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I Condensatori

Teoria: Condensatori, di che cosa si tratta

Condensatore non polarizzato Condensatore Polarizzato Condensatore Variabile
Simbolo circuitale di un Condensatore non polarizzato, ad esempio Poliestere Metallizzato. Simbolo circuitale di un Condensatore Polarizzato (es. Elettrolitico o al Tantalio) Simbolo circuitale di un Condensatore Variabile

Sono componenti passivi capaci di immagazzinare cariche elettrostatiche.
Questa loro caratteristica è quantificata dalla loro capacità che è il parametro caratteristico di ogni condensatore.
Sono costituiti da due elettrodi collegati ad altrettante armature, piastre conduttrici, separate fra loro da un isolante detto dielettrico e vengono raggruppati per famiglie proprio in base al tipo di dielettrico utilizzato (teflon, polypropylene, polistirene, policarbonato, poliestere, mica, ceramici).
Per incrementare la capacità dei condensatori si dovrà ridurre lo spessore del dielettrico che separa le armature, ma solo alcuni materiali lo consentono senza rischi di perforazione, in virtù della loro rigidità dielettrica (che è una costante relativa ad ogni materiale impiegato come dielettrico che quantifica la capacità del materiale di resistere a forti campi elettrici senza perforarsi ed è espressa in KiloVolt/Centimetro).
Quindi per rigidità dielettrica si intende il rapporto fra tensione di rottura del dielettrico e spessore dello stesso.
I condensatori insieme ai resistori sono i componenti più usati nell’elettronica ed hanno subito nel tempo una evoluzione pressoché costante che li ha portati ad essere componenti altamente specializzati, nel senso che ne esistono tipi studiati espressamente per tutti gli impieghi.

Condensatori vari Condensatori Vari

Condensatori fissi e variabili

La stragrande maggioranza dei condensatori utilizzati nei circuiti elettronici hanno una capacità fissa, altri condensatori utilizzati nei circuiti di accordo a radiofrequenza sono a capacità variabile.
La variazione di capacità viene ottenuta variando la geometria delle armature del condensatore con un mezzo meccanico.
Un classico esempio sono i condensatori variabili delle radio, ora rimpiazzati da altri componenti meno costosi e meno fragili meccanicamente come i diodi varicap.
In genere il dielettrico dei condensatori variabili è costituito da aria o mica.

Condensatori Vari

Sopra una immagine di vari condensatori di recupero quasi tutti elettrolitici ad eccezione di quello bianco (poliestere) e di quello giallo che non è un condensatore ma un fusibile autoripristinante (ci sono diversi componenti che assomigliano ai condensatori).
Questo per dare un'idea di massima della varietà e dei possibili errori di valutazione nel riconoscere questi componenti.

Dielettrico Condensatore

Comportamento del dielettrico di un condensatore: in assenza di campo elettrico la polarizzazione delle molecole è casuale, applicando un campo elettrico le stesse si orientano.

Tabella della rigidità dielettrica di alcuni materiali comuni

Materiale

Rigidità dielettrica Kv/cm

Materiale

Rigidità dielettrica Kv/cm

Materiale

Rigidità dielettrica Kv/cm

Aria ad altezza mare (760mm Hg)

30

Resine epossidiche

120-160

Acqua distillata

50-100

Resine fenoliche

80-160

Bakelite

100-300

Siliconi Termoplastici

80-160

Carta

50-100

Gomme al Silicone

120-280

Carta impregnata di olio

350-400

Gomma

160-500

Mica

400-1800

Micanite

200-300

Titanato di Bario

50

Vetro

250-1000

Polistirene

200-280

Porcellana

120-300

Polietilene

500

Teflon

160

Carta Paraffinata

400-500

Olio minerale

75-160

Titanati di Ba-Sr

50

Polietilene

200-300

Nylon

200-350

Olio per trasformatori

120-170

Teoria: Definizioni di alcuni parametri dei condensatori

Parallelo di condensatori

Combinazioni di condensatori:
- Condensatori in parallelo: la capacità equivalente è la somma delle capacità dei singoli condensatori, si usa per ottenere grandi valori di capacità o per avere caratteristiche particolari impiegando condensatori di tipologie diverse, per esempio per migliorare la velocità del condensatore equivalente.
Con riferimento ai condensatori elettrolitici occorre tenere conto di quanto segue:

Cequ=C1+C2+.......Cn

Serie di condensatori

- Condensatori in serie: Si usa principalmente per aumentare la tensione massima applicabile alla capacità equivalente.
Per esempio mettendo in serie due condensatori di uguale capacità da 100Volt di tensione massima il risultante avrà come tensione massima 200Volt. Come si intuisce dalla formula la capacità totale è più piccola del più piccolo condensatore impiegato. Nel caso dell’esempio precedente la capacità sarà la metà di quella di un singolo condensatore.

Condensatori in serie: formula di calcolo della capacità
Circuito equivalente del condensatore

Considerazioni sui componenti reali: il condensatore, come tutti i componenti, nella realtà si comporta in modo leggermente diverso dal componente ideale.

Di lato è riportato lo schema equivalente di un condensatore reale.

  • Rs rappresenta la resistenza delle armature e dei terminali che ha un valore il più basso possibile ma comunque non 0.

  • Ls rappresenta l’induttanza delle armature che per quanto bassa è presente e fa sentire la sua influenza alle alte frequenze.

  • Rl è la resistenza che giustifica la seppur debole corrente che transita attraverso il dielettrico che causa la scarica del condensatore e da origine alla “Capacitor leakage current” (come viene indicata nei manuali in inglese; in italiano “Corrente di Fuga”).

Teoria: Energia immagazzinata da un condensatore

E' funzione della sua capacità e della tensione a cui viene caricato.
Si misura in Joule ed è J=1/2(CVV) dove C è la capacità in Farad e V è la tensione in Volt.
Un condensatore tipico da livellamento in un amplificatore BF a mosfet da 10.000uF carico a 40V ha un'energia di J=1/2x0,01x40x40=8 Joule.
Un condensatore di livellamento in un amplificatore a valvole carico a 350V ed avente una capacità di 100uF ha una energia pari a J=0,5x0,0001x350x350=6,125 Joule.

Codici riportati sui condensatori

Condensatori a film:
KC = Film/foglio di Policarbonato
KP = Film/foglio di Polipropilene
KS = Film/foglio di Polistirene
KT = Film/foglio di Poliestere

Se una M precede il codice il conduttore è un film/foglio metallizzato con metallo evaporato sottovuoto ed il condensatore è molto stabile, la sua assenza indica un foglio metallico d'interconnessione ed il componente è destinato alle alte correnti.

MKL (o MKU), acetato di cellulosa
MKT polietilene teraftalato (mylar)
MKC policarbonato
MKP polipropilene
MKY polipropilene autocicatrizzante e sono tutti metallizzati.


La Siemens ha ampliato le sue sigle, indicando anche il tipo di costruzione, non solo il materiale:
MP: carta metallizzata
MKV: film plastico metallizzato, basse perdite
MKK: film plastico metallizzato, compatto
MPK: carta e film plastico metallizzati
FK: Foglio metallico e film plastico (con o senza carta).

Tabella comparativa di massima per la scelta dei condensatori più adatti

Tipo

Elettrolitico Alluminio

Tantalio Umido

Tantalio Solido

Policarbonato Film Metallizzato

Policarbonato Film

Capacità massima in µF

1000000

1500

1500

100

0,01

Tensione di lavoro (Vcc)

500

125

100

1000

400

Temperatura di lavoro

-40 +85 /105 /150

-40+125

-40+125

-55+125

-55+125

Volume a parità di C x V

molto piccolo

molto piccolo

molto piccolo

piccolo

piccolo

Stabilità

bassa

eccellente

eccellente

media

media

Durata

buona

eccellente

eccellente

molto buona

molto buona

Coefficiente Temperatura ppm/°C

 

 

 

-50

+100

Impiego

Circuiti accopp. e filtraggio e livellamento ripple

Circuiti accopp.

Circuiti accopp. e filtraggio

Circuiti accopp. e filtraggio

Condens. di potenza per c.a.

Tipo

Polistirolo Metallizzato

Poliestere Film Metallizzato

Poliestere Film

Mica

Ceramica

Capacità massima in µF

10

10

0,01

0,01

1

Tensione di lavoro (Vcc)

1000

1500

400

800

10000

Temperatura di lavoro

-55+125

-55+125

-55+125

+125

+125

Volume a parità di C x V

grande

piccolo

piccolo

piccolo

piccolo

Stabilità

eccellente

media

media

eccellente

media

Durata

molto buona

molto buona

molto buona

eccellente

eccellente

Coefficiente Temperatura ppm/°C

-150

400

 

+75

 

Impiego

Circuiti Risonanti

Circuiti accopp. e filtraggio

Circuiti accopp. e filtraggio

Circuiti Risonanti

Circuiti Risonanti Circuiti accopp. e filtraggio

Come si determina la capacità di un condensatore

L'unico modo valido che ci permette di sapere il vero valore della capacità è misurarla (quindi anche al netto della tolleranza).
In commercio esistono dei tester che hanno anche la funzione di misura della capacità.
Lo strumento specifico di misura della capacità è il capacimetro.

I condensatori nello Specifico: la trattazione tipo per tipo

Condensatori elettrolitici

- Condensatori Elettrolitici in Alluminio

Condensatore elettrolitico doppio visto da sotto
Condensatore elettrolitico al tantalio

- Condensatori Elettrolitici in Tantalio

Condensatore a Film Metallico

- Condensatori con Dielettrico Plastico

Condensatore a Film Metallico
Condensatore Ceramico

- Condensatori Ceramici

Condensatore Ceramico
Condensatore Carta e olio Condensatore Carta e olio

- Condensatori a Carta e Carta Metallizzata

Condensatore in carta e olio con involucro in vetro
Condensatore ad aria

- Condensatore a Mica

 
Condensatore ad aria
Condensatore ad aria

- Condensatori ad aria

Condensatore ad aria

Precauzioni nell'impiego dei condensatori

I condensatori non a caso hanno una tensione massima e, se elettrolitici una polarità.
Cosa succede in caso di errore?
Se superiamo la tensione massima si innesca una scarica attraverso il dielettrico, visto che il condensatore è carico passa, una volta perforato il dielettrico una corrente molto alta, le armature e il dielettrico evaporano e generano all'interno del condensatore del gas ad alta pressione.
Se il gas non trova facile sfogo il condensatore letteralmente esplode.
Nei condensatori elettrolitici di medie-grandi dimensioni sulla parte superiore sono presenti delle incisioni sull'alluminio del contenitore per facilitarne la rottura ed evitare l'espulsione di schegge, su alcuni vi è una valvola di massima pressione (una specie di tappo di plastica) che si apre.
Quando il condensatore esplode di norma fuoriesce del fumo con un odore molto acre e quasi sempre in quelli elettrolitici le armature interne.
In ogni caso è meglio sempre prestare attenzione e in fase di collaudo indossare gli occhiali protettivi.
Comunque ad ogni amante dell'elettronica nella sua vita è successo di far esplodere qualche condensatore.
A parte lo spavento il più delle volte non ci sono grossi danni.

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