Condensatori semplificati secondo il metodo Hackaday

Dec 23, 2023

Se costruisci regolarmente circuiti elettronici, è probabile che avrai utilizzato i condensatori molte volte. Sono un componente standard insieme al resistore i cui valori vengono presi dallo scaffale senza pensarci due volte. Li utilizziamo per il livellamento e il disaccoppiamento dell'alimentazione, il blocco CC, i circuiti di temporizzazione e molte altre applicazioni.

È meglio iniziare dalle basi e descrivere la capacità partendo dai principi fondamentali prima di esaminare i condensatori reali. Un condensatore ideale è costituito da due piastre conduttrici separate da un dielettrico non conduttivo. La carica può accumularsi sulle piastre, ma non può fluire tra di esse a causa della natura isolante del dielettrico. Pertanto il condensatore può immagazzinare la carica.

La capacità si misura in farad: un condensatore da un farad mantiene una tensione di un volt quando contiene un coulomb di carica. Un farad è come tante unità SI, di dimensioni piuttosto impraticabili, quindi al di fuori dello stretto regno dei supercondensatori che vanno oltre lo scopo di questo articolo è più probabile che incontri micro, nano o picofarad. Puoi ricavare la capacità di un dato condensatore dalle sue dimensioni e dalle proprietà del suo dielettrico usando una formula per la quale probabilmente vale la pena inviarti a Wikipedia se sei interessato. Non è necessario memorizzarlo a meno che non stai studiando per un esame di fisica al liceo, ma nasconde un punto importante da tenere a mente. La capacità è proporzionale alla costante dielettrica εr del dielettrico utilizzato, il che ha dato origine a un'ampia varietà di condensatori disponibili in commercio che utilizzano diversi materiali dielettrici per ottenere intervalli di capacità più elevati o migliori caratteristiche di gestione della tensione.

L'utilizzo di materiali dielettrici in un condensatore presenta alcuni inconvenienti, oltre alle caratteristiche desiderabili di un dielettrico che comportano una serie di fastidiosi effetti collaterali. Tutti i condensatori del mondo reale hanno una resistenza parassita e un'induttanza interne e, sebbene minuscole, a volte possono avere un effetto sul funzionamento del condensatore. Le costanti dielettriche possono variare con la temperatura o la tensione, la piezoelettricità o il rumore. Diversi tipi di condensatori possono avere modalità di guasto allarmanti o anche semplicemente essere incredibilmente costosi. E così arriviamo alla parte principale di questo articolo, la sezione in cui vi guideremo attraverso alcuni dei tipi di condensatori che potreste incontrare e vi spiegheremo le loro varie proprietà, sia buone che cattive. Non pretenderemo di coprire ogni possibile tecnologia dei condensatori, tuttavia esamineremo le tecnologie comuni dei condensatori ed esamineremo tutti i sottotipi che potresti trovare.

I pratici condensatori elettrolitici hanno le piastre sotto forma di un sandwich di foglio di alluminio arrotolato in un cilindro e alloggiato in una lattina di alluminio. Avranno una tensione di lavoro indicata che dipende dalla profondità dello strato anodizzato.

I condensatori elettrolitici hanno la capacità più alta tra i tipi che incontrerai nell'uso normale, che vanno da circa 0,1 a molte migliaia di µF. A causa della cella elettrochimica strettamente avvolta, hanno un'induttanza in serie equivalente elevata, quindi non sono adatti per l'uso ad alte frequenze. Di solito li troverete utilizzati per livellare e disaccoppiare l'alimentazione, nonché per l'accoppiamento alle frequenze audio.

I condensatori al tantalio sono disponibili con valori da circa 0,1 a diverse centinaia di µF. Hanno una resistenza alle perdite e una resistenza in serie equivalente molto più bassa rispetto alle loro controparti in alluminio, quindi li troverai in test e misurazioni, audio di fascia alta e in altre applicazioni in cui tali proprietà sono vantaggiose.

I condensatori al tantalio hanno una modalità di guasto a cui prestare attenzione: hanno la reputazione di prendere fuoco. L'ossido di tantalio amorfo è un buon dielettrico, mentre la forma cristallina dell'ossido di tantalio è un buon conduttore. Un cattivo trattamento di un condensatore al tantalio, ad esempio applicando troppa corrente di spunto, può causare il cambiamento del dielettrico da una forma all'altra, provocando un enorme aumento della corrente attraverso il condensatore. Fortunatamente, però, non tutte le notizie sono negative: la loro reputazione in termini di incendi deriva da una generazione molto precedente di condensatori al tantalio e le tecniche di produzione migliorate hanno fornito un prodotto molto più affidabile.