In questa guida spieghiamo quali sono le caratteristiche del condensatore e vediamo quali risultano essere i prezzi dei vari prodotti.
Come Funziona il Condensatore
Il condensatore è un dispositivo tecnologico fisicamente definito, abilitato a immagazzinare un determinato quantitativo di cariche elettriche.
Le cariche elettriche si definiscono elettrostatiche o POTENZIALE perchè rimangono tra le strutture interne (ARMATURE) del condensatore nel tempo e cioè fino a quando non vengono prelevata.
Quando la carica elettrica non rimane nel tempo, significa che le strutture interne (ARMATURE) sono in perdita o addirittura in corto a causa del tipo di isolante deteriorato o dello spessore modificato.
La carica elettrica immagazzinata da un condensatore è determinata dalla sua struttura interna.
Il condensatore è quindi un CAPACITORE ELETTRICO e il suo potenziale può fornire TENSIONE e CORRENTE. Il condensatore di solito ha un involucro esterno molto robusto (Come le Pile,Batterie,ecc) e di materiale isolante, il tutto a prova di tenuta, atto cioè a contenere (Resistere) la CAPACITA’ del POTENZIALE ELETTRICO che si va a creare tra le ARMATURE poste nel suo interno.
Nell’interno di ogni condensatore vi sono sempre due componenti METALLICHE (Armature) isolate tra di loro da materiali coibenti (ISOLANTI) che costituiscono il DIELETTRICO del condensatore capace di garantire un assoluto isolamento rapportato alla tensione che lo stesso deve immagazzinare.
Le DUE componenti metalliche interfacciate tra loro in modo uniforme (Armature, Piastre metalliche, Fettuccie metalliche, Fasce di carta stagnola conducente, ecc) si esprimono in lunghezza, larghezza ed equidistanza.
La Lunghezza e la Larghezza dei due componenti metallici determinano la SUPERFICIE complessiva delle armature mentre l’equidistanza uniforme delle piastre o armature determina lo spessore e cioè l’ISOLAMENTO.
Le grandezze fisiche delle due armature di un condensatore e lo spessore dell’isolamento vengono ricavati da apposite formule per stabilire la tensione massima di lavoro e la CAPACITA’.
Su ogni condensatore normalmente, vengono scritte le caratteristiche tecniche, anche se non sempre chiare o leggibili.
I CONDENSATORI, IN GENERALE, HANNO DUE SOLI TERMINALI. Se ad un condensatore viene applicata una tensione diversa da quella prevista (TENSIONE CONTINUA VOLT.DC. = + oppure TENSIONE ALTERNATA ) o maggiore di quella indicata, questo si riscalderebbe immediatamente fino a scoppiare con grave pericolo sia per l’operatore che per chi si trova nelle vicinanze.
Due piastre metalliche di superficie grande o piccola, interfacciate uniformemente tra loro ed isolate ad aria, non a contatto di altri corpi metallici, costituiscono un primordiale condensatore di indeterminata capacità. Tale condensatore “primordiale” se costituito da grandi superfici, oltre a potersi caricare attraverso apposito potenziale elettrico esterno, potrebbe anche caricarsi autonomamente attraverso l’assorbimento di masse elettriche statiche contenute casualmente nell’aria. Pertanto potrebbe essere anche pericoloso.
Ecco perchè tutte le superfici metalliche, ringhiere metalliche, pali metallici, coperture e ripari metallici, ecc, vanno messi (Collegati) sempre a TERRA (MASSA).
I condensatori, in generale, si dividono in DUE GRANDI FAMIGLIE: – CONDENSATORI PER CORRENTI CONTINUE (VOLT.DC.); – CONDENSATORI PER CORRENTI ALTERNATE (VOLT.AC.).
Ecco a Voi le forme più comuni de condensatori esistenti in commercio.
-CONDENSATORI A CAPACITA’ VARIABILE ISOLATI AD ARIA.
-CONDENSATORI ISOLATI IN POLIESTERE(PLASTICA).Hanno forme geometriche molto diverse.
-CONDENSATORI ISOLATI IN CERAMICA. Questi condensatori possono essere a bassa tensione e anche ad altissima tensione.
Esistono anche i condensatori COMPENSATORI. Sono in grado di compensare altre capacità esistenti oppure usati in altri settori dell’elettronica come per esempio oscillatori o apparecchi di misurazione.
-CONDENSATORI ELETTROLICI. I condensatori elettrolitici sono isolati da un Gel particolare e si distinguono da tutti gli altri perchè sono POLARIZZATI nel senso che i loro DUE terminali sono IRREVERSIBILI e cioè uno avrà una polarità esclusivamente POSITIVA + e l’altro avrà una polarità esclusivamente NEGATIVA -. Solitamente il terminale più lungo rappresenta il Polo Positivo. Molto usati nell’elettronica in generale.
A studiare a fondo la capacità e cioè la potenzialità dei condensatori oltre che porre le prime formule matematiche per la costruzione di un condensatore fu M. FARADAY.
Egli, oltre a stabilire che la carica di un COULOMB assume il potenziale di un Volt, costruì una scala di valori per la misurazione della capacità di un condensatore e cioè l’unità di misura. Poi, col tempo, altri scienziati chiamarono questa unità di misura FARAD.
Per fare però un condensatore da Un FARAD, non basterebbe un piazza o un palazzo. Proprio per questo motivo furono adottati i seguenti sottomultipli
-PICOFARAD = 1 (Si scrive pF)
-NANOFARAD = 1.000 pF (Si scrive nF)
-MICROFARAD = 1.000.000 di pF (Si scrive mF).
1 pF cosa vuol dire domanderete Voi. Ebbene 1 significa che un pF è Millemiliardi più piccolo del FARAD.
Formule
La quantità di cariche elettriche immagazzinate da un condensatore è direttamente proporzionale allla DIFFERENZA DI POTENZIALE (DDP) applicata sulle ARMATURE (Piastre metalliche) del condensatore attraverso i suoi DUE terminali.
La quantità di cariche Q (COULOMB) e la Differenza di Potenziale espressa in V (VOLT) si concreta in: Q = K x V
Dal risultato che si ha in K x V si ha la grandezza numerica a cui viene dato il nome CAPACITA’.
Infatti: C = G : V
La capacità pertanto è il rapporto tra la quantità di cariche elettriche immagazzinate (Q) e la differenza di potenziale (V) occorsa per la stessa carica del condensatore.
Visto che però Q va espresso in Coulomb e in V (Volt), verrebbe fuori una capacità immensa. Ecco quindi la necessità per gli usi elettrici ed elettronici di fare uso esclusivamente dei sottomulptipli del FARAD già indicati.
Nella costruzione di un condensatore, come già accennato in precedenza,hanno valenza i seguenti componenti
-Tipo del Dielettrico (Isolante)
-Distanza delle armature
-Superficie delle armature.
Ricordate sempre che il tipo di dielettrico e la distanza delle armature determinano i VOLT massimi di lavoro di un condensatore. Più le armature si distanziano, più VOLT possono essere applicati; Le armature, o piastre lamellari, o più precisamente la SUPERFICIE complessiva sarà grande, tanto più elevata sarà la sua CAPACITA’.
Codice di lettura
Ogni condensatore riporta scritta la propria capacità, la propria tensione di lavoro, la tolleranza se indicata nonchè se è destinato per la corrente continua (DCV) o per quella alternata (ACV). Come già scritto,le caratteristiche di cui sopra. Sono molto spesso indecifrabili. Per questo motivo esistono i seguenti codici di lettura:
-Codice Americano.
Tra 1 e 8,2 pF al posto della virgola compare un punto.
Tra10 pF e 820 pF viene si scritto il valore ma non è seguito dalla sigla pF.
Tra !.000 pF 820.000 pF, non viene utilizzata l’unità di misura pF ma quella nF (Microfarad).
Pertanto se vedrete .0013 – .2 – .03 – .82 , dovrete leggere: 0,0013 microfarad – 0,02 microfarad – 0,2 microfarad – 0,03 microfarad – 0,82 microfarad.
-Codice Europeo
Tra 1 pF e 8,2pF, la virgola viene sostituita con la lettera p.
Tra 10 pF e 82 pF non si riporta la sigla pF.
Tra 100 pF e 820 pF, viene utilizzata l’unità di misura nF (Nanofarad) ponendo avanti al valore scritto la sigla n.
Tra 1.000 pF e 8.200 pF, la lettera n posta dopo il numero indica una virgola.
Tra 10.000 pF e 820.000 pf, la lettera n viene messa sempre dopo il numero e sta ad indicare che la misura è espressa in nanofarad.
-Codice Tedesco
In Germania le fabbriche di condensatori preferiscono applicare per le capacità tra 1.000 pF e 8.200 pF, l’unità di misura microfarad ponendo davanti al numero la lettera U o la lettera M in modo minuscolo. Pertanto, se sul condensatore appaiono, per esempio, le scritte u0012 – u01 o u1 oppure u 82 dovrete leggere rispettivamente: 0,0012 microfarad – 0,01 microfarad – 0,1 microfarad – 0,82 microfarad.
-Codice Asiatico
Tra 1 pF e 82 pF non viene riportata la sigla pF.
Tra 100 pF e 820 pF ,l’ultimo zero viene sostituito con il numero 1 che sta a significare che al numero indicato bisogna aggiungere uno zero.
Tra 1.000 pF e 8.200 pF, gli ultimi due zeri non vengono riportati ma viene riportato il numero 2 che sta a significare al numero indicato bisogna aggiungere due zeri.
Tra 10.000 e 82.000 pF, non vengono riportati gli ultimi tre zeri ma vie riportato il numero 3. Ciò sta a significare che al numero indicato bisogna aggiungere 3 zeri. Se compare il n.4, significa che bisogna aggiungere 4 zeri al numero indicato.questo avviene fra 100.000 pF e 820.00 pF.
Tolleranze e tensioni di lavoro
Su questo argomento sembra non esserci confusione. In tutti i condensatori possono comparire le seguenti lettere: M – K – J . Queste tre lettere stanno ad indicare la TOLLERANZA che è la seguente
M = Tolleranza inferiore al 20%
K = Tolleranza al 10%
J = Tolleranza al 5%.
Dopo una di queste tre lettere, compaiono due o più numeri che indicano la TENSIONE DI LAVORO. Se, per esempio, leggete 100, significa che la tensione di lavoro è 100 VOLT DC. Se invece leggete 450 V.AC. significa che la sua tensione di lavoro massima è di 450 VOLT CORRENTE ALTERNATA. Se, infine, leggete 3,5K, significa che la tensione massima di lavoro è di 3.500 Volt.
Alcuni condensatori non riportano nessuna scritta o valore numerico ma sono colorati in modo strano con delle fascie di vario colore. Per questi condensatori esiste un Codice. Ad ogni colore, secondo il posizionamento, corrisponde un valore numerico. I colori vanno letti dal basso verso l’alto.
La prima fascia di colore esprime il primo numero.
La seconda fascia di colore esprime il secondo numero.
La terza fascia è il moltiplicatore e cioè indica quanti zeri bisogna aggiungere.
La quarta fascia indica la tolleranza in percentuale.
La quinta fascia, se esiste, indica la tensione di lavoro.
Una fascia di altezza doppia, indica due numeri uguali.
Parametri Condensatori
I parametri forniti dal costruttore sul foglio tecnico di una famiglia di condensatori sono riassunti in una tabella, che comprende i valori massimi assoluti e quelli tipici, rimandando poi a grafici specifici per taluni parametri che possono subire delle variazioni. Il contenuto tipico di questa tabella è il seguente (è stato scelto come esempio un condensatore ceramico multistrato per montaggio superficiale di produzione Philips)
Analizziamo le specifiche fornite:
1) Il valore nominale viene specificato per tutta la serie, specificando se vengono forniti i valori intermedi secondo una determinata serie standard
2) Un costruttore coscienzioso specifica la tolleranza misurata dopo un opportuno tempo di lavoro del componente, con valori che possono variare a seconda delle serie, con serie speciali di elevata precisione (±1%) su richiesta
3) Non sempre viene specificata la composizione del dielettrico usato, specie se ceramico; è utile conoscerlo se vengono poi riportati dei grafici che ne evidenzino il comportamento
4) In questo caso non si tratta di reofori ma di paste metalliche per saldatura Smd
5) La tensione massima di lavoro (che può variare all’interno di una stessa serie) non va superata, anche se esiste un certo margine di sicurezza
6) Questa tensione – che è superiore a quella indicata nel punto 4) ed è superiore a quella – indica la massima tensione applicabile fra involucro e terminali, ed è utile nel caso in cui il componente venga in contatto con una pista del circuito stampato o con un altro conduttore
7) La resistenza di isolamento è quella offerta dal dielettrico (è in pratica la Rp del circuito equivalente, vedi pagina seguente), ed è misurabile solo in continua. In questo caso, a causa della differente struttura del componente a seconda del valore capacitivo, vengono specificati due valori: uno fisso per capacità fino a 10 nF, ed uno proporzionale alla capacità per valori superiori ai 10 nF; si noti che in questo caso il calo del valore di Rp produce comunque una costante di tempo di autoscarica superiore ai 1000 secondi
8) La misura del tan δ, essendo funzione della frequenza e della tensione applicata, viene fornita indicando le effettive condizioni di test
9) La gamma di temperatura operativa può essere anche molto differente a seconda del tipo di condensatore, e a questo proposito il costruttore specifica anche la gamma di temperature idonee all’’immagazzinamento (storage temperature)
10) e 11) si vedano oltre i grafici relativi
12) con questo termine si indica il comportamento del componente con l’invecchiamento: in questo caso i vari parametri specificati non variano di oltre l’1.5% anche dopo 10 anni di utilizzo continuativo.
Coefficiente di temperatura
Poiché la variazione della capacità con la temperatura non è di tipo lineare a causa dei complessi fenomeni relativi alla deriva della costante dielettrica, per i condensatori non è possibile fornire un “coefficiente di temperatura” valido sull’intero range termico, ma è più opportuno fornire un grafico che indichi – per ciascuna temperatura – la variazione percentuale della capacità rispetto al valore alla temperatura di riferimento.
Variazione della capacità con la frequenza
Per alcuni tipi di dielettrici – soprattutto quelli plastici – la costante dielettrica può subire delle derive con la frequenza, per cui occorre tener conto dell’instabilità del valore capacitivo. Per questo motivo il costruttore evidenzia in un apposito grafico questa deriva, dove la variazione viene espressa in valore percentuale rispetto al valore a 20 °C
Variazione della capacità con la tensione
Sebbene indicato solo da alcuni costruttori, la costante dielettrica di molti materiali può variare con la tensione applicata, facendo sì che di fatto il condensatore evidenzi un “coefficiente di tensione” spesso non trascurabile, come evidenziato ad esempio per questi condensatori ceramici multistrato per montaggio superficiale di produzione Philips.
Circuito equivalente
Il comportamento elettrico di un generico condensatore può essere interpretato ricorrendo al circuito equivalente qui a fianco riportato: esso tiene conto dei principali effetti parassiti, e precisamente
C è la capacità vera e propria
Rp (resistenza parallelo) rappresenta la resistenza interna del dielettrico, che teoricamente dovrebbe essere infinita (se il dielettrico fosse ideale). In realtà ogni materiale utilizzato come dielettrico (tranne il vuoto) presenta una resistenza la quale, seppur molto elevata, permette però il passaggio di una debole corrente di perdita (detta anche corrente di fuga). Per i condensatori ceramici descritti dalla tabella della prima pagina, questa resistenza vale ad esempio oltre 100 gigaohm
Rs (resistenza serie) rappresenta la resistenza offerta dalle armature e dai terminali. Infatti, ad alta frequenza, ci si aspetterebbe che il condensatore offra una reattanza nulla, ma l’inevitabile presenza della resistenza-serie lo impedisce. E’ ovvio che, se il condensatore è di tipo avvolto, la resistenza serie offerta dalle armature (un sottile strato di alluminio) non è più trascurabile.
Ls (induttanza serie) rappresenta la componente induttiva dovuta al fatto che per i condensatori di tipo avvolto la corrente che percorre le armature subisce una limitazione direttamente proporzionale alla frequenza, come per un vero e proprio induttore; anche per i condensatori non avvolti, comunque, anche i semplici reofori offrono un piccolo – anche se spesso trascurabile – contributo induttivo.
Comportamento in frequenza
Si noti che la presenza della resistenza Rp crea problemi soprattutto in continua e alle basse frequenze in quanto, con l’aumentare della frequenza, il progressivo calo della reattanza capacitiva – in parallelo alla Rp – di fatto “cortocircuita” la Rp bypassandone gli effetti. Riportando in un grafico lineare l’andamento reattanza/frequenza del parallelo C/Rp si può notare come la presenza della Rp limiti di fatto la tendenza della Xc ad assumere valori che tendono all’infinito alle basse frequenze, facendo sì che l’impedenza del condensatore in continua valga proprio Rp.
La presenza della Rs si fa invece sentire quando – ad elevata frequenza – ci si aspetta che la reattanza del condensatore diventi nulla, mentre invece (vedi figura) tende ad Rs.
Il valore della componente induttiva viene raramente fornito dal costruttore per i condensatori ceramici o per montaggio superficiale, mentre per quelli plastici o elettrolitici avvolti si. L’induttanza-serie aumenta anch’essa il valore dell’impedenza totale alle alte frequenze ma, mentre la presenza della sola Rs limita semplicemente il calo della reattanza, la reattanza induttiva aumenta con la frequenza, facendo sì che – oltre una certa frequenza – divenga prevalente la XL rispetto alla Xc. In altri termini, al di sopra di quella che viene definita come “frequenza massima di lavoro per un condensatore” detta anche “frequenza di risonanza” (15 MHz nel caso della figura) il componente si comporta in realtà come un induttore e non più come condensatore..
Nei fogli tecnici il costruttore fornisce i grafici impedenza/frequenza con assi logaritmici, in modo da poter apprezzare con maggior dettaglio più decadi di valori ohmici e di frequenza. Ine è un esempio il grafico sotto riportato, che si riferisce a condensatori in polipropilene metallizzato di produzione Philips). In questa rappresentazione sono estremamente evidenti le frequenze massime di lavoro, che diminuiscono – com’era prevedibile – con l’aumentare del valore capacitivo, a causa del maggior numero di avvolgimenti necessari e quindi del maggior valore induttivo. A questo proposito lo stesso costruttore fornisce a volte un grafico in cui viene evidenziato il calo della frequenza di risonanza con la capacità del condensatore (vedi figura a pagina successiva, relativa a condensatori ceramici Siemens).
Il confronto deve essere fatto a pari tensione massima di lavoro. Si noti a questo proposito che un andamento analogo si osserverebbe se, per un medesimo valore capacitivo, si confrontassero condensatori di diversa tensione nominale. Infatti, per poter aumentare la tensione massima sostenibile, il costruttore deve utilizzare un dielettrico più spesso per cui, al fine di ottenere il medesimo valore capacitivo, è costretto ad avvolgere più spire dell’insieme dielettrico-armature, con la conseguenza di aumentare il valore dell’induttanzaserie e ridurre quindi la frequenza massima di lavoro.
Le perdite
La presenza della resistenza di fuga Rp fa sì che il condensatore sia caratterizzato da quelle che vengono definite “perdite”. Sebbene la causa delle perdite sia una sola, tuttavia si usa esprimere le perdite sui fogli tecnici in vari modi,
Tensione applicabile alle varie frequenze
Fissata una determinata tensione massima di lavoro per un certo condensatore, questa deve essere intesa come continua (DC). Se invece si applica una tensione alternata, al crescere della frequenza aumenterà anche la corrente attraverso il condensatore, che andrà limitata per non superare la massima corrente sopportabile dai sottili fogli metallici che costituiscono le armature, ancor più sottili per i condensatori plastici a dielettrico metallizzato. Per tale motivo il costruttore riporta sul foglio tecnico un grafico che mette in relazione il rapporto fra ampiezza della tensione AC massima applicabile e frequenza.
Prezzi Condensatori
Nella tabella che segue è possibile trovare informazioni sui prezzi dei condensatori in vendita online.
Cliccando sui vari prodotti è possibile visualizzare maggiori informazioni, come la descrizione delle caratteristiche e le opinioni e recensioni.
