Da 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).
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%.
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.
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
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).
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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%.
|
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.
|
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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