Condensatore

Un condensatore è un dispositivo elttronico con due terminali. Il condensatore piano ha due piani sovrapposti di superficie A o S al cui interno è inserito un isolante che ha una costante dielettrica relativa e i due piani sono distanti d. Per calcolare la capacità di un condensatore piano si utilizza questa formula:

C=epslon*A/d e la sua misura è il Farad.

Esistono tanti tipi di condensatori:

-elettrolitici che hanno una polarità e non possono essere invertiti. Si possono utilizzare solo in continua;

-al tantalio

-ceramici

Questi ultimi possono essere utilizzati sia in continua che in alternata.

Possiamo collegare un condensatore in serie ad una resistenza alimentati con una tensione continua ecome il seguente schema elettrico.

Se chiudiamo il tasto nel circuito il condensatore inizierà a caricarsi

se per t=0-->Vc(t)=0

La ormula per calcolare la carica  di un condensatore :.

Carica di un condensatore:

Vc = Vmax *(1-e^(t/-RC))

I = Imax*e^(-t/RC)= (Vmax / R)*e^(-t/RC)

Successivamente, quando il condensatore è carico apriamo il tasto e cortocircuitiamo l'alimentazione verso massa e scarichiamo il condensatore attraverso la resistenza verso massa.

In questo caso per t=0--> Vc(0)= Vmax

cioè il condensatore si comporta come un alimentatore di tensione pari a Vmax, sulla resistenza circolerà una resistenza che avrà verso opposto alla corrente che si aveva nella caricadel condensatore.

Scarica di un condensatore:

Vc = Vmax * e^(-t/RC)

I = - Imax*e^(-t/RC)= - (Vmax / R)*e^(-t/RC)

Se adesso consideriamo il seguente circuito e  calcoliamo

tau=R*C=470*10E-6

e colleghiamo un segnale ad onda quadra con

f =1/5*tau=1/(5*470*10E-6)=42,53 Hz

possiamo visualizzare la carica e la scarica direttamente con l'oscilloscopio. La simulazione fatta con il software multisim è la seguente:

Per modificare il circuito possiamo anche inserire un diodo led in serie al circuito.

L'unica differenza è che stavolta la tensione massima di carica non sarà 10 volt quanto l'alimentazione ma

Vmax=Val-Vd=(10-1,7) V= 8,3 V

Inoltre la corrente massima sul diodo sarà

Imax=Vmax/R=8,3 V/470 Ohm=0,0176 A= 17,6mA

Con lo schema elettrico seguente possiamo visualizzare la carica e la scarica attraverso due diodi led. Il tempo di carica e scarica tau=R*C=470*10uF=0,0047 sec. Anche con l'oscilloscopio dovrebbe vedersi la carica e scarica, mettendo il time/div a 10ms e il volt/div a 5Volt, come nella seguente immagine.

Per aumentare il tempo di carica e scarica tau basta cambiare il valore del condensatore.

Nel laboratorio di telecomunicazione abbiamo montato il seguente circuito con una resistenza R=10K Ohm con in serie un condensatore C=220uF a cui abbiamo collegato due diodi led uno rosso e uno verde per visualizzare rispettivamente la carica e la scarica del condensatore e abbiamo alimentato il circuito con una tensione continua di 10 Volt. Per visuializzare la carica, abbiamo chiuso il primo interruttore T1 e il diodo D1 si è acceso e poi lentamente la luce diminuiva perchè il condensatore si stava carivando attraverso la resistenza R. Quando il condensatore era perfettamente carico e il diodo D1 era spento, abbiamo aperto il tasto T1 e successivamente abbiamo chiuso il tasto T2. In questo modo la carica del condensatore si scaricava sul diodo D2 attraverso la resistenza R. Anche il questo secondo diodo, prima la luce emessa era molro forte e pian pianino si riduceva in quanto il condensatore si scaricava. Questo è un classico esempio per visualizzare la carica e la scarica di un condensatore. Nellle seguenti immagini si può vedere come è stato collegato il circuito.

In questo caso il tempo tau= R*C=10000*220uF=2,2 sec

mentre

5*tau=2,2*5=11,0 sec

Con questi valori di tau era possibile apprezzare l'accensione e lo spegnimento dei due diodi .

Per visualizzare la carica e la scarica di un condensatore con un diodo led, propongo di realizzare anche il seguente circuito.

Carica del condensatore

Calcoliamo tau quando il condensatore si carica con J1 rivolto verso il condensatore e J3 chiuso. 

tau1 = R1*C= 1M Ohm*10 uF= 10 s

Se vogliamo possiamo misurare questo tempo con un cronometro. Facendo i conti dopo 10 secondi la tensione sul condensatore si riduce del 63%, diventando Vc= 12*0,63=7,56 Volt.

Scarica del codensatore

Spostiamo il tasto J1 verso massa , chiudiamo J2 e apriamo J3.

In questo caso il condensatore si scarica e il diodo si accende;

Per un tempo tau2= R2*C= 150 Ohm*10uF=0,0015 s resta acceso, ma continua a rimanere acceso fino a quando ai suoi capi non si raggiungono 1,66Volt, cioè non si raggiunge la sua tensione di soglia. Successivamente si spegne del tutto perchè per Vs<1,666Volt il diodo è spento, anche se il condensatore continua a scaricarsi fino a raggiungere i 0 Volt.

in queste condizioni la correnti di scarica massima è:

Imax=Vmax/R2=12V/150 Ohm=80 mA.

Questa corrente max si ha per pochi millisecondi, ma è un po alta.

Possiamo abbassare la corrente di scarica , sostituendo la R2 con una più alta, ad esempio pari a 

R2=Vmax/Id   

dove Vmax è la tensione massima raggiunta dal condensatore, che nel nostro caso è 12 Volt, mentre Id possiamo porla uguale  20 mA. Facendo questa sostituzione porremo

R2=10 V/20mA=500 Ohm.

Se non abbiamo quella da 500 Ohm ne poniamo una da 470 Ohm.