Elettronica pratica/Condensatori

Condensatori

Un condensatore è una variante della cella elettrica, con la quale la grande differenza è che il condensatore si scarica istantaneamente e la cella elettrica si scarica nel tempo.

Il condensatore è un dispositivo che immagazzina energia in un campo elettrico, accumulando una carica elettrica interna sbilanciata. È fatto di due conduttori separati da un dielettrico. Usando la stessa analogia dell'acqua che scorre dentro un tubo, un condensatore può venire immaginato come un recipiente, nel quale la carica può venire pensata come un volume d'acqua nel recipiente. Il serbatoio può "caricare" e "scaricare" allo stesso modo che un condensatore può caricare e scaricare una carica elettrica. Una analogia meccanica è quella di una molla. La molla mantiene un carico se è ritratta.

Quando esiste una tensione una estremità del condensatore si svuota e l'altra estremità si riempie di cariche elettriche. Ciò è noto come caricamento. Il caricamento crea uno sbilanciamento delle cariche elettriche fra le due armature e crea una tensione inversa che arresta il caricamento del condensatore. Come risultato, se il condensatore viene collegato la prima volta ad una tensione, la carica scorre fino all'arresto quando il condensatore si è caricato. Quando il condensatore è carico, la corrente cessa di fluire ed esso diventa un circuito aperto. È come se il condensatore avesse acquisito una resistenza infinita.

Un condensatore può venire immaginato come una batteria fittizia in serie con una resistenza fittizia. Iniziando la procedura di caricamento con il condensatore completamente scarico, la tensione applicata non è contrastata dalla batteria fittizia, poiché la batteria fittizia ha ancora tensione zero, e pertanto la corrente di caricamento è al suo valore massimo. Mentre il caricamento continua, la tensione della batteria fittizia aumenta, e si contrappone alla tensione applicata, cosicché la corrente di caricamento diminuisce mentre la tensione della batteria fittizia aumenta. Alla fine la tensione della batteria fittizia uguaglia la tensione applicata, che nessuna corrente può scorrere né dentro né fuori dal condensatore.

Capacità

La capacità di un condensatore è il rapporto fra la quantità di carica presente nel condensatore e la tensione applicata ai suoi terminali. L'unità di capacita è il Farad che è uguale ad un Coulomb per Volt. Questa unità di capacita è molto grande per la maggioranza degli scopi pratici, poiché i condensatori tipici hanno valori dell'ordine dei microfarad o minori.

L'equazione fondamentale della capacità è

$C={\frac {Q}{V}}$

In cui "C" è la capacità in Farad, "V" è la tensione in Volt, e "Q" è la carica misurata in Coulomb. Se si risolve questa equazione per il potenziale si ha:

$V={\frac {Q}{C}}$

L'mpedenza di un condensatore a qualsiasi data frequenza è data da:

$Z={\frac {1}{j\omega C}}$

in cui j è ${\sqrt {-1}}$, e $\omega$ è la frequenza e C è la capacità.

La carica nel condensatore in qualunque momento è l'accumulo di tutta la corrente che è scorsa attraverso il condensatore. Pertanto il potenziale come funzione del tempo può essere scritto come:

$v(t)={\frac {1}{C}}\int i(t)dt$

In cui i(t) è la corrente che scorre nel condensatore come funzione del tempo.

Questa equazione è usata frequentemente in altra forma. Differenziando questa equazione rispetto al tempo si ha:

$i(t)=C{\frac {dv(t)}{dt}}$

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