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I CONDENSATORI VISTI DA VICINO

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I CONDENSATORI VISTI DA VICINO

Messaggio Da TOMMY's il Lun Ago 18, 2008 5:28 pm

I condensatori sono fra i componenti più utilizzati nei circuiti
elettronici. In funzione della tecnologia costruttiva e degli impieghi
specifici, i condensatori si presentano nelle forme più diverse, dai
grossi contenitori cilindrici degli elettrolitici da 10.000 e più µF
alle minuscole pastiglie dei condensatori ceramici o alla forma a
goccia di quelli al tantalio.
Nelle righe che seguono vengono
descritte brevemente le caratteristiche elettriche di un condensatore,
i tipi di uso più comune e qualche metodo pratico per verificarne
l'efficienza.

CHE COS'E' UN CONDENSATORE

Il condensatore è un dispositivo in grado di immagazzinare energia
elettrica. Possiamo vederlo praticamente con un semplice esperimento,
per cui basta procurarsi una pila da 4,5 V, un condensatore
elettrolitico da circa 1000 µF ed un led cui aggiungeremo in serie una
resistenza da 100 ohm (figura 1).





un condensatore, una pila, un led con resistenza in serie

carichiamo il condensatore collegandolo alla pila

il condensatore carico farà accendere il led, che si spegnerà gradualmente, man mano che il condensatore si scarica
Figura 1

1- colleghiamo il condensatore alla pila, facendo attenzione alla
polarità (il segno "+" del condensatore deve corrispondere al segno "+"
della pila); dopo pochi secondi il condensatore si sarà caricato
2- stacchiamo adesso il condensatore carico dalla pila e colleghiamolo
al led, facendo attenzione alla giusta polarità dei terminali ed
interponendo la resistenza da 100 Ω: per qualche istante il led si
illuminerà, come se lo avessimo collegato alla pila, spegnendosi
gradualmente man mano che il condensatore si scarica.

La resistenza serve per far scorrere la corrente più lentamente durante
la scarica, altrimenti il led farebbe solo un rapido lampo di luce,
rischiando anche di bruciarsi.
Usando condensatori di maggiore capacità, il led rimarrà acceso più a lungo.

La quantità di energia che si accumula in un condensatore dipende dalla
sua capacità e dalla tensione di lavoro: se indichiamo con
Q la quantità di carica, con C la capacità e con V la tensione, vale la formula Q = C x V
Dal punto di vista fisico, un condensatore è costituito da due
superfici metalliche (ovvero conduttrici), dette armature, separate da
un isolante, che prende il nome di dielettrico; l'isolante può essere
anche la semplice aria, il che equivale a dire che le due superfici
metalliche si trovano una di fronte all'altra ma senza toccarsi. Quanto
più sono estese le due superfici, tanto maggiore è la capacità;
analogamente, la capacità è maggiore quanto più le due superfici sono
vicine. La capacità dipende poi anche dall'isolante che si trova fra le
due superfici: il valore più basso si ha quando c'è solo l'aria; se il
dielettrico è costituito da altri materiali, la capacità aumenta in
funzione del materiale, secondo una grandezza caratteristica di ciascun
materiale, che viene detta "costante dielettrica relativa".
Tale costante si indica col simbolo
εr
ed è stabilito per convenzione che il suo valore per l'aria sia uguale
a 1; se un condensatore le cui armature sono separate dall'aria ha una
certa capacità, interponendo al posto dell'aria un dielettrico come la
mica, la capacità del condensatore aumenta di circa 5 volte: si dice
allora che la costante dielettrica relativa della mica ha valore 5.

Nella pratica i condensatori si realizzano avvolgendo insieme due
sottili lamine metalliche, separate da un film plastico dello spessore
di alcuni decimi di micron; quando si richiedono capacità molto
elevate, invece del film plastico si usa come dielettrico uno strato di
ossido, formato direttamente su una superficie metallica, ed un
elettrolita come secondo elettrodo. Di seguito sono descritte
brevemente le caratteristiche dei condensatori di uso più frequente.

CONDENSATORI ELETTROLITICI

Sono i più comuni. Il valore della capacità e della tensione di lavoro
sono in genere stampigliati chiaramente sull'involucro; la precisione
dei valori è approssimativa, essendo ammessa una tolleranza di circa ħ
20%.



Figura 2: condensatori elettrolitici
Nei
condensatori elettrolitici il dielettrico è un sottilissimo strato di
ossido, fatto formare direttamente sul metallo (l'alluminio) che fa da
armatura e costituisce l'anodo; il tutto è immerso in un elettrolita
che, essendo un sale disciolto, risulta conduttore. Il caratteristico
involucro metallico di forma cilindrica che fa da contenitore, diventa,
ai fini del collegamento elettrico, il terminale negativo ovvero il
catodo. Proprio a causa della loro costituzione, i condensatori
elettrolitici sono "polarizzati", il che vuol dire che devono
necessariamente essere collegati ad una tensione continua, rispettando
le polarità, positiva e negativa, indicate sull'involucro. Collegando
il condensatore al contrario, esso si distrugge rapidamente e rischia
di esplodere. Anche l'applicazione di una tensione superiore a quella
di lavoro può causare l'esplosione del condensatore.
Come gli altri tipi di condensatori, gli elettrolitici possono essere di tipo radiale
(fig.2: E.rad), con entrambi i terminali che escono dallo stesso lato, adatti ad un montaggio in verticale, oppure di tipo assiale (fig.2: E.ax),
con un terminale per lato, adatti al montaggio orizzontale. Una banda
laterale indica la polarità di almeno uno degli elettrodi.
Gli
elettrolitici sono condensatori di grande capacità, in grado di
accumulare notevoli quantità di energia; per tale motivo trovano
impiego principalmente negli alimentatori, per il livellamento della
tensione e la riduzione del "ripple" (ovvero delle ondulazioni residue).

CONDENSATORI AL TANTALIO

Sono anch'essi dei condensatori polarizzati, ma in essi il dielettrico è costituito da pentossido di tantalio


(fig.2: Tant.).
Sono superiori ai precedenti come stabilità alla temperatura ed alle
frequenze elevate; sono tuttavia più costosi e la loro capacità non
raggiunge valori molto elevati. Come i precedenti, devono essere
montati in circuito osservando la polarità indicata in prossimità dei
terminali.

ALTRI TIPI DI CONDENSATORI

Tranne i condensatori elettrolitici e quelli al tantalio, tutti gli
altri condensatori non sono polarizzati, per cui possono essere montati
indifferentemente in circuito in un verso o nell'altro, e funzionare
anche in assenza di una tensione continua di polarizzazione.





figura 3: altri tipi di condensatori


Esistono tanti tipi di condensatori, realizzati con tecnologie e dielettrici diversi. In figura 3 ne sono illustrati alcuni:
a- radiale in poliestere (mylar)
b- ceramico a disco
c- assiale in polipropilene
d- in poliestere metallizzato

- I condensatori in
poliestere
vengono prodotti fino a capacità di qualche µF e per tensioni di lavoro
fino a 1000 V; sono più adatti per l'impiego in bassa frequenza.
- I condensatori in
poliestere metallizzato sono di buona qualità e stabilità rispetto alla temperatura.
- I condensatori in
polipropilene consentono valori di capacità più precisi, con tolleranze di circa l' 1%; sono adatti ad un campo di frquenze fino a 100kHz.
- I condensatori con dielettrico in
policarbonato
si trovano con valori di capacità fino a 10 µF e per tensioni di circa
400 V; presentano una capacità molto costante, per cui possono essere
vantaggiosamente utilizzati nei circuiti oscillanti.
- Sempre indicati per l'uso in circuiti oscillanti sono i condensatori in
polistirolo, caratterizzati dal valore costante di capacità e reperibili per valori fino ad 1 µF
- I condensatori
ceramici
sono utilizzati in genere per le alte frequenze. Possono essere del
tipo ad elevata costante dielettrica, così da consentire di ottenere
alte capacità con ingombro limitato, oppure del tipo a bassa costante
dielettrica, caratterizzati dalla capacità stabile e da perdite molto
basse; per tale motivo vengono impiegati nei circuiti oscillanti di
precisione. In merito all'aspetto, possono presentarsi nella classica
forma a disco, o nella vecchia forma di un tubetto con i terminali alle
due estremità. I ceramici a disco sono molto usati in parallelo agli
elettrolitici, per fugare a massa le alte frequenze.
- I condensatori a
mica argentata
sono altamente stabili ed hanno un buon coefficiente di temperatura;
sono utilizzati per applicazioni di precisione, nei circuiti risonanti,
nei filtri di frequenze e negli oscillatori ad alta stabilità.

COME SI DETERMINA LA CAPACITA' DI UN CONDENSATORE



(Quanto segue si riferisce ai condensatori non polarizzati, di capacità
compresa fra pochi picofarad e qualche µF; non si applica pertanto ai
condensatori elettrolitici classici nè a quelli al tantalio)


Capita abbastanza spesso di trovarsi fra le mani un condensatore di cui
non si riesce a leggere il valore, o perchè i caratteri si sono
cancellati (cosa che capita spesso), o perchè il valore è indicato con
un codice che ci lascia piuttosto dubbiosi; se non vogliamo gettare il
condensatore nel cestino, possiamo provare a determinarne noi la
capacità. Il metodo più semplice è quello per confronto. Poichè in
corrente continua i condensatori rappresentano solo un contatto aperto,
per eseguire la misura che ci interessa ci serviremo di una corrente
alternata. Occorre procurarsi un qualsiasi trasformatore, anche di
piccola potenza, adatto ad essere collegato alla rete 220 V ca, e che
dia in uscita una bassa tensione, compresa più o meno fra 8 e 24 V



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Re: I CONDENSATORI VISTI DA VICINO

Messaggio Da TOMMY's il Lun Ago 18, 2008 5:28 pm



ATTENZIONE:
TUTTA LA PARTE ALTA TENSIONE, DALLA SPINA AL TRASFORMATORE, MORSETTI DI
ENTRATA COMPRESI, DEVE ESSERE PERFETTAMENTE ISOLATA - NESSUN PUNTO A
TENSIONE DI RETE DEVE RIMANERE SCOPERTO

Il circuito da realizzare è quello di figura 4: sull'uscita del
trasformatore collegheremo il condensatore di cui non conosciamo la
capacità, e che quindi chiameremo Cx, ed in serie ad esso un secondo
condensatore, di cui conosciamo il valore, che useremo come
riferimento, e che chiameremo Cr.



figura 4 - misura della tensione su Cr

Con un tester predisposto per la misura di tensioni alternate
misureremo la tensione ai capi di Cr; successivamente, spostando il
puntale rosso dall'altra parte (figura 5), misureremo la tensione ai
capi di Cx.



figura 5 - misura della tensione su Cx

Se le due tensioni sono uguali, vuol dire che i condensatori sono
uguali; in caso contrario, dovrete divertirvi a sostituire Cr con
condensatori di altro valore, finchè le due tensioni risulteranno
uguali.
Dobbiamo ricordare a proposito che i condensatori si comportano con la
corrente alternata un pò come le resistenze con la corrente continua;
una corrente alternata che attraversa un condensatore, incontra
maggiore difficoltà se la capacità del condensatore è piccola, e quindi
si determina una maggiore caduta di tensione ai capi del condensatore.
Nel fare le vostre misure, tenete presente questo aspetto; se trovate
che la tensione ai capi di Cr è maggiore di quella su Cx, dovete
provare ad usare un Cr di maggiore capacità.
Ricordate poi che nel caso dei condensatori non è quasi mai necessaria
una grande precisione, per cui è sufficiente che troviate due tensioni
abbastanza vicine per considerare terminata la misura.
Tanto per fare l'esempio che si vede nelle figure, se trovate 11,9 su
Cr e 12,3 su Cx potete ben dichiarare che i due condensatori sono
uguali!

DUE PAROLE SUL CONTROLLO DEI CONDENSATORI ELETTROLITICI

Gli elettrolitici sono condensatori di elevata capacità e, per la loro
tecnologia costruttiva, sono maggormente soggetti ad alterazioni delle
caratteristiche elettriche. Quando si vuole utilizzare un elettrolitico
che ha già lavorato in circuito per un certo tempo, o che comunque è
piuttosto vecchio, è sempre bene procedere ad un controllo, sia pure
veloce, del suo stato di salute.





figura 6 - come va scaricato un condensatore

Prima di procedere a qualsiasi controllo, ricordate sempre di scaricare
il condensatore, specialmente se lo avete smontato da una
apparecchiatura utilizzata di recente. Il condensatore va scaricato
collegando fra i due terminali una resistenza da 2 o più watt, del
valore di qualche decina di ohm; non è opportuno mettere in corto i
terminali servendosi di un oggetto metallico, poichè, a causa
dell'elevato picco di corrente, la scarica istantanea con relativa
scintilla potrebbe danneggiare il condensatore.
Indicazioni abbastanza significative sullo stato di un condensatore
elettrolitico si possono ottenere in modo semplice: basta collegare per
pochi secondi il condensatore ad una tensione un pò più bassa di quella
di lavoro (che risulta scritta sull'involucro), sempre facendo
attenzione alla giusta polarità. Staccato il condensatore, si misura
col tester la tensione sui terminali: tranne una breve discesa iniziale
di pochi volt, il valore della tensione immagazzinata tende a
conservarsi nel tempo. Per fare un esempio, se si applica al
condensatore una tensione di 20 V, procedendo ad una misura dopo vari
minuti si trova più o meno una tensione prossima a 18 o 17 V; dopo
un'ora, tale tensione sarà scesa a circa 13 V. In teoria, nel caso di
un condensatore ideale, la tensione dovrebbe mantenersi indefinitamente
al valore applicato durante la carica; nel condensatore reale,
tuttavia, la resistenza fra i due elettrodi non è infinita, per cui
esiste sempre una corrente di fuga o di dispersione che lentamente
determina la scarica del condensatore: maggiore è questa corrente, più
velocemente il condensatore si scarica. In ogni caso, se notiamo che il
condensatore in prova si scarica dopo pochi secondi, o addirittura non
trattiene alcuna carica, possiamo tranquillamente gettarlo senza alcun
rimpianto.

CONDENSATORI IN PARALLELO ED IN SERIE






figura 7 - condensatori in parallelo

Se occorre una capacità più alta di quella che ci può offrire un solo
condensatore, è possibile usare più condensatori collegati uno di
fianco all'altro, e cioè in parallelo; in questo modo la capacità
totale equivale alla somma delle singole capacità.
Come
si vede in figura 7, affiancando due condensatori da 1µF si ottiene un
capacità complessiva di 2µF; aggiungendone un altro da 0,47µF, la
capacità totale arriva a 2,47µF.

Maggiormente complicato è invece calcolare la capacità di più
condensatori in serie; nel caso più semplice, quando cioè si collegano
in serie due condensatori uguali, la capacità risultante è uguale alla
metà di quella di ciascun condensatore (figura Cool.
Quando i condensatori in serie hanno valori diversi, la capacità
risultante (che è sempre più piccola della più bassa fre le capacità
dei vari condensatori collegati) si calcola come l'inverso della somma
degli inversi delle singole capacità.



figura 8 - condensatori in serie


Facciamo un esempio pratico: abbiamo tre condensatori con capacità di 100pF, 220pF e 470pF;
- l'inverso di 100 è 1:100 = 0,01
- l'inverso di 220 è 1:220 = 0,00455
- l'inverso di 470 è 1:470 = 0,00213
- la somma degli inversi è 0,01+0,0045+0,00213 = 0,01667
- il risultato finale è l'inverso di tale somma, ovvero 1:0,01667 = 59,9768
Si vede quindi che collegando in serie tre condensatori da 100, 220 e
470 pF si ottiene un valore risultante di 59 pF, che è più piccolo del
più piccolo fra i tre condensatori collegati (che era 100 pF).


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