Il
condensatore è un dispositivo in grado di immagazzinare energia elettrica.
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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=CV
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.
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%.
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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 rischia di esplodere poiché si sviluppa idrogeno allinterno del
condensatore. Anche l'applicazione di una tensione superiore a quella di lavoro
può causare l'esplosione del condensatore. Gli elettrolitici possono essere di
tipo radiale, con entrambi i terminali che escono dallo stesso lato, adatti ad
un montaggio in verticale, oppure di tipo assiale, 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).
Sono anch'essi dei condensatori polarizzati, ma in essi il
dielettrico è costituito da pentossido di tantalio. 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.
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Esistono
tanti tipi di condensatori, realizzati con tecnologie e dielettrici diversi. In
figura 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 frequenze
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.
Condensatori in serie e parallelo
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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, 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. Per più condensatori in serie la capacità risultante
(che è sempre più piccola della più bassa fra le capacità dei vari condensatori
collegati) si calcola come l'inverso della somma degli inversi delle singole
capacità.
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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).
I parametri
- la capacità, espressa in sottomultipli
del Farad (ad esempio 47µF)
- la tensione di lavoro espressa in Volt (ad esempio 25V)
I VALORI DELLA SERIE E6
Questi sono i
valori standard dei più diffusi condensatori che si trovano in commercio. É
detta "serie E6" perché parte da 6 valori base (da 1 a 6,8).
Sottintendiamo la lettera "F"
(unità di misura Farad), quindi 22p significa 22pF, 68µ significa 68µF, ecc...
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1p |
10p |
100p |
1n |
10n |
100n |
1µ |
10µ |
100µ |
1m |
10m |
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1,5p |
15p |
150p |
1,5n |
15n |
150n |
1,5µ |
15µ |
150µ |
1,5m |
15m |
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2,2p |
22p |
220p |
2,2n |
22n |
220n |
2,2µ |
22µ |
220µ |
2,2m |
22m |
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3,3p |
33p |
330p |
3,3n |
33n |
330n |
3,3µ |
33µ |
330µ |
3,3m |
33m |
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4,7p |
47p |
470p |
4,7n |
47n |
470n |
4,7µ |
47µ |
470µ |
4,7m |
47m |
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6,8p |
68p |
680p |
6,8n |
68n |
680n |
6,8µ |
68µ |
680µ |
6,8m |
68m |
Codice alfanumerico:
Si utilizza la lettera
dell'unità di misura, al posto della virgola, quindi:
> 4p7 significa
4,7pF
> n47 significa 0,47nF = 470pF
> 4n7 significa 4,7nF (indicato anche µ0047 cioè 0,0047µF)
> 47n significa 47nF (indicato anche µ047 cioè 0,047µF)
> 470n significa 470nF (indicato anche µ47 cioè 0,47µF)
> 47p significa 47pF, ma si può indicare anche soltanto "47", in
quanto si sottintende "pF" se non indicato.
Codice numerico a tre
cifre:
Sul corpo sono
stampate 3 cifre, di cui le prime due corrispondono alle prime due cifre del
valore di capacità, e la terza al numero di zeri da aggiungere. Il valore è
espresso in pF, quindi:
> 472 significa
4.700pF = 4,7nF (infatti: Prima cifra = 4 - Seconda cifra = 7 - Numero di zeri
da aggiungere = 2)
> 471 significa 470pF
> 470 significa 47pF (indicato anche come "47", sottintendendo lo
zero)
> 4.7 significa 4,7pF (il puntino si utilizza solo per capacità inferiori ai
10pF)
> 473 significa 47.000pF = 47nF
> 474 significa 470.000pF = 470nF
> 104 significa 100.000pF = 100nF
> 105 significa 1.000.000pF = 1µF
Codice con puntino
iniziale (solo per capacità dell'ordine del nF)
Se sul corpo del
condensatore c'è un numero preceduto da un puntino, significa che il valore è
espresso in µF, e il puntino corrisponde alla virgola preceduta dallo zero.
Quindi:
> .0047
significa 0,0047µF = 4,7nF
> .047 significa 0,047µF = 47nF
> .47 significa 0,47µF = 470nF
Codice dei colori
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Codice dei colori a 5 fasce Questo è il codice per i condensatori che hanno 5 fasce
colorate stampate sul corpo.
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Prendiamo, ad esempio,
un condensatore con i seguenti colori (dall'alto al basso):
giallo
- viola - arancio - bianco - rosso
> La prima fascia,
gialla, indica la prima cifra: il 4
> La seconda fascia, viola, indica la seconda cifra: il 7
> La terza fascia, l'arancio, indica che è necessario moltiplicare per
1.000, ossia aggiungere tre zeri: 000
Ricapitolando: Prima
fascia = 4, seconda fascia = 7, terza fascia = 000
Il condensatore è da 47.000pF (corrispondente a 47nF).
La quarta fascia
(bianco) indica una tolleranza del 10%
La quinta fascia
(rosso) indica una tensione di lavoro di 250V
Condensatori
elettrolitici
I
condensatori elettrolitici hanno una capacità compresa solitamente tra 0,1µF e
10mF.
I
valori di capacità e di tensione sono stampati chiaramente sul loro corpo, su
cui è contrassegnata anche la polarità (solitamente si preferisce evidenziare
il terminale negativo (-).
Condensatori
al tantalio
I
condensatori al tantalio hanno capacità comprese solitamente tra 0,1µF e 100µF.
Sono più costosi degli elettrolitici, e si utilizzano generalmente in
applicazioni particolari. Alcuni modelli hanno i valori di capacità e tensione
indicati chiaramente nel corpo, dove è indicata anche la polarità.
Altri
modelli utilizzano il codice a colori riportato di seguito.
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CODICE CONDENSATORI AL TANTALIO Questo è il codice colori per i condensatori al tantalio. Si legge dall'alto al basso Il valore rilevato è espresso in µF
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Il
terminale positivo si riconosce perché è quello a destra, guardando il
condensatore sulla facciata in cui c'è il puntino che indica il fattore nel
codice colori.
Condensatori di back-up
Sono
condensatori polarizzati ad altissima capacità (da 0,1F a 10F).
Utilizzati
come batteria tampone per mantenere l'alimentazione di memorie in caso di
black-out.
Dato
il loro impiego, sono prodotti per basse tensioni di lavoro (solitamente non
più di 6V).