Condensatori
Imparare l'elettronica attraverso la sperimentazione e la simulazione al computer.
a cura del prof. Mauro Arcangeli
Learn electronics through experimentation and computer simulation.
I Condensatori
Un condensatore è un componente elettronico passivo comunemente utilizzato in elettronica. La sua funzione principale è quella di immagazzinare e rilasciare energia elettrica sotto forma di carica elettrica. Un condensatore è costituito da due piastre conduttive, chiamate armature, separate da un materiale isolante chiamato dielettrico.
Caratteristiche principali dei condensatori:
Capacità (C): La capacità di un condensatore, misurata in Farad (F), indica la quantità di carica che può immagazzinare per unità di tensione. Maggiore è la capacità, maggiore è la quantità di carica che può essere immagazzinata.
Tensione nominale (V): Questo rappresenta la tensione massima che il condensatore può gestire senza danneggiarsi. Se la tensione supera questo valore, il condensatore potrebbe rompersi o perdere le sue caratteristiche.
Dielettrico: Il materiale isolante tra le armature è chiamato dielettrico. La scelta del dielettrico influenza le prestazioni del condensatore, inclusa la sua stabilità e la sua resistenza alle alte temperature.
Tipi di condensatori:
Elettrolitici: Contengono un elettrolita e sono polarizzati, il che significa che hanno un polo positivo e uno negativo. Sono spesso utilizzati per applicazioni di filtraggio in circuiti di alimentazione.
Ceramici: Hanno un dielettrico ceramico e sono comunemente utilizzati per applicazioni a bassa capacità e ad alta frequenza.
Poliestere e polipropilene: Utilizzati per applicazioni generali, hanno un'ampia gamma di capacità e sono non polarizzati.
Variabili: La loro capacità può essere regolata entro un range stabilito.
Applicazioni: I condensatori sono utilizzati in una varietà di applicazioni, come filtraggio di alimentazione, accoppiamento di segnali, temporizzazione, smorzamento di picchi di tensione, e molto altro.
Condensatori Elettrolitici - immagine tratta dal volume "Elettronica partendo da zero" Nuova Elettronica
Condensatori Ceramici - immagine tratta dal volume "Elettronica partendo da zero" Nuova Elettronica
Condensatori in Poliestere - immagine tratta dal volume "Elettronica partendo da zero" Nuova Elettronica
Condensatori variabili - utilizzati per i circuiti di sintonia in vecchi radioricevitori
Per il comportamento del condensatore in regime alternato, vedere apposita sezione riguardante la reattanza capacitiva.
Processo di carica e scarica del condensatore:
La carica di un condensatore è un processo che avviene quando il condensatore viene collegato a una sorgente di tensione in un circuito.
La scarica di un condensatore si riferisce al processo attraverso il quale la carica elettrica accumulata sulle sue armature viene rilasciata, provocando una diminuzione graduale della tensione attraverso il condensatore nel tempo. Questo processo avviene quando il condensatore, precedentemente caricato con una certa quantità di carica, viene collegato a un circuito attraverso un percorso di scarica, come una resistenza.
Il processo di carica di un condensatore può essere descritto attraverso l'equazione della carica di un condensatore, che è una funzione esponenziale del tempo. Anche il processo di scarica può essere descritto attraverso l'equazione della scarica di un condensatore, che è anch'essa una funzione esponenziale del tempo.
La costante di tempo:
La costante di tempo (R x C) in un circuito RC, (normalmente indicata con ) composto da una resistenza (R) e un condensatore (C), normalmente indicata con Ʈ (Tau), rappresenta il tempo caratteristico necessario affinché la tensione attraverso il condensatore raggiunga circa il 63.2% del suo valore massimo durante la carica o diminuisca a circa il 36.8% durante la scarica.
Matematicamente, la costante di tempo (R x C) è il prodotto della resistenza (R) e della capacità (C) del condensatore e si misura in secondi (s).
Più grande è la costante di tempo, più lento è il cambiamento di tensione attraverso il condensatore. In termini pratici, la costante di tempo determina il ritmo con cui un condensatore si carica o si scarica e può essere utilizzata per regolare la risposta temporale di vari circuiti, come circuiti di temporizzazione e filtri.
Di seguito il processo di carica e scarica del condensatore simulato ed analizzato con Micro-Cap, da notare il tempo di carica che avviene dopo 5 volte la costante di tempo, al 100% del valore della tensione applicata non arriverà mai, quindi dopo un tempo pari a 5 volte la costante di tempo, il condensatore lo possiamo considerare carico. Lo strumento Cursor mode , durante la simulazione in Micro-Cap, permette di effettuare misure sul grafico con buona precisione. I due cursori si azionano rispettivamente tramite il pulsante destro e sinistro del mouse.
Nella simulazione seguente, abbiamo un condensatore da 100nF (nanoFarad cioè 10*10^-9 Farad) ed un resistore di 10KOhm (10*10^3 Ohm)
Calcolando Ʈ =R x C si ricava un valore di 100*10^-6 secondi pari a 100us. Data la tensione del generatore pari a 10V, dalla simulazione possiamo vedere che la tensione sul condensatore raggiunge 6,3V dopo 100us (63% della carica totale).
