Condensatore: cos'è, come funziona e come leggere i valori
Il condensatore è, insieme alla resistenza, un componente che si incontra in moltissimi circuiti: negli alimentatori, nelle schede elettroniche e nei progetti…
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Il condensatore è, insieme alla resistenza, un componente che si incontra in moltissimi circuiti: negli alimentatori, nelle schede elettroniche e nei progetti con microcontrollore. In questa guida vediamo cos'è un condensatore, come funziona, quali tipi esistono, come si leggono i valori e quali precauzioni servono quando lo si maneggia al banco.
Cos'è un condensatore e come funziona
Un condensatore è formato da due conduttori, detti armature, separati da un isolante (il dielettrico). Quando si applica una tensione, sulle due armature si accumulano cariche uguali e opposte: il componente immagazzina così energia nel campo elettrico tra le armature.
La grandezza che lo caratterizza è la capacità, definita come rapporto tra la carica accumulata e la tensione applicata: C = Q/V. Come spiegano le dispense di fisica dell'Università del Salento, la capacità dipende solo dalla geometria dei conduttori e dal materiale che li separa, non dalla tensione applicata.
L'unità di misura è il farad (F), pari a un coulomb per volt. Nei circuiti di tutti i giorni si usano quasi sempre i sottomultipli: microfarad (µF, un milionesimo di farad), nanofarad (nF) e picofarad (pF).
Nel caso più semplice, il condensatore piano, la capacità vale C = ε₀εrS/d, dove S è la superficie delle armature, d la distanza tra loro, ε₀ la costante dielettrica del vuoto (circa 8,85 pF/m) ed εr la costante dielettrica relativa del materiale. Armature più grandi e più vicine, o un dielettrico migliore, danno una capacità maggiore.
Cosa fa un condensatore in un circuito
La corrente in un condensatore è legata alla variazione della tensione nel tempo: i = C·dv/dt. Ne derivano due comportamenti utili da ricordare:
- con una tensione costante, a regime la corrente è nulla e il condensatore si comporta come un circuito aperto;
- quando la tensione cambia, il condensatore si carica o si scarica, opponendosi alle variazioni rapide.
L'energia immagazzinata vale E = ½·C·V². Per esempio, un condensatore da 1 µF caricato a 12 V contiene 0,5 × 0,000001 × 144 = 72 microjoule; un condensatore di capacità molto più grande, caricato a tensione più alta, accumula invece un'energia che può essere pericolosa.
Carica e scarica: la costante di tempo RC
Un condensatore si carica sempre attraverso una resistenza, anche solo quella interna del generatore. Come riportano le slide di Isidoro Ferrante pubblicate sul sito del Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa, la carica cresce con legge esponenziale, Q(t) = CV₀(1 − e−t/RC), e durante la scarica diminuisce allo stesso modo. Il prodotto RC è il tempo caratteristico del circuito: dopo un tempo pari a RC il condensatore ha raggiunto circa il 63% della carica finale (1 − 1/e), e il tempo di dimezzamento è circa 0,69·RC.
Esempio: con una resistenza da 10 kΩ e un condensatore da 100 µF, RC = 10.000 × 0,0001 = 1 secondo.
I principali tipi di condensatori
I condensatori si distinguono soprattutto per il dielettrico. La costante dielettrica relativa dei materiali più comuni (carta, olio, mica, vetro) è tipicamente compresa tra 2 e 10. Ecco i tipi principali.
| Tipo | Dielettrico | Polarizzato | Caratteristiche |
|---|---|---|---|
| Ceramico | Ceramica | No | Piccolo, economico, di uso generale; valore spesso indicato con un codice numerico |
| A film plastico | Poliestere, polipropilene e altri | No | Buone prestazioni; il polipropilene ha basso assorbimento dielettrico |
| Elettrolitico all'alluminio | Ossido di alluminio | Sì | Capacità elevate; precisione e stabilità termica scarse |
| Al tantalio | Ossido di tantalio | Sì | Capacità elevata in dimensioni ridotte |
| A mica | Mica | No | Piccole capacità, ottimi per i circuiti a radiofrequenza |
Negli elettrolitici il dielettrico è un sottilissimo strato di ossido che si forma su un foglio di alluminio o tantalio: per questo il componente ha una polarità che va sempre rispettata, con un'armatura sempre positiva e l'altra sempre negativa.
Collegamento in serie e in parallelo
I condensatori si combinano al contrario delle resistenze:
- in parallelo le capacità si sommano: C = C₁ + C₂ + …;
- in serie si sommano gli inversi: 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + …; con due soli condensatori, C = C₁·C₂/(C₁ + C₂).
Due condensatori da 10 µF danno quindi 20 µF in parallelo e 5 µF in serie. In serie ogni condensatore porta la stessa carica e la tensione totale si divide tra i componenti. Se vuoi ripassare il confronto con le resistenze, trovi le regole nella nostra guida alla resistenza elettrica e alla legge di Ohm.
Come leggere i valori sul componente
Sui condensatori più grandi capacità e tensione sono stampate per esteso. Su quelli piccoli si usano codici:
- Individua il tipo: ceramico, a film o elettrolitico. Negli elettrolitici cerca anche il segno della polarità sul corpo.
- Leggi il codice numerico: nei ceramici il valore è spesso codificato; per esempio «103» indica 10 nF.
- Controlla la lettera della tolleranza: in alcuni condensatori una lettera finale indica la tolleranza, per esempio K per il 10% e M per il 20%.
- Verifica la tensione massima: oltre una certa intensità di campo il dielettrico cede e si possono avere scariche che danneggiano il componente. Scegli sempre un condensatore con tensione nominale adatta al circuito.
- Rispetta la polarità al montaggio, se il condensatore è polarizzato.
Sicurezza: carica residua e polarità
Un condensatore può restare carico anche dopo che l'apparecchio è stato scollegato. La normativa statunitense sulla sicurezza elettrica (OSHA, 29 CFR 1910.333) prevede che l'energia elettrica accumulata che può mettere in pericolo le persone venga rilasciata e che i condensatori siano scaricati prima di lavorare su un circuito. Le regole pratiche sono semplici:
- stacca sempre la tensione prima di ispezioni e riparazioni;
- non aprire alimentatori, televisori o apparecchi collegati alla rete se non hai la competenza per farlo: i condensatori di grande capacità e alta tensione possono restare carichi;
- al banco indossa gli occhiali di protezione.
Il regolamento dei laboratori didattici di elettronica dell'Università di Brescia ricorda che alcuni componenti, se alimentati in modo scorretto, possono esplodere, e cita espressamente i condensatori elettrolitici; lo stesso documento rende obbligatorio indossare gli occhiali di protezione mentre si lavora al banco.
Domande frequenti
Che differenza c'è tra condensatore e batteria?
Entrambi immagazzinano energia, ma il condensatore la accumula nel campo elettrico tra le armature, con un'energia pari a ½·C·V², e si carica e scarica secondo la costante di tempo RC del circuito.
Un condensatore lascia passare la corrente continua?
No: con una tensione costante, a regime la corrente è nulla e il condensatore si comporta come un circuito aperto. Conduce solo mentre la tensione varia.
Posso montare un elettrolitico al contrario?
No. Gli elettrolitici sono polarizzati e la polarità va rispettata: alimentati in modo scorretto possono danneggiarsi o esplodere.
Cosa significa 103 su un condensatore ceramico?
È un codice numerico del valore: «103» indica una capacità di 10 nF.
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