Condensatori

I condensatori sono dei componenti elettronici che immagazzinano l’energia elettrica in un campo elettrostatico.

Un condensatore è formato da due piastre conduttrici separate da un isolante (dielettrico). La carica elettrica è immagazzinata sulla superficie delle lastre. Una piastra del condensatore è collegato al polo positivo e l’altra al polo negativo.

Condensatori

Utilizzo nei circuiti del condensatore

Nei circuiti elettronici il condensatore è sfruttato moltissimo per la sua peculiarità di lasciar passare le correnti variabili nel tempo, ma di bloccare quelle costanti: tramite un condensatore si può fare in modo di unire o separare a volontà i segnali elettrici e le tensioni di polarizzazione dei circuiti, usando i condensatori come bypass o come disaccoppiamento. Un caso particolare di condensatore di bypass è il condensatore di livellamento, usato nei piccoli alimentatori.

Tipi di condensatori

Esistono molti tipi di condensatori.

Condensatori a dielettrico solido

  • Ad aria: sono altamente resistenti agli archi poiché l’aria ionizzata viene presto rimpiazzata, non consentono però capacità elevate. I condensatori variabili più grandi sono di questo tipo, ideale nei circuiti risonanti delle antenne.
  • Ceramico: a seconda del materiale ceramico usato si ha un diversa relazione temperatura-capacità e perdite dielettriche. Bassa induttanza parassita per via delle ridotte dimensioni.
  • C0G o NP0: capacità comprese tra 4.7 pF e 0.047 µF, 5%. Basse perdite, alta tolleranza e stabilità in temperatura. Usati in filtri e compensazioni di quarzi. Più grossi e costosi di altri.
  • X7R: capacità 3300 pF-0.33 µF, 10%. Adatto per applicazioni non critiche come accoppiamento AC. Soggetto ad effetto microfono.
  • Z5U: Capacità 0.01 µF – 2.2 µF, 20%. Adatti per by-pass e accoppiamento AC. Basso prezzo e ingombro. Soggetto all’effetto microfono.
  • a chip ceramico: Accuratezza dell’1% e capacità fino a 1 μF, realizzati tipicamente in titanato di piombo-zirconio, una ceramicapiezoelettrica.
  • Vetro: condensatori altamente stabili ed affidabili.
  • Carta – molto comuni in vecchi apparati radio, sono costituiti da fogli di alluminio avvolti con carta e sigillato con cera. Capacità fino ad alcuni μF e tensione massima di centinaia di volt. Versioni con carta impregnata di olio possono avere tensioni fino a 5000 volt e sono usati per l’avviamento di motori elettrici, rifasamento e applicazioni elettrotecniche.
  • Poliestere, Mylar: usati per gestione di segnale, circuiti integratori e in sostituzione ai condensatori a carta e olio per i motori monofase. Sono economici ma hanno poca stabilità in temperatura.
  • Polistirene: capacità nella gamma dei picofarad, sono particolarmente stabili e destinati al trattamento di segnali.
  • Polipropilene: condensatori per segnali, a bassa perdita e resistenza alle sovratensioni.
  • Politetrafluoroetilene: condensatori ad alte prestazioni, superiori agli altri condensatori plastici alle alte temperature, ma costosi.
  • Mica argentata: ideali per applicazioni radio in HF e VHF (gamma inferiore), stabili e veloci, ma costosi.
  • a circuito stampato: due aree conduttive sovrapposte su differenti strati di un circuito stampato costituiscono un condensatore molto stabile.

Condensatori elettrolitici

  • ad alluminio: il dielettrico è costituito da uno strato di ossido di alluminio. Sono disponibili con capacità da meno di 1 μF a 1.000.000 μF con tensioni di lavoro da pochi volt a centinaia di volt. Sono compatti ma con elevate perdite. Contengono una soluzione corrosiva e possono esplodere se alimentati con polarità invertita. Nel lungo periodo di tempo, tendono a seccarsi andando fuori uso e costituiscono una delle più frequenti cause di guasto in diversi tipi di apparati elettronici. Ad esempio, tanti iMac G5 prodotti tra il 2005 e il 2006 utilizzavano condensatori di questo tipo, che si guastavano a causa del calore generato dal processore.
  • al tantalio: rispetto ai condensatori ad alluminio hanno una capacità più stabile e accurata, minori corrente di perdita e bassa impedenza alle basse frequenze. A differenza dei primi però, i condensatori al tantalio non tollerano i picchi di sovratensione e possono danneggiarsi, a volte esplodendo violentemente, cosa che avviene anche qualora vengano alimentati con polarità invertita o superiore al limite dichiarato. La capacità arriva a circa 100 μF con basse tensioni di lavoro. Le armature del condensatore al tantalio sono differenti: Il catodo è costituito da grani di tantalio sinterizzati ed il dielettrico è formato da ossido di titanio. L’anodo è invece realizzato da uno strato semi-conduttivo, depositato chimicamente, di biossido di manganese. In una versione migliorata l’ossido di manganese è rimpiazzato da uno strato di polimero conduttivo (polipirrolo) che elimina la tendenza alla combustione in caso di guasto.
  • Supercondensatori o elettrolitici a doppio strato: sono condensatori con capacità estremamente elevate, che possono arrivare a decine di farad, ma a bassa tensione. L’alta capacità è dovuta alla grande superficie dovuta a “batuffoli” di carbone attivo immerso in un elettrolita, e con la tensione di ogni “batuffolo” tenuta al di sotto di un volt. La corrente scorre attraverso il carbone granulare. Questi condensatori sono in genere usati al posto delle batterie tampone per le memorie di apparecchi elettronici.
  • Ultracondensatori o ad aerogel: simili ai supercondensatori ma basati su un aerogel di carbonio che costituisce un elettrodo di immensa superficie, hanno valori di capacità fino a centinaia di farad.

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