Da Condensatori e multivibratori
Argomento di questa lezione saranno i condensatori,
di cui analizzeremo un uso pratico realizzando un circuito particolare,
detto "multivibratore". Nelle precedenti lezioni abbiamo già
confrontato il comportamento delle resistenze con quello dei carichi
induttivi (gli avvolgimenti), concludendo che il comportamento di
questi ultimi è piuttosto particolare e richiede appostiti
accorgimenti. Allo stesso modo, i condensatori sono componenti
elettronici dalle caratteristiche un pò speciali: per esempio il loro
effetto si manifesta soltanto quando una tensione tende a variare;
conuna tensione continua, cioè di segno e valore costanti, la presenza del
condensatore passa completamente inosservata. Guardiamo la figura a
fianco: si tratta di un condensatore C collegato ad una sorgente di
alimentazione, attraverso una resistenza R. Se chiudiamo l'interruttore
I, nel circuito inizia a passare una corrente, che nei primi istanti
può essere anche molto elevata. Misuriamo la tensione ai capi del
condensatore: vedremo che essa, dapprima molto bassa, crescerà
lentamente fino a raggiungere quella dell'alimentatore. Cosa è successo
in pratica? Il condensatore può essere paragonato ad un recipiente
vuoto: all'inizio, pur passando in circuito una forte corrente, esso
risulta scarico (la tensione è quasi zero); man mano che si carica, la
tensione presente ai suoi capi sale, così come salirebbe l'acqua in un
recipiente, mentre la corrente in circuito diminuisce, fino a quando
esso risulta completamente pieno. A questo punto in circuito non passa
più alcuna corrente. Il tempo impiegato a caricarsi dipende da due
fattori: innanzitutto dalla capacità del condensatore, che non è altro
che la sua attitudine ad immagazzinare corrente (come la capacità di un
contenitore: più è grande, più materiale contiene); in secondo luogo,
dal valore della resistenza R: più grande è la resistenza, meno
corrente passa e quindi più tempo impiega il condensatore a caricarsi.Questo
tempo di carica è di fondamentale importanza, ed è molto sfruttato in
elettronica. Senza ricorrere ad astruse dimostrazioni teoriche,
osserveremo solo che il prodotto R per C costituisce quella che viene
definita "costante di tempo"; moltiplicando il valore in ohm della
resistenza per il valore in farad del condensatore si ottiene
esattamente un tempo in secondi.
La capacità infatti si misura in farad;
questa unità di misura risulta però troppo grande per gli usi
dell'elettronica (come se un modellista costruisse modellini misurando
i pezzi con una rotella metrica da 25 metri), ed allora si usano dei
sottomultipli, molto più piccoli, che sono il microfarad (si scrive
µF), ed il picofarad (si scrive pF). Ma adesso passiamo ad una
applicazione pratica; avremo occasione di conoscere meglio i
condensatori nelle prossime lezioni.
Il
circuito a fianco utilizza proprio la caratteristica dei condensatori
di caricarsi attraverso una resistenza, impiegando un tempo ben
determinato. Si tratta di un multivibratore,
ovvero di un circuito per sua natura instabile, dove due transistori
passano continuamente, alternandosi, dallo stato di conduzione allo
stato di interdizione (interdizione significa che il transistor non
conduce corrente, cioè equivale ad un interruttore aperto). Come vedete
il circuito è molto semplice, essendo formato solo da due transistori
(vanno bene due transistori qualsiasi NPN, tipo BC108 o equivalenti),
da quattro resistenze (i cui valori sono R1=680 ohm; R2=18 kilo-ohm;
R3=56 kilo-ohm; R4=470 kilo-ohm) e da due condensatori (C0, cioè C
zero, da 22 microfarad, e C1 da 1 microfarad). Il circuito pilota un normale diodo LED che funge quindi da lampeggiatore
Supponiamo che inizialmente sia in conduzione TR1: questo vuol dire che
il suo collettore è sceso a tensione zero; ma allora anche la base di
TR2, collegata al collettore di TR1 tramite il condensatore C0, è
necessariamente scesa a tensione zero. In effetti TR2 non conduce, ed
il LED risulta spento. Un pò alla volta, tuttavia, il condensatore C0
si carica con la corrente che fluisce attraverso la resistenza R2, e
così la tensione di base di TR2 comincia a salire: quando raggiunge un
valore sufficiente, il transistor passa in conduzione; a questo punto
il LED si accende, la tensione di collettore va a zero e, tramite il
condensatore C1, porta a zero anche la tensione di base di TR1, che
passa in interdizione, cioè non conduce più. Ma anche questa condizione
è solo momentanea, perchè il condensatore C1 inizia a caricarsi
attraverso la R4; quando la tensione di base diventa abbastanza alta,
il transistor passa in conduzione e torna a bloccare il transistor TR2
(e quindi a spegnere il LED). Il ciclo si ripete all'infinito, e per
tale motivo il circuito viene definito multivibratore.E'
possibile intervenire a piacere sui tempi di conduzione dei due
transistori; un modo è quello di usare condensatori di valore diverso.
Ho chiamato C0 (C zero) il condensatore da 22 microfarad, perchè è
quello che determina il tempo in cui il LED è spento: se volete che
stia spento più a lungo, usate un condensatore di maggiore capacità,
per esempio di 33 o 47 microfarad; in caso contrario, usatene uno di
minore capacità (10 o 4,7 microfarad). C1 determina il tempo in cui il
LED è acceso: con valori più alti, il LED sta acceso più a lungo, e
viceversa.
Questo circuito è fatto per funzionare a 12 volt,
quindi può essere adatto come lampeggiatore in auto, per esempio per
simulare un antifurto; è comunque possibile farlo funzionare anche a
tensioni diverse (addirittura con una pila da soli 1,5 volt), cambiando
opportunamente i valori delle resistenze. Buon divertimento.
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