädt. Das Bauteil selbst ist winzig und günstig, das Finden erfordert aber Messtechnik und Erfahrung.
Wie ein defekter Kondensator getauscht wird
- Finden. Mit Labornetzteil und Wärmebildkamera wird das Bauteil gesucht, das bei einem Kurzschluss warm wird.
- Entfernen. Mit Lötkolben oder Heißluft wird der Kondensator unter dem Mikroskop ausgelötet.
- Ersetzen oder weglassen. Je nach Schaltung wird ein neuer Kondensator eingelötet. Manche reine Filter-Kondensatoren können nach Schaltplan auch entfallen.
- Prüfen. Danach wird gemessen, ob der Kurzschluss beseitigt ist.
Diese Arbeit gehört zum Mikrolöten und bringt viele vermeintlich tote Geräte zurück.
Ein Beispiel aus der Praxis
Ein Handy fällt ins Waschbecken, funktioniert danach noch einen Tag und startet dann nicht mehr. Bei der Messung zeigt eine der Spannungsleitungen einen Kurzschluss zur Masse. Mit eingespeistem Strom wird unter der Wärmebildkamera ein einzelner Kondensator neben dem Prozessor warm. Er wird ausgelötet, die Leitung ist wieder frei, und das Handy startet. Die Daten sind unverändert da. Genau dieser Ablauf ist bei vielen Wasserschäden typisch.
Kapazität und Spannungsfestigkeit
Die wichtigste Kenngröße eines Kondensators ist seine Kapazität. Sie gibt an, wie viel elektrische Ladung er bei einer bestimmten Spannung speichern kann. Die Einheit ist Farad. In der Praxis sind die Werte meist sehr klein, also Mikrofarad, Nanofarad oder Pikofarad.
Die zweite wichtige Größe ist die Spannungsfestigkeit. Sie gibt an, welche Spannung der Kondensator dauerhaft aushält. Wird sie überschritten, kann das isolierende Material zwischen den Platten durchschlagen. Dann entsteht ein Kurzschluss, und der Kondensator ist zerstört. Deshalb wählt man in Schaltungen immer einen Kondensator mit etwas Reserve.
Ein drittes Merkmal ist der innere Widerstand, oft als ESR abgekürzt. Je kleiner er ist, desto besser kann der Kondensator schnelle Stromspitzen abfangen. Gerade in Stromversorgungen von Prozessoren ist ein niedriger ESR entscheidend.
Aufgaben im Gerät
| Aufgabe | Was der Kondensator tut |
|---|---|
| Pufferung | Liefert kurzfristig Strom bei Lastspitzen |
| Glättung | Macht aus pulsierender eine gleichmäßige Spannung |
| Entkopplung | Hält Störungen von Chips fern |
| Filterung | Lässt bestimmte Frequenzen durch und blockt andere |
| Zeitsteuerung | Bestimmt zusammen mit einem Widerstand eine Verzögerung |
| Signalkopplung | Trennt Gleichspannung und lässt Wechselsignale durch |
Die häufigste Aufgabe in Smartphones ist die Entkopplung. Jeder Chip braucht eine absolut stabile Spannung. Wenn ein Prozessor plötzlich mehr Leistung braucht, kann der Spannungsregler nicht sofort reagieren. Die Kondensatoren direkt neben dem Chip springen dann ein und liefern den Strom für diese kurzen Momente. Deshalb sitzen rund um Prozessor und Speicher oft dutzende Kondensatoren.
Auch Audiosignale laufen über Kondensatoren. Sie trennen den Gleichspannungsanteil ab, damit nur das eigentliche Tonsignal zum Lautsprecher oder Kopfhörer gelangt. Ein defekter Koppelkondensator kann deshalb dazu führen, dass Ton verzerrt klingt oder ganz ausfällt.
Keramik, Tantal und Elektrolyt
In Smartphones und modernen Laptops dominieren keramische Vielschichtkondensatoren, kurz MLCC. Sie bestehen aus vielen dünnen Lagen Keramik und Metall, die übereinandergestapelt sind. Sie sind winzig, günstig und sehr zuverlässig. Ihr Nachteil: Sie sind spröde und können bei Biegung der Platine Risse bekommen.
Tantal-Kondensatoren bieten mehr Kapazität auf kleinem Raum. Sie sind oft an ihrer gelben oder schwarzen Farbe und einem Strich für den Pluspol zu erkennen. Werden sie falsch herum oder mit zu hoher Spannung betrieben, können sie heftig ausfallen.
Elektrolytkondensatoren mit ihrem typischen Zylinder-Gehäuse findest du vor allem in Netzteilen und älteren Geräten. Sie altern mit der Zeit, weil der flüssige Elektrolyt austrocknet. Aufgeblähte oder ausgelaufene Elkos waren lange eine typische Ursache für defekte Netzteile und Mainboards.
| Bauart | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|
| Keramik (MLCC) | Klein, günstig, langlebig | Spröde, rissanfällig bei Biegung |
| Tantal | Hohe Kapazität auf kleinem Raum | Empfindlich gegen Verpolung |
| Elektrolyt | Sehr hohe Kapazität | Altert, kann austrocknen oder auslaufen |
Der kurzgeschlossene Kondensator
Der häufigste Kondensatorfehler in Smartphones ist der Kurzschluss. Ein keramischer Kondensator bekommt durch einen Sturz, Biegung oder Überspannung einen Riss. Durch diesen Riss entsteht eine leitende Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen. Die Versorgungsspannung wird dadurch direkt gegen Masse kurzgeschlossen.
Die Folgen hängen davon ab, an welcher Leitung der Kondensator sitzt. Liegt er an der Hauptversorgung, startet das Gerät gar nicht mehr. Sitzt er an der Versorgung einer einzelnen Komponente, fällt nur diese aus. Manche Geräte zeigen auch das Symptom, dass sie nur mit angeschlossenem Ladegerät starten oder dabei ungewöhnlich warm werden.
Das Problem: Auf einer Leitung hängen oft zehn oder zwanzig Kondensatoren parallel. Welcher davon kurzgeschlossen ist, lässt sich mit einem Multimeter allein nicht feststellen, weil alle denselben Messwert zeigen.
So wird der defekte Kondensator gefunden
- Kurzschluss bestätigen. Mit dem Multimeter wird geprüft, welche Leitung gegen Masse kurzgeschlossen ist.
- Strom einspeisen. Ein Labornetzteil schickt eine niedrige Spannung mit begrenztem Strom in die Leitung.
- Wärme suchen. Das defekte Bauteil erwärmt sich. Eine Wärmebildkamera oder Kältespray macht die Stelle sichtbar.
- Bauteil entfernen. Der verdächtige Kondensator wird ausgelötet und die Leitung erneut gemessen.
- Ersetzen. Ist der Kurzschluss weg, wird ein neuer Kondensator mit passendem Wert eingesetzt.
Diese Methode heißt in der Werkstatt oft Spannungsinjektion. Sie ist sicher, solange Spannung und Strom klein gehalten werden. Bei Leitungen, die direkt mit dem Prozessor verbunden sind, ist besondere Vorsicht nötig, damit der teure Chip nicht beschädigt wird.
In manchen Fällen kann ein kurzgeschlossener Entkopplungskondensator auch ersatzlos entfernt werden, weil viele andere parallel geschaltet sind. Sauberer ist es aber, ihn zu ersetzen, damit die Schaltung so arbeitet, wie der Hersteller sie entworfen hat.
Kondensatoren schützen
Du kannst einiges tun, um Kondensatorschäden zu vermeiden. Eine stabile Hülle schützt vor harten Stößen und reduziert das Risiko von Rissen in den spröden Keramikbauteilen. Das Smartphone in der hinteren Hosentasche zu tragen, belastet die Platine dagegen durch Biegung.
Nutze außerdem Ladegeräte und Kabel in ordentlicher Qualität. Billige Netzteile können Spannungsspitzen erzeugen, die Kondensatoren an der Ladeschaltung überlasten. Und nach einem Wasserschaden gilt immer: ausschalten, nicht laden und schnell prüfen lassen.
Wie ein Kondensator lädt und entlädt
Legt man an einen Kondensator eine Spannung an, fließt zunächst ein großer Strom. Je voller der Kondensator wird, desto kleiner wird der Strom, bis er schließlich ganz aufhört. Beim Entladen ist es umgekehrt. Wie schnell das geht, hängt von der Kapazität und dem Widerstand im Stromkreis ab.
Dieses Verhalten wird gezielt für Zeitschaltungen genutzt. Ein Kondensator und ein Widerstand bestimmen zum Beispiel, wie lange es dauert, bis ein Chip nach dem Einschalten aus dem Reset freigegeben wird. So wird sichergestellt, dass alle Spannungen stabil sind, bevor das Gerät hochfährt.
Größere Kondensatoren können auch nach dem Ausschalten noch längere Zeit Spannung halten. In Netzteilen sind das teilweise gefährlich hohe Spannungen. Deshalb werden sie vor Arbeiten an Netzteilen gezielt entladen.
Sicherheit beim Umgang mit Kondensatoren
In Smartphones und Laptops sind die Spannungen an den Kondensatoren niedrig und ungefährlich. Anders sieht es in Netzteilen, Fernsehern und Blitzgeräten aus. Hier können Kondensatoren hunderte Volt speichern. Wer ein solches Gerät öffnet, ohne die Kondensatoren zu entladen, riskiert einen schmerzhaften oder sogar gefährlichen Stromschlag.
Wichtig
Öffne niemals ein Netzteil oder Ladegerät, das am Stromnetz angeschlossen war. Die Kondensatoren darin können auch nach dem Abstecken noch Spannung führen. Ein defektes Netzteil wird ersetzt, nicht repariert.
Für dich als Nutzer heißt das: Ein Gerät, das nach einem Sturz nicht mehr startet, ist nicht automatisch ein Totalschaden. Häufig steckt ein einzelner kurzgeschlossener Kondensator dahinter. Mit gezielter Fehlersuche lässt er sich finden und ersetzen, ohne dass die ganze Platine getauscht werden muss. Deine Daten bleiben dabei in der Regel erhalten.
Häufige Fragen
Kann ein Kondensator ohne äußeren Grund kaputtgehen?
Ja, durch Alterung, Hitze oder Spannungsspitzen. Häufig sind aber Wasser oder Stürze die Ursache.
Sieht man einem defekten Kondensator den Schaden an?
Im Handy meist nicht. Nur aufgeblähte Elektrolytkondensatoren in Netzteilen fallen auf.
Kann ein Kondensator gefährlich sein?
Große Kondensatoren in Netzteilen können auch ohne Stromanschluss geladen sein. Im Handy ist das kein Thema.
Warum sind so viele Kondensatoren auf einer Platine?
Jeder Chip braucht stabile Spannungen. Viele kleine Kondensatoren in seiner Nähe sorgen dafür.