Elettronica di base - Condensatori
Un condensatore è un componente passivo che ha la capacità di immagazzinare l'energia sotto forma di differenza di potenziale tra le sue piastre. Resiste a un improvviso cambiamento di tensione. La carica viene immagazzinata sotto forma di differenza di potenziale tra due piastre, che si formano in modo positivo e negativo a seconda della direzione di immagazzinamento della carica.
Tra queste due piastre è presente una regione non conduttiva chiamata come dielectric. Questo dielettrico può essere vuoto, aria, mica, carta, ceramica, alluminio ecc. Il nome del condensatore è dato dal dielettrico utilizzato.
Simbolo e unità
L'unità standard per la capacità è Farad. Generalmente, i valori dei condensatori disponibili saranno nell'ordine di micro-farad, pico-farad e nano-farad. Il simbolo di un condensatore è come mostrato di seguito.
La capacità di un condensatore è proporzionale alla distanza tra le piastre ed è inversamente proporzionale all'area delle piastre. Inoltre, maggiore è la permettività di un materiale, maggiore sarà la capacità. Ilpermittivitydi un mezzo descrive quanto flusso elettrico viene generato per unità di carica in quel mezzo. L'immagine seguente mostra alcuni pratici condensatori.
Quando due piastre aventi la stessa area A e la stessa larghezza sono poste parallele l'una all'altra con una distanza di distanza d, e se viene applicata una certa energia alle piastre, la capacità di quel condensatore a piastre parallele può essere definita come
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
Dove
C = Capacità di un condensatore
$ \ varepsilon_ {0} $ = permittività dello spazio libero
$ \ varepsilon_ {r} $ = permettività del mezzo dielettrico
d = distanza tra le piastre
A = area delle due piastre conduttrici
Con una certa tensione applicata, la carica si deposita sulle due piastre parallele del condensatore. Questa deposizione di carica avviene lentamente e quando la tensione ai capi del condensatore è uguale alla tensione applicata, la carica si interrompe, poiché la tensione in entrata è uguale alla tensione in uscita.
La velocità di carica dipende dal valore della capacità. Maggiore è il valore della capacità, più lenta è la velocità di variazione della tensione nelle piastre.
Funzionamento di un condensatore
Un condensatore può essere inteso come un componente passivo a due terminali che immagazzina energia elettrica. Questa energia elettrica viene immagazzinata nel campo elettrostatico.
Inizialmente, le cariche negative e positive su due piastre del condensatore sono in equilibrio. Non c'è alcuna tendenza che un condensatore si carichi o si scarichi. La carica negativa è formata dall'accumulo di elettroni, mentre la carica positiva è formata dall'esaurimento degli elettroni. Poiché ciò avviene senza alcun addebito esterno dato, questo stato èelectrostaticcondizione. La figura seguente mostra il condensatore con cariche statiche.
L'accumulo e l'esaurimento degli elettroni secondo i diversi cicli positivi e negativi dell'alimentazione AC, può essere inteso come "flusso di corrente". Questo è chiamato comeDisplacement Current. La direzione di questo flusso di corrente continua a cambiare poiché questo è AC.
Carica di un condensatore
Quando viene fornita una tensione esterna, la carica elettrica viene convertita in carica elettrostatica. Ciò accade mentre il condensatore è in carica. Il potenziale positivo dell'alimentazione, attrae gli elettroni dalla piastra positiva del condensatore, rendendolo più positivo. Mentre il potenziale negativo dell'alimentazione, forza gli elettroni alla piastra negativa del condensatore, rendendola più negativa. La figura seguente spiega questo.
Durante questo processo di carica, gli elettroni si muovono attraverso l'alimentazione CC ma non attraverso il dielectric che è un file insulator. Questo spostamento è grande quando il condensatore inizia a caricarsi ma si riduce durante la carica. Il condensatore smette di caricarsi quando la tensione attraverso il condensatore è uguale alla tensione di alimentazione.
Vediamo cosa succede al dielettrico quando il condensatore inizia a caricarsi.
Comportamento dielettrico
Quando le cariche si depositano sulle piastre del condensatore, si forma un campo elettrostatico. L'intensità di questo campo elettrostatico dipende dall'entità della carica sulla piastra e dalla permettività del materiale dielettrico.Permittivity è la misura del dielettrico se fino a che punto consente alle linee elettrostatiche di attraversarlo.
Il dielettrico è in realtà un isolante. Ha elettroni nell'orbita più esterna degli atomi. Osserviamo come vengono influenzati. Quando non c'è carica sulle piastre, gli elettroni nel dielettrico si muovono in orbita circolare. Questo è come mostrato nella figura sotto.
Quando avviene la deposizione della carica, gli elettroni tendono a spostarsi verso la piastra carica positiva, ma continuano a ruotare come mostrato in figura.
Se la carica aumenta ulteriormente, le orbite si espandono di più. Ma se aumenta ancora, il dielettricobreaks downcortocircuitare il condensatore. Ora, il condensatore è completamente carico, è pronto per essere scaricato. È sufficiente fornire loro un percorso per viaggiare dal piatto negativo a quello positivo. Gli elettroni fluiscono senza alcuna alimentazione esterna in quanto vi è un numero eccessivo di elettroni da un lato e quasi nessun elettrone dall'altro. Questo squilibrio viene corretto dadischarge del condensatore.
Inoltre, quando viene trovato un percorso di scarica, gli atomi nel materiale dielettrico tendono a tornare alla loro normalità circular orbite quindi costringe gli elettroni a scaricarsi. Questo tipo di scarica consente ai condensatori di fornire correnti elevate in un breve periodo di tempo, proprio come nel flash di una fotocamera.
Codificazione del colore
Per conoscere il valore di un condensatore, di solito è etichettato come di seguito:
n35 = 0,35nF o 3n5 = 3,5nF o 35n = 35nF e così via.
A volte i segni saranno come 100K che significa, k = 1000pF. Quindi il valore sarà 100 × 1000pF = 100nF.
Sebbene questi contrassegni numerici vengano utilizzati oggigiorno, molto tempo fa è stato sviluppato uno schema internazionale di codifica a colori per comprendere i valori dei condensatori. Le indicazioni della codifica a colori sono quelle fornite di seguito.
| Colore cinturino | Cifra A e B | Moltiplicatore | Tolleranza (t)> 10pf | Tolleranza (t) <10pf | Coefficiente di temperatura |
|---|---|---|---|---|---|
| Nero | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2.0pF | |
| Marrone | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0,1 pF | -33 × 10-6 |
| Rosso | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25 pF | -75 × 10-6 |
| arancia | 3 | × 1.000 | ± 3% | -150 × 10-6 | |
| Giallo | 4 | × 10.000 | ± 4% | -220 × 10-6 | |
| verde | 5 | × 100.000 | ± 5% | ± 0,5 pF | -330 × 10-6 |
| Blu | 6 | × 1,000000 | -470 × 10 -6 | ||
| Viola | 7 | -750 × 10-6 | |||
| Grigio | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
| bianca | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1.0pF | |
| Oro | × 0,1 | ± 5% | |||
| Argento | × 0,01 | ± 10% |
Queste indicazioni sono state utilizzate per identificare il valore dei condensatori.
In questi condensatori a cinque bande, le prime due bande rappresentano le cifre, la terza indica il moltiplicatore, la quarta per la tolleranza e la quinta rappresenta la tensione. Vediamo un esempio per comprendere il processo di codifica a colori.
Example 1 - Determina il valore di un condensatore con un codice colore giallo, viola, arancione, bianco e rosso.
Solution- Il valore del giallo è 4, il viola è 7, l'arancione è 3 che rappresenta il moltiplicatore. Il bianco è ± 10 che è il valore di tolleranza. Il rosso rappresenta la tensione. Ma per conoscere la tensione nominale, abbiamo un'altra tabella, da cui deve essere nota la banda particolare a cui appartiene questo condensatore.
Quindi il valore del condensatore è 47nF, 10% 250v (tensione per banda V)
La tabella seguente mostra come viene determinata la tensione in base alle bande a cui appartengono i condensatori.
| Colore cinturino | Tensione nominale (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| Nero | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| Marrone | 6 | 200 | 100 | 1.6 | |
| Rosso | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| arancia | 15 | 400 | 40 | ||
| Giallo | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| verde | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| Blu | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Viola | 50 | 800 | |||
| Grigio | 900 | 25 | 25 | ||
| bianca | 3 | 1000 | 2.5 | 3 | |
| Oro | 2000 | ||||
| Argento | |||||
Con l'aiuto di questa tabella, la tensione nominale per ciascuna banda di condensatori è nota in base al colore dato. Il tipo di tensione nominale indica anche il tipo di condensatori. Ad esempio, quelli di TIPO J sono condensatori al tantalio immerso, quelli di TIPO K sono condensatori di mica, quelli di TIPO L sono condensatori in polistirene, quelli di TIPO M sono condensatori a banda elettrolitica 4 e quelli di TIPO N sono condensatori a banda elettrolitica 3. In questi giorni, la codifica a colori è stata sostituita dalla semplice stampa del valore dei condensatori come accennato in precedenza.
Reattanza capacitiva
Questo è un termine importante. La reattanza capacitiva è l'opposizione offerta da un condensatore al flusso di corrente alternata, o semplicemente corrente alternata. Un condensatore resiste al cambiamento nel flusso di corrente e quindi mostra una certa opposizione che può essere definita comereactance, poiché insieme alla resistenza che offre deve essere considerata anche la frequenza della corrente di ingresso.
Symbol: XC
In un circuito puramente capacitivo, la corrente IC leads la tensione applicata di 90 °
Coefficiente di temperatura dei condensatori
Il massimo cambiamento in Capacitancedi un condensatore, in un intervallo di temperatura specificato, può essere noto dal coefficiente di temperatura di un condensatore. Afferma che quando la temperatura supera un certo punto, il cambiamento di capacità di un condensatore che potrebbe verificarsi è inteso come iltemperature coefficient of capacitors.
Tutti i condensatori sono normalmente realizzati considerando una temperatura di riferimento di 25 ° C. Quindi il coefficiente di temperatura dei condensatori è considerato per i valori di temperature che sono al di sopra e al di sotto di questo valore.