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Corso di Elettronica Analogica, il condensatore

Il condensatore è un altro componente elettronico (oltre alla resistenza) che ha la capacità di memorizzare energia sotto forma di carica elettrica, producendo una differenza di potenziale (statica) tra le sue piastre o armature.

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Nella sua forma base, un condensatore è costituito da due o più lastre parallele conduttive, elettricamente separate da una qualche forma di materiale isolante. Lo strato isolante tra le piastre dei condensatori è comunemente chiamato dielettrico. Le piastre metalliche conduttive di un condensatore possono essere quadrate, circolari o rettangolari o possono essere di forma cilindrica o sferica.

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Figura 1: struttura di un condensatore con relativo simbolo elettrico

Se utilizziamo un condensatore in un circuito a corrente continua, esso si carica fino alla tensione di alimentazione ma blocca il flusso di corrente in quanto il dielettrico di un condensatore non è conduttivo. Tuttavia, quando un condensatore è collegato a un circuito AC, il flusso della corrente attraversa il condensatore con poca o nessuna resistenza (in questi casi si parlerà di reattanza che vedremo prossimamente nello studio dei circuiti elettrici).

Ci sono due tipi di carica elettrica, quella positiva sotto forma di protoni, e la negativa sotto forma di elettroni. Quando una tensione DC è collegata su di un condensatore, la carica positiva (+) si accumula rapidamente su una piastra, mentre una corrispondente carica negativa (-) si accumula sull'altra.  

Il flusso di elettroni sulle piastre è conosciuto come corrente di carica che continua a scorrere fino a quando la tensione su entrambe le piastre (e quindi il condensatore) è uguale alla tensione applicata.

La differenza di potenziale presente nel condensatore dipende da quanta carica è stata depositata sulle piastre, e quindi dalla capacità del condensatore stesso.

Applicando una tensione a un condensatore e misurando la carica sulle piastre, il rapporto tra la carica Q e la tensione V darà il valore della capacità del condensatore: C = Q / V misurata in Farad.

Tuttavia, il Farad è un'unità di misura molto grande da utilizzare da solo, per cui vengono utilizzati in genere i sottomultipli del Farad, ad esempio micro-farad, nano-farad e pico-farad.

L'equazione generalizzata per la capacità di un condensatore a piastre parallele è data dalla seguente formula:

C = ε (A / d)

dove ε rappresenta la permittività assoluta del materiale dielettrico utilizzato. La permittività di un vuoto, εo noto anche come "permittività dello spazio libero", ha il valore di 8,84 x 10-12 Farad per metro.

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Figura 2: struttura dettagliata di un condensatore con piastre parallele

Un condensatore con due piastre metalliche conduttive di 30 cm x 50 cm, distanziate di 6 mm l'uno dall'altro, con aria secca come unico materiale dielettrico, ha una capacità pari a 0.22 nF (provare per credere).

Tutti i condensatori hanno una tensione massima di lavoro, e durante la loro selezione commerciale deve essere presa in considerazione oltre alla capacità anche la quantità di tensione da applicare senza danneggiare il dielettrico. Un altro fattore che influisce sul funzionamento di un condensatore è la perdita dielettrica. Le perdite dielettriche si verificano in un condensatore come risultato di una corrente indesiderata che scorre attraverso il materiale dielettrico non perfettamente isolante.