Il condensatore è un componente che ha la capacità o “capacità” di immagazzinare energia sotto forma di una carica elettrica producendo una differenza di potenziale (tensione statica) attraverso le sue piastre, molto simile a una piccola batteria ricaricabile.

Ci sono molti diversi tipi di condensatori disponibili da molto piccolo condensatore perline utilizzato in circuiti di risonanza per grandi condensatori di correzione del fattore di potenza, ma tutti fanno la stessa cosa, essi memorizzare carica.,

Nella sua forma di base, un condensatore è costituito da due o più piastre conduttive parallele (metalliche) che non sono collegate o si toccano, ma sono separate elettricamente dall’aria o da una qualche forma di un buon materiale isolante come carta cerata, mica, ceramica, plastica o qualche forma di gel liquido come usato nei condensatori elettrolitici. Lo strato isolante tra le piastre dei condensatori è comunemente chiamato dielettrico.,

a Causa di questo strato isolante, la corrente di CC non può fluire attraverso il condensatore come si blocca consentendo invece una tensione di essere presente attraverso le piastre sotto forma di carica elettrica.

Le piastre metalliche conduttive di un condensatore possono essere quadrate, circolari o rettangolari, oppure possono essere di forma cilindrica o sferica con la forma generale, la dimensione e la costruzione di un condensatore a piastra parallela a seconda della sua applicazione e della tensione nominale.,

Quando viene utilizzato in una corrente continua o circuito DC, un condensatore carica fino alla sua tensione di alimentazione, ma blocca il flusso di corrente attraverso di essa perché il dielettrico di un condensatore è non conduttivo e fondamentalmente un isolante. Tuttavia, quando un condensatore è collegato a una corrente alternata o circuito AC, il flusso della corrente sembra passare direttamente attraverso il condensatore con poca o nessuna resistenza.

Esistono due tipi di carica elettrica, una carica positiva sotto forma di protoni e una carica negativa sotto forma di elettroni., Quando una tensione CONTINUA viene posizionata su un condensatore, la carica positiva (+ve) si accumula rapidamente su una piastra mentre una carica negativa (-ve) corrispondente e opposta si accumula sull’altra piastra. Per ogni particella di carica + ve che arriva a una piastra una carica dello stesso segno partirà dalla piastra-ve.

Quindi le piastre rimangono neutre di carica e una differenza di potenziale dovuta a questa carica viene stabilita tra le due piastre., Una volta che il condensatore raggiunge la sua condizione di stato stazionario, una corrente elettrica non è in grado di fluire attraverso il condensatore stesso e attorno al circuito a causa delle proprietà isolanti del dielettrico utilizzato per separare le piastre.

Il flusso di elettroni sulle piastre è noto come Corrente di carica dei condensatori che continua a fluire fino a quando la tensione su entrambe le piastre (e quindi il condensatore) è uguale alla tensione applicata Vc. A questo punto si dice che il condensatore sia “completamente carico” di elettroni.,

La forza o la velocità di questa corrente di carica è al suo valore massimo quando le piastre sono completamente scariche (condizione iniziale) e lentamente si riduce a zero quando le piastre caricano fino a una differenza di potenziale tra le piastre dei condensatori pari alla tensione della sorgente.

La quantità di differenza di potenziale presente attraverso il condensatore dipende da quanta carica è stata depositata sulle piastre dal lavoro svolto dalla tensione sorgente e anche da quanta capacità ha il condensatore e questo è illustrato di seguito.,

Il condensatore a piastra parallela è la forma più semplice di condensatore. Può essere costruito utilizzando due piastre metalliche o metallizzate a una distanza parallela l’una all’altra, con il suo valore di capacità in Farad, essendo fissato dalla superficie delle piastre conduttive e dalla distanza di separazione tra loro. L’alterazione di due di questi valori altera il valore della sua capacità e questo costituisce la base del funzionamento dei condensatori variabili.,

Inoltre, poiché i condensatori immagazzinano l’energia degli elettroni sotto forma di carica elettrica sulle piastre più grandi sono le piastre e/o minore è la loro separazione maggiore sarà la carica che il condensatore detiene per una data tensione attraverso le sue piastre. In altre parole, piastre più grandi, distanza minore, più capacità.,

applicando una tensione di un condensatore e di misurare la carica sulle piastre, il rapporto tra la carica Q per la tensione V darà il valore di capacità del condensatore e, quindi, è: C = Q/V questa equazione può anche essere ri-arrangiati per dare la formula familiare per la quantità di carica sulle piastre di: Q = C x V

anche se abbiamo detto che il costo è memorizzato su piastre di un condensatore, è più esatto dire che l’energia entro la carica immagazzinata in un “campo elettrostatico” tra le due piastre., Quando una corrente elettrica fluisce nel condensatore, si carica, quindi il campo elettrostatico diventa molto più forte mentre immagazzina più energia tra le piastre.

Allo stesso modo, come la corrente che scorre fuori del condensatore, scaricandolo, la differenza di potenziale tra le due piastre diminuisce e il campo elettrostatico diminuisce come l’energia si muove fuori delle piastre.

La proprietà di un condensatore di immagazzinare la carica sulle sue piastre sotto forma di un campo elettrostatico è chiamata Capacità del condensatore., Non solo, ma la capacità è anche la proprietà di un condensatore che resiste al cambiamento di tensione attraverso di esso.

La capacità di un condensatore

La capacità è la proprietà elettrica di un condensatore ed è la misura della capacità di un condensatore di immagazzinare una carica elettrica sulle sue due piastre con l’unità di capacità che è il Farad (abbreviato in F) dal nome del fisico britannico Michael Faraday.

La capacità è definita come che un condensatore ha la capacità di un Farad quando una carica di Un Coulomb viene memorizzata sulle piastre da una tensione di un volt., Si noti che la capacità, C è sempre positiva in valore e non ha unità negative. Tuttavia, il Farad è un’unità di misura molto grande da utilizzare da solo, quindi vengono generalmente utilizzati sotto-multipli del Farad come micro-farad, nano-farad e pico-farad, per esempio.

Unità standard di capacità

Capacità di un condensatore a piastra parallela

La capacità di un condensatore a piastra parallela è proporzionale all’area, A in metri2 della più piccola delle due piastre e inversamente proporzionale alla distanza o alla separazione, d (cioè, lo spessore dielettrico) dato in metri tra queste due piastre conduttive.

L’equazione generalizzata per la capacità di un condensatore a piastre parallele è data come: C = ε(A/d) dove ε rappresenta la permittività assoluta del materiale dielettrico utilizzato. La costante dielettrica, eo nota anche come” permittività dello spazio libero ” ha il valore della costante 8,84 x 10-12 Farad per metro.,

Per rendere la matematica un po ‘ più facile, questa costante dielettrica di spazio libero, eo, che può essere scritta come: 1/(4π x 9×109), può anche avere le unità di picofarad (pF) per metro come costante che dà: 8.84 per il valore dello spazio libero. Si noti tuttavia che il valore di capacità risultante sarà in picofarad e non in farad.

Generalmente, le piastre conduttive di un condensatore sono separate da una sorta di materiale isolante o gel piuttosto che da un vuoto perfetto., Quando si calcola la capacità di un condensatore, possiamo considerare la permittività dell’aria, e in particolare dell’aria secca, come lo stesso valore di un vuoto in quanto sono molto vicini.

Esempio di capacità No1

Un condensatore è costruito da due piastre metalliche conduttive di 30 cm x 50 cm distanziate di 6 mm l’una dall’altra e utilizza aria secca come unico materiale dielettrico. Calcola la capacità del condensatore.,

Allora il valore del condensatore costituito da due piatti separati da aria è calcolato come 221pF o 0.221 nF

Il Dielettrico di un Condensatore

così Come la dimensione complessiva delle piastre conduttive e la loro distanza o la spaziatura di distanza l’uno dall’altro, un altro fattore che influisce sull’intera capacità del dispositivo è il tipo di materiale dielettrico utilizzato. In altre parole la “Permittività” (ε) del dielettrico.,

Le piastre conduttive di un condensatore sono generalmente costituite da una lamina metallica o da una pellicola metallica che consente il flusso di elettroni e carica, ma il materiale dielettrico utilizzato è sempre un isolante. I vari materiali isolanti utilizzati come dielettrico in un condensatore differiscono nella loro capacità di bloccare o passare una carica elettrica.

Questo materiale dielettrico può essere costituito da una serie di materiali isolanti o combinazioni di questi materiali con i tipi più comuni utilizzati: aria, carta, poliestere, polipropilene, Mylar, ceramica, vetro, olio o una varietà di altri materiali.,

Il fattore con cui il materiale dielettrico, o isolante, aumenta la capacità del condensatore rispetto all’aria è noto come Costante dielettrica, k e un materiale dielettrico con un’alta costante dielettrica è un isolante migliore di un materiale dielettrico con una costante dielettrica inferiore. La costante dielettrica è una quantità adimensionale poiché è relativa allo spazio libero.,it piastre è quindi il prodotto della costante dielettrica di spazio libero (eo) e la relativa costante dielettrica (er) del materiale utilizzato, come il dielettrico è un dato, come:

Complesso Permittività

In altre parole, se prendiamo la costante dielettrica di spazio libero, eo come il nostro livello di base e renderlo uguale a uno, quando il vuoto di spazio libero è sostituito da qualche altro tipo di materiale isolante, la loro costante dielettrica del suo dielettrico è fatto riferimento alla base dielettrico di spazio libero dando un fattore di moltiplicazione noto come “permittività relativa”, er., Quindi il valore della permittività complessa, ε sarà sempre uguale alla permittività relativa per uno.

Unità tipiche di permittività dielettrica, ε o costante dielettrica per materiali comuni sono: Vuoto puro = 1,0000, Aria = 1,0006, Carta = 2,5-3,5, Vetro = 3-10, Mica = 5-7, Legno = 3-8 e Polveri di ossido di metallo = 6-20 ecc., Questo ci dà quindi un’equazione finale per la capacità di un condensatore come:

Un metodo utilizzato per aumentare la capacità complessiva di un condensatore mantenendo le sue dimensioni ridotte è quello di “interleave” più piastre insieme all’interno di un singolo corpo del condensatore. Invece di un solo set di piastre parallele, un condensatore può avere molte singole piastre collegate tra loro aumentando così la superficie, A delle piastre.

Per un condensatore a piastra parallela standard come mostrato sopra, il condensatore ha due piastre, etichettate A e B., Pertanto, poiché il numero di piastre del condensatore è due, possiamo dire che n = 2, dove “n” rappresenta il numero di piastre.

Allora la nostra equazione di cui sopra, per un singolo parallelo condensatore a piastre in realtà dovrebbe essere:

Tuttavia, il condensatore può avere due piastre parallele, ma solo un lato di ogni piatto è in contatto con dielettrico in mezzo come l’altro lato di ogni piatto forme esterno del condensatore. Se prendiamo le due metà delle piastre e le uniamo insieme, abbiamo effettivamente solo” una ” piastra intera a contatto con il dielettrico.,

Ora supponiamo di avere un condensatore composto da 9 piastre interleaved, quindi n = 9 come mostrato.

Condensatore multi-piastra

Ora abbiamo cinque piastre collegate a un cavo (A) e quattro piastre all’altro cavo (B). Quindi ENTRAMBI i lati delle quattro piastre collegate al piombo B sono in contatto con il dielettrico, mentre solo un lato di ciascuna delle piastre esterne collegate ad A è in contatto con il dielettrico., Poi, come sopra, la superficie utile di ogni set di piastre di solo otto e la sua capacità è, quindi, come:

Moderni condensatori possono essere classificati secondo le caratteristiche e le proprietà dei loro isolante dielettrico:

• Bassa Perdita, Alta Stabilità, come Mica, Low-K in Ceramica, Polistirolo.
• Perdita media, stabilità media come carta, film plastico, ceramica ad alta K.
• Condensatori polarizzati come elettrolitici, tantalio.,

Tensione nominale di un condensatore

Tutti i condensatori hanno una tensione massima nominale e quando si seleziona un condensatore considerazione deve essere data alla quantità di tensione da applicare attraverso il condensatore. La quantità massima di tensione che può essere applicata al condensatore senza danneggiare il suo materiale dielettrico è generalmente indicata nelle schede tecniche come: WV, (tensione di funzionamento) o come WV DC, (tensione di funzionamento DC).,

Se la tensione applicata attraverso il condensatore diventa troppo grande, il dielettrico si romperà (noto come guasto elettrico) e si verificherà un arco tra le piastre del condensatore con conseguente cortocircuito. La tensione di funzionamento del condensatore dipende dal tipo di materiale dielettrico utilizzato e dal suo spessore.

La tensione di funzionamento DC di un condensatore è proprio questo, la tensione massima DC e NON la tensione massima AC come un condensatore con una tensione nominale DC di 100 volt DC non può essere sottoposto in modo sicuro ad una tensione alternata di 100 volt., Poiché una tensione alternata che ha un valore RMS di 100 volt avrà un valore di picco di oltre 141 volt! (√2 x 100).

Quindi un condensatore che è necessario per funzionare a 100 volt AC dovrebbe avere una tensione di funzionamento di almeno 200 volt. In pratica, un condensatore dovrebbe essere selezionato in modo che la sua tensione di lavoro CC o CA sia almeno del 50% maggiore della tensione effettiva più alta da applicare ad esso.

Un altro fattore che influenza il funzionamento di un condensatore è la perdita dielettrica., La perdita dielettrica si verifica in un condensatore come risultato di una corrente di dispersione indesiderata che scorre attraverso il materiale dielettrico.

Generalmente, si presume che la resistenza del dielettrico sia estremamente elevata e un buon isolante blocchi il flusso di corrente continua attraverso il condensatore (come in un condensatore perfetto) da una piastra all’altra.,

Tuttavia, se il materiale dielettrico viene danneggiato a causa di eccessiva tensione e temperatura, la corrente di dispersione attraverso il dielettrico diventerà estremamente elevata, con una conseguente rapida perdita di carica sulle piastre e un surriscaldamento del condensatore alla fine con conseguente guasto prematuro del condensatore. Quindi non utilizzare mai un condensatore in un circuito con tensioni superiori a quelle per cui il condensatore è valutato altrimenti potrebbe diventare caldo ed esplodere.,

Introduzione ai condensatori Sommario

Abbiamo visto in questo tutorial che il compito di un condensatore è quello di memorizzare carica elettrica sulle sue piastre. La quantità di carica elettrica che un condensatore può memorizzare sulle sue piastre è noto come il suo valore di capacità e dipende da tre fattori principali.

• Superficie-la superficie, Una delle due piastre conduttive che compongono il condensatore, maggiore è l’area maggiore è la capacità.
• Distanza-la distanza, d tra le due piastre, minore è la distanza maggiore è la capacità.,
• Materiale dielettrico-il tipo di materiale che separa le due piastre chiamato “dielettrico”, maggiore è la permittività del dielettrico maggiore è la capacità.

Abbiamo anche visto che un condensatore è costituito da piastre metalliche che non si toccano ma sono separate da un materiale chiamato dielettrico. Il dielettrico di un condensatore può essere aria, o anche un vuoto, ma è generalmente un materiale isolante non conduttore,come carta cerata, vetro, mica diversi tipi di plastica ecc., Il dielettrico offre i seguenti vantaggi:

• La costante dielettrica è la proprietà del materiale dielettrico e varia da un materiale all’altro, aumentando la capacità di un fattore k.
• Il dielettrico fornisce un supporto meccanico tra le due piastre permettendo le piastre per essere piu ‘ vicini senza toccare.
• La permittività del dielettrico aumenta la capacità.
• Il dielettrico aumenta la tensione massima di funzionamento rispetto all’aria.,

I condensatori possono essere utilizzati in molte applicazioni e circuiti diversi come il blocco della corrente CONTINUA durante il passaggio di segnali audio, impulsi o corrente alternata o altre forme d’onda variabili nel tempo. Questa capacità di bloccare le correnti DC consente ai condensatori di essere utilizzati per attenuare le tensioni di uscita degli alimentatori, per rimuovere i picchi indesiderati dai segnali che altrimenti tenderebbero a causare danni o falsi inneschi di semiconduttori o componenti digitali.,

I condensatori possono anche essere utilizzati per regolare la risposta in frequenza di un circuito audio o per accoppiare stadi di amplificatore separati che devono essere protetti dalla trasmissione di corrente continua.

A DC un condensatore ha impedenza infinita (circuito aperto), a frequenze molto alte un condensatore ha impedenza zero (cortocircuito). Tutti i condensatori hanno una tensione massima di funzionamento, il suo WV DC in modo da selezionare un condensatore con una valutazione di almeno il 50% in più rispetto alla tensione di alimentazione.,

Ci sono una grande varietà di stili e tipi di condensatori, ognuno con il proprio particolare vantaggio, svantaggio e caratteristiche. Includere tutti i tipi renderebbe questa sezione del tutorial molto ampia, quindi nel prossimo tutorial sull’introduzione ai condensatori li limiterò ai tipi più comunemente usati.