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Atti giuridici dell’Unione Europea

Gli atti giuridici che l’Unione Europea utilizza per esercitare i propri compiti sono regolamenti, direttive, decisioni, raccomandazioni e pareri.

Gli atti giuridici sono definiti come tali a partire dall’articolo 288 del trattato sul funzionamento dell’Unione europea (TFUE) e seguono delle procedure legislative definite nell’articolo 289 del TFUE. Vediamo di seguito come sono stati definiti nell’art. 288 e per ognuno di essi le caratteristiche principali.

Trattato sul funzionamento dell’Unione europea (TFUE)

I trattati sono degli accordi che i paesi dell’Unione Europea decidono di sottoscrivere ed a cui si vincolano. Il TFUE, assieme al Trattato sull’Unione Europea (TUE), rappresenta il fondamento del diritto europeo.

Il Trattato sul funzionamento dell’Unione Europea, in particolare, all’articolo 288 (Parte sesta, Titolo 1, Capo 2, Sezione 1) definisce gli strumenti che UE deve utilizzare per esercitare i propri compiti.

Di seguito viene riportato l’art. 288 del TFUE.

“Per esercitare le competenze dell’Unione, le istituzioni adottano regolamenti, direttive, decisioni, raccomandazioni e pareri.

Il regolamento ha portata generale. Esso è obbligatorio in tutti i suoi elementi e direttamente applicabile in ciascuno degli Stati membri.

La direttiva vincola lo Stato membro cui è rivolta per quanto riguarda il risultato da raggiungere, salva restando la competenza degli organi nazionali in merito alla forma e ai mezzi.

La decisione è obbligatoria in tutti i suoi elementi. Se designa i destinatari è obbligatoria soltanto nei confronti di questi.

Le raccomandazioni e i pareri non sono vincolanti.”

L’articolo 289 del TFUE, invece, definisce le procedure legislative attraverso cui vengono adottati i Regolamenti, le Direttive, le Decisioni, le Raccomandazioni ed i Pareri. Le procedure legislative che l’Unione Europea utilizza nel suo processo decisionale sono due e sono riassunte di seguito.

  • Procedura legislativa ordinaria: la legiferazione avviene in maniera congiunta e paritaria da parte del Parlamento Europeo e dal Consiglio Europeo. Il processo prevede due letture sottoposte a votazione. La legge viene approvata se è votata dalla maggioranza dei paesi dell’Unione europea (almeno il 55 % dei paesi) e se questi paesi rappresentano insieme il 65% della popolazione europea.
  • Procedura legislativa speciale: la legiferazione non è definita in maniera puntuale nel TFUE in quanto, essendo una procedura speciale, le condizioni di applicazione vengono definite caso per caso. Nelle procedure legislative speciali è il Consiglio dell’Unione Europea a legiferare mentre il Parlamento ha un ruolo che può essere limitato alla consultazione oppure alla approvazione. Il Parlamento esprime un voto che qualora raggiunga la maggioranza assoluta porta all’accettazione o al respingimento della proposta di legge, senza possibilità di modificarla. Il Consiglio invece non ha la possibilità di ribaltare la decisione del Parlamento.

Regolamenti

Il regolamento è un atto giuridico direttamente applicabile a tutti gli stati membri dell’Unione Europea. Il regolamento, in tutti i suoi elementi, ed è vincolante per le istituzioni europee, gli stati membri dell’unione e le categorie di persone cui si rivolge.

Le caratteristiche principali di un regolamento sono le seguenti.

  • Alla data di entrata in vigore un regolamento risulta direttamente applicabile in tutti i paesi dell’unione in maniera simultanea ed uniforme. Non è quindi necessario che venga recepito formalmente da un Paese tramite una legge nazionale.
  • Il regolamento, dalla data di entrata in vigore, ha valenza giuridica e quindi definisce diritti e doveri per l’individuo.
  • Il regolamento, data la sua valenza universale all’interno dell’Unione, può essere utilizzato indistintamente nei rapporti degli individui con altri individui o paesi ed autorità dell’Unione.

Direttive

La direttiva è un atto giuridico che si può applicare ad uno, alcuni oppure tutti i paesi dell’Unione. E’ vincolante per i suoi destinatari ma unicamente in merito agli obiettivi da raggiungere. La direttiva infatti stabilisce dei risultati da perseguire ma ogni Stato è libero di scegliere con quali modalità raggiungere questi risultati. Quando una Direttiva entra in vigore, i paesi hanno un periodo di tempo limitato della durata tipica di due anni per recepirla con una norma nazionale. La norma nazionale contiene le indicazioni sui metodi che il paese ha scelto per raggiungere gli obbiettivi imposti dalla direttiva.

Si distinguono due tipi di direttive: direttive ad armonizzazione minima oppure massima.

Una Direttiva di minima armonizzazione ha degli standard di normativi minimi. Questo permette agli stati di recepire la Direttiva per come è stata concepita oppure applicare delle disposizioni più rigorose.

Una Direttiva di massima armonizzazione è una Direttiva che presenta delle disposizioni piuttosto stringenti. Sono questi i casi in cui i paesi dell’Unione generalmente non hanno un ordinamento normativo che copra adeguatamente gli aspetti alla base della Direttiva e quindi difficilmente i paesi dell’Unione introdurranno norme più rigide.

Qualora un paese non recepisca una Direttiva oppure non lo faccia nei tempi stabiliti, la Commissione Europea potrebbe avviare una procedura di infrazione e portare ad eventuali ammende.

Decisioni

La Decisione è un atto giuridico vincolante in tutti i suoi elementi.

Una Decisione può non avere alcun destinatario ed in tal caso viene pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale dell’Unione Europea. Questo tipo di Decisioni sono spesso utilizzate nell’ambito della politica estera.

Una Decisione può avere uno o più destinatari. In tal caso viene notificata direttamente al soggetto destinatario della Decisione come ad esempio un’azienda oppure uno Stato. Questo tipo di atto è spesso utilizzato, ad esempio, per infliggere ammende ad un’azienda.

Raccomandazioni

La raccomandazione è un atto giuridico non vincolante. E’ rivolta ai paesi dell’Unione e rappresenta un invito a perseguire un certo comportamento senza avere alcun ordine giuridico. La raccomandazione è spesso utilizzata per dichiarare quale è la posizione delle istituzioni europee su alcuni aspetti che possono essere migliorati.

Pareri

Il parere è un atto giuridico non vincolante. E’ utilizzato dalle istituzioni europee per esprimere il proprio punto di vista su un particolare argomento. Il parere può essere emesso dalla Commissione europea, dal Consiglio europeo, dal Parlamento europeo, dal Comitato delle regioni e dal Comitato economico e sociale europeo.

Differenze tra Regolamenti e Direttive Europee

I regolamenti (come ad esempio il regolamento dispositivi medici 2017/745/UE) sono vincolanti per ogni stato membro dell’Unione Europea ed risultano validi dal giorno stesso di entrata in vigore.

Le direttive (come ad esempio la direttiva macchine 2006/42/CE) definiscono i risultati che ogni stato membro dell’Unione Europea deve raggiungere. Ogni stato è libero di decidere come traslare quanto indicato nelle direttive nelle proprio leggi nazionali.


Induttore (Guida pratica)

L’induttore è un componente elettrico passivo, reattivo, che al passaggio di corrente è in grado di accumulare energia elettromagnetica. La quantità di energia che l’induttore è in grado di immagazzinare, è identificata dal suo valore di induttanza.

L’induttore ha come funzione quella di immagazzinare energia sotto forma di energia elettromagnetica. Una importante proprietà dell’induttore è quella di immagazzinare e rilasciare rapidamente questa energia elettromagnetica. Questa è una caratteristica molto utile, ad esempio nel caso si voglia poter gestire dei picchi improvvisi di corrente. Inoltre, come il condensatore, è un componente con memoria poiché l’energia immagazzinata può essere rilasciata quando non è più alimentato. L’induttore trova utilità in svariate applicazioni in pressoché qualsiasi tipo di circuito. Vediamo in questo articolo quali sono le caratteristiche principali dell’induttore per capire come utilizzarlo al meglio e come sceglierlo adeguatamente.

Come è fatto un induttore?

Un induttore è tipicamente costituito da una bobina avvolta attorno ad un nucleo. La bobina è di materiale conduttivo, ad esempio un filo di rame, mentre il nucleo può essere di materiale ferromagnetico.

Taluni induttori non presentano il nucleo ma sono costituiti unicamente da un filo avvolto a spirale, in questo caso di parla di induttore in aria.

Quando nell’induttore circola corrente questo genera un campo magnetico. La variazione del flusso magnetico nel tempo produce a sua volta una tensione. L’intensità del flusso magnetico dipende dalle caratteristiche costruttive dell’induttore che vengono espresso tramite il valore di induttanza (L). I fattori che influenzano il flusso magnetico, e quindi il parametro di induttanza, sono il numero di avvolgimenti, la sezione del filo avvolto a spirale e, nel caso di induttore con nucleo, la permeabilità magnetica del nucleo e la sua sezione.

Consideriamo, per semplicità, un induttore lineare (che non varia la sua induttanza nel tempo). La relazione tra tensione v e variazione di corrente i è la seguente.

    \[  v = L \frac{di}{dt}; \]

dove L rappresenta il parametro di induttanza e si misura in Henry (H). L’induttanza è il parametro fondamentale dell’induttore e raccoglie in sé le caratteristiche fisiche e costruttive del componente tramite la seguente relazione.

    \[  L = \mu \frac{N^{2}A}{l}; \]

dove μ rappresenta il valore di permeabilità magnetica del nucleo e si misura in Henry su metro (H/m), N rappresenta il numero di avvolgimenti del conduttore (il numero di spire del filo di rame), A la sezione del nucleo ed l la lunghezza del nucleo.

Da queste relazioni si capisce che induttori con avvolgimenti e nuclei diversi hanno valori diversi di induttanza.

, a sua volta, dipende

Consideriamo, per semplicità, un induttore lineare (che non varia la sua induttanza nel tempo). Come detto in precedenza, la variazione del flusso magnetico induce una tensione che può essere espressa dalla seguente relazione.

    \[   v = \frac{d \Phi _B}{dt}; \]

dove v rappresenta la tensione e Φ rappresenta il flusso magnetico.

Assumendo quindi che l’induttore non vari la propria induttanza nel tempo si ha una dipendenza lineare del flusso magnetico con la corrente circolante a meno del parametro di induttanza L che è costante. La relazione tra flusso magnetico e corrente per ogni istante di tempo è quindi la seguente.

    \[   \Phi _B (t) = L i(t); \]

dove i rappresenta la corrente ed L rappresenta l’induttanza.

Combinando la prima e la seconda relazione si esplicita la dipendenza della tensione dalla variazione di corrente tramite il parametro di induttanza L.

    \[  v = L \frac{di}{dt}; \]

A cosa serve un induttore

L’induttore ha svariate applicazioni nei circuiti elettrici ed elettronici. Vediamo di seguito le principali.

L’induttore come filtro

L’induttore, quando attraversato da corrente presenta una tensione ai sui capi. Questa tensione è proporzionale alla variazione di corrente nel tempo.

Nel caso in cui la corrente sia costante (corrente continua), non essendoci variazione di corrente, la tensione ai capi dell’induttore è nulla ovvero si comporta come un corto circuito. Quindi, una corrente continua che attraversa un induttore trova una impedenza nulla. Nella realtà, a causa degli effetti parassiti tale impedenza è molto bassa ma non nulla.

Quando invece l’induttore è attraversato da una corrente alternata questo rappresenta una impedenza che sarà tanto più grande quanto più è elevata la frequenza del segnale.

Da questo deriva il comportamento dell’induttore che, se posto in serie, permette di filtrare le componenti in alternata permettendo il passaggio di corrente in continua. Se, invece, l’induttore è posto in parallelo con un terminale connesso a terra, il segnale in ingresso risulterà disaccoppiato per la parte in continua mentre permetterà il passaggio della componente in alternata. L’induttore quindi, a seconda di come è posizionato può essere utilizzato come filtro delle componenti in continua oppure in alternata del segnale in ingresso. Questo comportamento è mostrato nella tabella seguente.

Generalmente l’induttore è utilizzato in combinazione con condensatori e/o resistenze per creare i cosiddetti filtri passivi, utili per ripulire il segnale da componenti indesiderate di rumore. A seconda di come induttori, condensatori e resistenze sono connessi, il filtro può assumere diversi tipi di risposta in frequenza:

  • passa-basso
  • passa-alto
  • passa-banda.

Le configurazioni più semplici che implementano questi filtri sfruttando semplicemente induttori e condensatori, sono mostrate di seguito.

Filtro LC passa-basso

I filtri passa-basso permettono il passaggio di segnali in continua ed a bassa frequenza mentre impediscono il passaggio di segnali ad alta frequenza.

Filtro LC passa-alto

I filtri passa-alto permettono il passaggio di segnali ad alta frequenza mentre impediscono il passaggio di segnali in continua ed a bassa frequenza.

Filtro LC passa-banda

I filtri passa-banda permettono il passaggio di quella parte di segnale in un determinato intervallo di frequenze mentre impediscono il passaggio di segnali nelle altre frequenze.

L’induttore nei trasformatori

Un trasformatore è costituito da due o più induttori che condividono lo stesso campo magnetico. I trasformatori funzionano in corrente alternata ed hanno un largo utilizzo nell’elettronica di potenza. Nella figura seguente viene mostrato lo schema di funzionamento di un trasformatore monofase.

Il nucleo in questo caso è un anello generalmente di materiale ferromagnetico. Un filo di materiale conduttore, avvolto attorno una parte dell’anello, è connesso ad una fonte di segnale in frequenza come può essere la rete di alimentazione in alternata e costituisce il primo induttore. Un secondo filo di conduttore è avvolto su un’altra parte dell’anello formando così il secondo induttore collegato al resto del circuito. Il primo avvolgimento, quello collegato all’ingresso, è detto primario mentre quello collegato al carico è detto secondario. Variando il rapporto tra il numero di avvolgimenti del primario e del secondario è possibile variare la tensione in uscita dal trasformatore. Un grande vantaggio nell’utilizzo dei trasformatori è la separazione fisica che vi è tra il primario ed il secondario. Grazie a questa, la tensione secondaria non risente di eventuali disturbi presenti sulla tensione primaria.

Il sensore induttivo

I sensori induttivi sfruttano l’induzione elettromagnetica per determinare la presenza o più in generale la distanza di un altro oggetto di materiale ferromagnetico. L’induttore viene utilizzato come parte fondamentale del circuito oscillatore che genera un campo elettromagnetico ad alta frequenza. Quando un oggetto metallico si avvicina a questo campo ne risulta influenzato poiché subirà la presenza di correnti indotte ma allo stesso tempo influenzerà il lo stesso campo elettromagnetico in quanto porterà a cambiare l’ampiezza della oscillazione. Da questa variazione viene poi ricavata la distanza dell’oggetto dal sensore. Un grande vantaggio dei sensori induttivi è che il loro funzionamento non è influenzato da fattori ambientali come temperatura oppure umidità e resistono bene alla polvere ed allo sporco e per questo trovano largo utilizzo in ambito industriale.

Motori ad induzione

I motori ad induzione, detti anche motori asincroni, si basano sullo stesso principio degli induttori ovvero l’induzione magnetica. I motori sono costituiti da una parte fissa detta statore ed una parte mobile detta rotore. Entrambi sono costituiti da laminati ed avvolgimenti. Quando il motore è alimentato da una corrente alternata, gli avvolgimenti dello statore creano un campo magnetico rotante che induce una tensione negli avvolgimenti del rotore. Le correnti che scorrono sul rotore in combinazione con l’effetto del campo magnetico rotante produce una coppia che fa muovere il rotore nella stessa direzione del campo.

L’induttore per immagazzinare energia

Una tipica applicazione dell’induttore che è utilizzato per immagazzinare energia è quella dei convertitori DC/DC. Questi convertitori vengono utilizzati per fornire in uscita dei valori di tensione diversi da quelli in ingresso. Si distinguono tre principali tipi di convertitori DC/DC che sono: il convertitore discesa (buck o step-down) che fornisce in uscita una tensione inferiore a quella in ingresso; il convertitore salita (boost o step-up) con un tensione in uscita superiore ai valori di quella in ingresso ed infine il convertitore di salita e discesa (buck-boost) che in un solo circuito combina l’azione dei precedenti e quindi a seconda delle applicazioni può fornire una tensione superiore od inferiore a quella di ingresso.

Questi convertitori basano il loro funzionamento sulla commutazione di interruttori generalmente realizzati tramite transistore. Si distinguono generalmente due fasi di lavoro del circuito. Nella prima fase l’interruttore è chiuso, circola corrente sull’induttore che si carica mentre nella seconda fase l’interruttore è aperto e l’induttore rilascia l’energia immagazzinata al circuito a valle. Questa modalità discontinua di utilizzo del segnale in ingresso (switching) presenta notevoli vantaggi in termini di efficienza ma allo stesso tempo le alte frequenze di commutazione portano inevitabilmente a produrre importanti interferenze elettromagnetiche.

L’induttore con nucleo di ferrite

Il nucleo di una ferrite può essere in metallo composto oppure in ferrite. La ferrite è un materiale ferromagnetico che può essere usato come nucleo dell’induttore in quanto offre numerosi vantaggi rispetto al classico metallo composto. Il parametro più importante è sicuramente la permeabilità magnetica. I valori di permeabilità possono variare a seconda del tipo di ferrite ma generalmente variano da 20 a 15.000 ma possono anche essere superiori. In conseguenza di questa caratteristica, quando una ferite è posta attorno ad un induttore, se opportunamente dimensionata è in grado di filtrare adeguatamente un certo range di frequenze che possono creare interferenze elettromagnetiche. Tuttavia, il recente sviluppo nei metalli compositi pare stia permettendo di superare anche i limiti dei nuclei di ferrite in quanto sono grado di fornire maggiore robustezza meccanica, dimensioni più contenute e minore dissipazione in calore.

L’induttore nei relè

Il relè è un interruttore che sfrutta il comportamento elettromagnetico di una bobina. Il relè è comandato da un piccolo segnale che eccitando la bobina fa muovere un contatto da una posizione ad un’altra permettendo quindi di comandare l’accensione oppure lo spegnimento di un carico come ad esempio una lampadina oppure un motore. Tale bobina è un avvolgimento di un filo tipicamente di rame e quindi è a tutti gli effetti un induttore.

Induttore per ricarica wireless

La ricarica wireless è un tipo di trasferimento di potenza senza fili. Esistono diverse modalità di ricarica senza fili. Si distinguono due categoria, la prima è basata sul trasferimento di potenza a campo vicino mentre la seconda sul trasferimento di potenza a campo lontano. Ad oggi, l’elettronica di consumo mette in commercio molti prodotti che permetto la ricarica senza fili basata sull’accoppiamento induttivo, detta anche ricarica induttiva. Il principio di funzionamento è quello tipico dell’induttore. Per la ricarica senza fili si ha una bobina alimentata da corrente alternata che si trova nella stazione di ricarica. Come per gli induttori “classici”, quando la bobina è attraversata da questa corrente alternata, si genera un campo magnetico la cui variazione induce una corrente alternata nella bobina presente nel dispositivo da ricaricare. Questa corrente viene poi successivamente “raddrizzata” per poter quindi ricaricare la batteria del dispositivo.

Simbolo grafico dell’induttore

I simboli grafici utilizzati per indicare l’induttore negli schemi elettrici, in base alla norma EN 60617 sono i seguenti.

Tipo di InduttoreIEC 60617
Induttore generico
Induttore a nucleo magnetico
Induttore a nucleo magnetico con traferro
Induttore a nucleo magnetico variabile con continuità
Induttore a prese fisse (in figura a due prese)
Induttore a contatto mobile, con variazione a gradini
Variometro

Tipi di induttore

Qui puoi trovare una lista dei principali tipi di induttore con relative caratteristiche ed applicazioni tipiche.

Induttore in aria

L’induttore in aria è costituito unicamente da un filo conduttore avvolto a spirale. Non è presente un nucleo metallico e per questo è detto “induttori avvolti in aria”. Alle volte l’avvolgimento è realizzato attorno a materiale non magnetico come plastica oppure ceramica unicamente per ragioni costruttive. Sono induttori generalmente a prezzo piuttosto contenuto in grado di fornire valori di induttanza che variano poco al cambiare delle condizioni di utilizzo e garantiscono perdite ridotte al crescere della frequenza del segnale.

Induttore a nucleo ceramico

Questi induttori hanno un comportamento analogo agli induttori in aria poiché il nucleo non è magnetico. In conseguenza di questo, bassi valori di permeabilità del nucleo portano a bassi valori di induttanza. Come gli induttori in aria, trovano applicazione in tutte quelle situazioni in cui è desiderabile avere basse perdite nel nucleo

Induttore a nucleo ferromagnetico

L’induttore a nucleo ferromagnetico è costituito di materiale ferromagnetico come ad esempio il ferro. In generale le caratteristiche di elevata permeabilità magnetica permettono di avere elevati campi magnetici che permettono di aumentare considerevolmente l’induttanza dell’induttore. Questi tipi di induttore risentono delle cosiddette perdite nel nucleo dovute a corrente parassitarie.

Induttore a nucleo di ferrite

Questi tipi di induttore presentano un nucleo di ferrite, un materiale caratterizzato dall’avere elevati valori di permeabilità magnetica. Le ferriti sono tipicamente composte di ossido di ferro (Fe2O3). Una caratteristica importante delle ferriti è quella di garantire bassa conduttività elettrica che permette di avere basse perdite dovute alle correnti parassitarie in presenza di segnali ad alta frequenza.

Induttore a nucleo in polvere metallica

Questi induttori hanno il nucleo costituito di un composto di polvere di materiali come Ferro, Silicio, Nichel. Sono caratterizzati dall’avere alte correnti continue ed una particolare robustezza alle sovratensioni. Gli induttori a nucleo in polvere metallica possono presentare valori anche molto diversi di induttanza poiché, a seconda dei materiali utilizzati per formare il composto, il nucleo può avere valori diversi di permeabilità magnetica.

Induttore a nucleo laminato

Questi induttori hanno il nucleo costituito da una serie di fogli sottili sovrapposti. Le caratteristiche di questo tipo di induttori dipendono dal materiale utilizzato per i fogli e per le dimensioni degli stessi. I fogli sono separati tra loro da materiale isolante che permette di aumentarne la resistenza elettrica e prevenire il flusso di correnti parassite. Applicazioni tipiche sono quelle in cui si hanno segnali ad alta frequenza, generalmente oltre il kHz.

Induttore variabile

Gli induttori variabili hanno la caratteristica di poter cambiare il proprio valore di induttanza. Questo può essere utile in applicazioni in cui è di interesse la possibilità di intervenire direttamente sul valore di induttanza dell’induttore per variarne l’induttanza senza dover cambiare il componente. Una progettazione tipica di un induttore variabile è quella mostrata in figura dove l’induttore a sinistra presenta un nucleo di ferrite mobile. Muovendo il nucleo di ferrite attraverso gli avvolgimenti, si andrà a cambiare i valori di permeabilità magnetica e di conseguenza il valore dell’induttanza dell’induttore dell’induttore. Un altro modello di induttore variabile è quello raffigurato a destra nella figura precedente costituito da un contatto mobile. Questo contatto, regolabile con un semplice cacciavite, permette di agire direttamente sul numero di avvolgimenti attorno al nucleo e quindi sul valore di induttanza.

Parametri dell’induttore

Qui ci sono i principali parametri dell’induttore.

Induttanza

L’induttanza nominale indica quanto l’induttore è in grado di opporsi alla variazione della corrente che lo attraversa. Si misura in Henry (H) e dipende dalle caratteristiche geometriche della bobina e da quelle fisiche del nucleo.

Tolleranza

La tolleranza indica lo scostamento dell’induttanza nominale dal suo valore reale. E’ indicata in percentuale ed esprime il range di possibili valori di induttanza che l’induttore può assumere. Le caratteristiche fisiche dei materiali coinvolti e costruttive dell’induttore possono far sì che il valore di induttanza possa variare al variare della temperatura ambiente e della frequenza.

Massima corrente continua

Questo parametro indica il massimo valore di corrente continua che può attraversare l’induttore senza che questo ne subisca i danni e viene espresso in Ampere (A).

Massima resistenza in continua

La massima resistenza in continua indica il massimo valore di resistenza che l’induttore può avere. A causa del comportamento non ideale dell’induttore ci sarà infatti una certa resistenza che l’induttore oppone ad un segnale in continua. Questo parametro si misura in Ohm (Ω) e rappresenta la resistenza ohmica dell’avvolgimento. Tipicamente è preferibile averlo basso poiché è responsabile di una dissipazione indesiderata di potenza ma è importante valutare eventuali esigenze di ingombro del componente. Una resistenza in continua più bassa si può ottenere utilizzando per gli avvolgimenti un cavo con sezione maggiore. Questa resistenza può essere rappresentata in serie all’induttore.

Fattore di merito Q

Il fattore di merito Q dell’induttore chiamato anche fattore di qualità è un parametro che indica quanto il comportamento dell’induttore approssima quello ideale. Rappresenta il rapporto tra la reattanza e la resistenza dell’induttore e dipende dalla frequenza. La formula del fattore di merito è:

    \[   Q = \frac{2 \pi f L} {R}; \]

Molte schede tecniche non riportano questo parametro ma può essere utile calcolarlo per capire se l’induttore che andiamo a mettere nel nostro circuito in base alla frequenza di utilizzo viene impiegato in maniera efficiente.

Frequenza di risonanza massima

La frequenza di risonanza massima indica la frequenza oltre la quale l’induttore si comporta come un condensatore. Bisogna considerare che gli avvolgimenti presentano degli effetti capacitivi tra loro stessi e quindi, in parallelo all’induttore, sono presenti delle capacità distribuite. Al crescere della frequenza cresce anche questo effetto capacitivo finché la capacita totale eguaglia il valore di induttanza. Questa è la frequenza di risonanza, a tale frequenza l’induttore si comporta come un circuito aperto mentre a frequenze superiori l’effetto induttivo è sempre più trascurabile rispetto a quello capacitivo.

Materiale

E’ tipico trovare nelle schede dati degli induttori anche il materiale di cui si compone il nucleo. Tipici materiali sono:

  • ferro;
  • ferro al carbonio;
  • ferrite;
  • ferrite allo zinco – manganese;
  • nanocristallo;
  • polvere di ferro;
  • fenolico;


Marcatura CE

La marcatura CE è un simbolo che indica che il prodotto su cui è apposto è conforme a tutte le prescrizioni di legge della comunità economica europea e quindi può circolare all’interno del mercato unico.

In questo articolo andremo a fare chiarezza sui concetti che sono alla base del marchio CE, vedremo quali sono gli obblighi del produttore o dell’importatore.

Cosa è la marcatura CE

La marcatura CE è un marchio di conformità. E’ costituito dalle iniziali CE che sono rappresentate come mostrato nella figura seguente.

Le specifiche per le dimensioni del marchio sono le seguenti:

  • è possibile apporre il marchio con dimensioni maggiori od inferiori rispetto a quelle mostrate in figura purché siano mantenute le proporzioni e
  • l’altezza delle lettere non deve essere inferiore a 5 mm.

Qualora le dimensioni del prodotto siano troppo piccole per poter contenere un marchio con altezza di 5 mm, in questi casi è permesso apporre il marchio direttamente sulla confezione del prodotto.

La marcatura CE ha il valore di una autodichiarazione attraverso la quale il soggetto che immette il prodotto sul mercato sia esso il fabbricante, l’importatore oppure il distributore, dichiara assumendosene la responsabilità, di aver assolto di a tutte le prescrizioni di legge per quella tipologia di prodotto e che quindi questo è sicuro ed affidabile.

A cosa serve la marcatura CE?

La marcatura CE serve al consumatore per sapere che il prodotto che acquista è sicuro ed è stato realizzato in accordo a dei definiti standard di sicurezza e qualità.

Per il fabbricante, l’importatore, il distributore, la marcatura CE serve ad assolvere agli obblighi di legge richiesti per la tipologia di prodotto che immette in commercio in quanto relativo alle Direttive Europee applicabili.

Attraverso la marcatura CE, il soggetto che immette il prodotto sul mercato dichiara che questo è conforme alle Direttive Europee. Tuttavia, la marcatura CE non rappresenta di per sé una prova del fatto che il prodotto sia conforme alle Direttive Europee.

Perché si mette la marcatura CE?

Il soggetto responsabile di mettere il prodotto sul mercato unico europeo dichiara che questo è conforme alle Direttive Europee. Poiché il prodotto è conforme ai requisiti essenziali delle Direttive, allora è tenuto a mettere il marchio CE. La marcatura CE significa che il prodotto può essere venduto in tutta l’area della Comunità Economica Europea. La marcatura CE fa quindi parte del processo di attestazione di conformità che il fabbricante mette in atto prima di vendere il prodotto per garantire che questo sia sicuro e di qualità.

Chi riguarda la marcatura CE?

La marcatura CE riguarda tutti gli operatori di mercato e quindi anche i consumatori. Possiamo distinguere tre soggetti diversamente coinvolti nel marchio CE di un prodotto che sono il fabbricante, l’importatore (ed il distributore) ed il consumatore. Vediamo ora più nel dettaglio quale è il ruolo di ognuno di questi nel mercato unico.

  • Fabbricante: è colui che produce il prodotto. E’ responsabile che il prodotto risponda ai requisiti di salute, sicurezza e protezione ambientale stabiliti dalla Unione Europea (UE). Prima di mettere in commercio il prodotto il fabbricante deve:
    • eseguire le verifiche di conformità,
    • predisporre il fascicolo tecnico,
    • redigere la dichiarazione di conformità e
    • porre il marchio CE sul prodotto.
  • Importatore e distributore: sono degli intermediari che si pongono tra il fabbricante ed il venditore oppure tra fabbricante ed acquirente. Importatore e distributore devono essere a conoscenza dei requisiti legali che il prodotto che importano o distribuiscono deve rispettare. E’ loro responsabilità riconoscere un prodotto non conforme ed eventualmente evitare che questo arrivi sul mercato. Importatore e distributore generalmente non posseggono l’intera documentazione di progetto che costituisce il fascicolo tecnico del prodotto ma devono essere in grado di poterla reperire, anche parzialmente, su richiesta delle autorità competenti.
  • Consumatore: è colui che acquista il prodotto che ha trovato sul mercato unico europeo. Il consumatore, ovviamente non ha obblighi né responsabilità relative alla sicurezza dei prodotti che si trovano sul mercato. E’ tuttavia tenuto ad utilizzare i prodotti acquistati nei modi e modalità descritte nelle istruzioni d’uso e fare attenzione ad eventuali avvertenze ed a segnalare al fabbricante ed alle autorità pubbliche eventuali problemi legati alla salute ed alla sicurezza.

Se l’importatore oppure il distributore vende un prodotto con il proprio nome allora assume gli stessi obblighi del fabbricante. In tal caso l’importatore o distributore è legalmente responsabile della sicurezza del prodotto e deve disporre di tutte le informazioni di progetto per poterne dimostrare la conformità alle leggi europee.

Chi mette il marchio CE?

E’ il fabbricante a mettere il marchio CE sul prodotto in quanto questo è uno degli step che deve compiere per dichiarare la conformità del prodotto. Bisogna fare comunque dei distinguo a seconda del prodotto che si intende mettere su mercato. Alcuni prodotti infatti non necessitano della marcatura CE poiché questa non viene richiesta dalle Direttive o Regolamenti applicabili. In altre situazioni, invece, i rischi legati alla sicurezza del prodotto sono tali da richiedere l’intervento di una organizzazione indipendente detta organismo notificato che valuti la sicurezza del prodotto prima della commercializzazione. In questi casi è il fabbricante a richiedere una verifica all’organismo notificato e solamente dopo che questa si è conclusa positivamente, può mettere il marchio CE su prodotto e venderlo. In tutti gli altri casi il fabbricante compie a tutti gli effetti una auto-dichiarazione vincolante dal punto di vista legale.

Cosa va marcato CE?

Nella tabella seguente sono elencati le tipologie di prodotto che richiedono la marcatura CE ed eventualmente l’intervento dell’organismo notificato.

Tipologia di prodottoMarcatura CEOrganismo NotificatoNote
Dispositivi medici (Classe I)✔/✘L'intervento dell'organismo notificato è necessario nel caso il dispositivo contenga funzioni di misura oppure sia venduto sterile
Dispositivi medici (Classe II o III)//
Dispositivi medici impiantabili attivi//
Dispositivi medici in vitro✔/✘Dipende dal prodotto e dalla procedura di verifica di conformità utilizzata
Apparecchi che bruciano carburanti gassosi//
Impianti a fune destinati al trasporto persone//
Prodotti da costruzione✔/✘✔/✘Dipende dal prodotto e dalla destinazione d'uso
Prodotti connessi all'energia (Ecodesign)✔/✘Dipende dal prodotto e dalla destinazione d'uso
Sistemi, installazioni ed apparecchiature elettriche ed elettroniche//
Apparecchi e sistemi
di protezione destinati a essere utilizzati in atmosfera potenzialmente esplosiva
✔/✘Dipende dal prodotto e dalla destinazione d'uso
Esplosivi per uso civile//
Caldaie ad acqua calda alimentate con combustibili liquidi o gassosi✔/✘Dipende dal prodotto e dalla destinazione d'uso
Ascensori//
Apparecchiature a bassa tensione//
Macchine✔/✘Dipende dalla tipologia di prodotto
Strumentazione di misura✔/✘Dipende dalla procedura di verifica della conformità applicabile al prodotto
Macchine ed attrezzature destinate a funzionare all'aperto con emissione acustica✔/✘Dipende dalla tipologia di prodotto
Strumenti per pesare a funzionamento non automatico✔/✘Dipende dal prodotto e dalla procedura di verifica di conformità utilizzata
Dispositivi di protezione individuale (categoria I)//
Dispositivi di protezione individuale (categoria II e III)//
Apparecchiature a pressione (Categoria I)//
Apparecchiature a pressione (Categoria II o superiore//
Articoli pirotecnici//
Apparecchiature radio✔/✘Dipende dal prodotto e dalla procedura di verifica di conformità utilizzata
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Condensatore (Guida pratica)

Il condensatore è un componente elettrico passivo, reattivo, in grado di accumulare energia in base al suo valore di capacità.

Il condensatore ha come funzione quella di immagazzinare energia sotto forma di carica elettrostatica. Il comportamento è paragonabile a quello di una batteria ricaricabile in virtù della sua capacità di caricarsi di energia e di conservarla teoricamente per un tempo infinito. Come il resistore e l’induttanza, anche il condensatore è un componente passivo in quanto parte dell’energia che riceve viene dissipata in calore e di conseguenza restituisce al circuito un valore di potenza inferiore a quella in ingresso. In questo articolo vediamo le caratteristiche principali del condensatore, le sue modalità di impiego, i parametri che dobbiamo tenere in considerazione quando dobbiamo sceglierne uno da inserire nel nostro circuito elettrico.

Come è fatto un condensatore?

Un condensatore è costituito da due conduttori elettrici separati da un dielettrico. Per dielettrico si intende un qualsiasi mezzo le cui caratteristiche fisiche siano tali da fornire conducibilità elettrica idealmente nulla come ad esempio un materiale isolante. Se ai conduttori è applicata una differenza di potenziale V si verifica che questi assumono una carica Q proporzionale a tale differenza di potenziale a meno di un parametro definito come capacità elettrica secondo la relazione seguente

    \[   C = \frac{Q}{V}\]

I conduttori elettrici sono chiamati armature e possono assumere diverse forme. Il dielettrico impedisce il passaggio di corrente e può essere un qualsiasi materiale isolante come l’aria oppure tipicamente tantalio, niobio, carta, etc..

A seconda di come sono modellate le armature, della distanza fra di esse, del materiale isolante utilizzato come dielettrico, il condensatore può assumere caratteristiche diverse che possono essere utili in particolari applicazioni.

A cosa serve un condensatore?

Il condensatore ha un comportamento del tutto simile a quello di una batteria, ovvero immagazzinare energia come carica elettrica. Diversamente da una batteria (come la pila del telecomando), i condensatori hanno dimensioni molto ridotte e possono immagazzinare un carica molto piccola. Allo stesso tempo la carica può essere rilasciata molto rapidamente e proprio per questo hanno una importanza fondamentale nei circuiti elettronici. Vediamo adesso quali sono le principali applicazioni del condensatore.

Condensatore come batteria

Il condensatore, quando collegato ad una linea di alimentazione, si comporta come una batteria ovvero si carica di energia che poi è in grado di rilasciare quando è sconnesso dall’alimentazione. Per questo è utile nei circuiti elettronici quando si vuole garantire ad un componente attivo una alimentazione costante. Se infatti si verificassero delle cadute di tensione l’alimentazione del componente attivo si interromperebbe comportando quindi ad una interruzione della sua funzione. Il condensatore in questo caso, se posto tra le linee di alimentazione del componente attivo, può preservarne il funzionamento garantendo una alimentazione stabile. Questo ovviamente è garantito per quelle cadute di tensione che sono più brevi della scarica del condensatore.

Condensatore per correzione del fattore di potenza

Il fattore di potenza è la misura dell’efficienza con cui un elemento elettrico è in grado di convertire la potenza elettrica in lavoro utile. Negli impianti elettrici si distinguono tipicamente due tipi di carichi: quello resistivo e quello resistivo-induttivo. Trasformatori, generatori, motori presenti sulle linee di alimentazione in alternata rappresentano dei carichi induttivi che provocano uno sfasamento tra la tensione e la corrente. Tale sfasamento, o meglio il coseno dell’angolo di sfasamento (cos(φ) ] ), rappresenta il fattore di potenza. Quando tensione e corrente hanno segno opposto si ha una inefficienza energetica poiché non è sufficiente erogare solo potenza attiva ma anche potenza reattiva. La potenza reattiva ha una componente positiva data dal contributo dei carichi induttivi ed una componente negativa data dai carichi capacitivi. L’introduzione di un condensatore, opportunamente dimensionato, può compensare l’effetto del carico induttivo riducendo la potenza reattiva e quindi aumentando l’efficienza dell’impianto.

Condensatore come sensore

I sensori capacitivi trovano larga applicazione in moltissimi dispositivi e si basano sulla misura della variazione del valore di capacità del condensatore. Applicazioni tipiche riguardano la misura della distanza (sensori di prossimità), la misura del livello di un liquido (sensori di livello) oppure l’analisi dei materiali. Il sensore stesso rappresenta una delle armature del condensatore mentre l’oggetto esterno rappresenta l’altra armatura. In assenza dell’oggetto, il sensore è in contatto con l’aria e quindi l’insieme di sensore ed aria agiscono come un condensatore con una certa capacità e quindi una certa quantità di carica immagazzinata. Quando l’oggetto si avvicina al sensore, avendo questo una costante dielettrica diversa da quella dell’aria, la capacità del condensatore formato dalla combinazione dei due cambierà e tale variazione, misurata dal sensore si traduce in una stima della distanza (oppure del livello).

Negli schermi touch screen il sensore capacitivo permette di capire quale area dello schermo viene selezionata. Il sensore, quando utilizzato in combinazione con un serbatoio, permette di avere una informazione sul suo riempimento. Quando il sensore è utilizzato in combinazione con un materiale può dare informazioni sulla sua integrità o spessore.

L’accoppiamento capacitivo è sfruttato in una vasta gamma di applicazioni per quanto riguarda la sensoristica. Oltre a quelle già citate è importante includere gli accelerometri capacitivi in tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical System) una tecnologia che oggigiorno è di largo consumo. Date le dimensioni, dell’ordine dei micrometri, ed i costi contenuti sono oggi di largo utilizzo soprattutto in ambito biomedicale per quanto riguarda la sensoristica indossabile. Gli accelerometri capacitivi MEMS sono dei veri e propri condensatori in silicio in cui una delle armature è fissa mentre l’altra è costituita da una membrana elastica dielettrica. Il movimento meccanico di questa membrana porta ad una variazione di capacità la cui misura viene tradotta in variazione di velocità e quindi accelerazione.

Condensatore come filtro

Il condensatore, come l’induttanza, è un componente reattivo cioè varia la sua impedenza al variare della frequenza del segnale che lo attraversa. In particolare il condensatore ha la proprietà di fornire alta impedenza in presenza di segnali a bassa frequenza e, viceversa, bassa impedenza in presenza di segnali ad alta frequenza. Questo lo rende particolarmente adatto ad applicazioni in cui occorre filtrare una componente del segnale indesiderata.

Se il condensatore è posto in serie il suo comportamento sarà quello di un filtro passa-alto. Se è posto in serie, le componenti ad alta frequenza del segnale in ingresso saranno trasmesse allo stadio successivo del circuito mentre le componenti a bassa frequenza saranno filtrate. Quando utilizzati in questa maniera, il condensatore viene anche chiamato condensatore di accoppiamento. Applicazioni tipiche sono quelle in cui un circuito deve gestire un segnale la cui componente in continua (DC) rappresenta rumore. Un esempio è quello dei circuiti ad amplificatori operazionali per correggere eventuali dissimmetrie dello stadio differenziale di ingresso che può generare un offset sull’uscita. Il condensatore nei stadi di amplificatori ad alto guadagno dove la componente in continua del segnale da amplificare non è di interesse.

Comportamento del condensatore in serie oppure in parallelo in presenza di un segnale in alternata oppure in continua

Al contrario, se il condensatore è posto in parallelo al segnale e connesso a terra, il suo comportamento sarà quello di un filtro passa-basso. La componente del segnale in alternata, infatti, troverà una bassa impedenza rappresentata dal condensatore e verrà quindi dispersa verso terra mentre la componente in continua sarà ancora disponibile per gli stadi successivi del circuito. Quando utilizzati in questa maniera, il condensatore viene anche chiamato condensatore di disaccoppiamento. Una tipica applicazione, in questo caso, vede l’utilizzo del condensatore a valle di un raddrizzatore.

L’uscita del raddrizzatore infatti, non è tipicamente regolare ovvero il segnale non è perfettamente in continua e la presenza del condensatore, rimuovendo la parte in alternata, migliora sensibilmente la qualità del segnale.

Condensatore di classe X ed Y

L’azione di filtraggio dei condensatori viene spesso sfruttata per filtrare la linea di alimentazione dalle interferenze elettromagnetiche (EMI – ElectroMagnetic Interference). Essendo direttamente connessi alla linea di alimentazione è importante che abbiano determinate caratteristiche e per questo sono chiamati condensatori di sicurezza. Un condensatore di classe X è normalmente installato tra le linee di alimentazione. Un condensatore di classe Y è installato tra una linea e terra.

Tipica

Vediamo di seguito le definizioni e le caratteristiche tecniche per ogni classe di condensatore.

Condensatore di classe X: condensatore adatto in quelle situazioni in cui un suo malfunzionamento non porti ad un pericolo di elettro shock ma potrebbe portare ad un pericolo di incendio.

Esistono due sottoclassi per i condensatori X a seconda del picco di tensione impulsiva che sono in grado di sostenere e a cui potrebbero essere soggetti durante il normale funzionamento. Questi valori possono essere quelli dovuti, ad esempio, alla scarica di un fulmine sulle linee o a qualche commutazione nelle apparecchiature vicine.

SottoclassePicco di tensione impulsivaApplicazione
X1> 2,5 kV, ≤4 kVImpulsi elevati frequenti
X2> 2,5 kVGenerico

Dalla tabella si può capire come sia possibile sostituire un condensatore X1 con un condensatore Y2 oppure Y1 che abbia la stessa tensione nominale o superiore. Un condensatore X2 può essere sostituito con un condensatore X1 oppure X2 oppure Y2 con stesso valore di tensione nominale o superiore.

X1 capacitors may be substituted by Y2 or Y1 capacitors of the same or higher UR. X2 capacitors can be substituted with X1 or Y2 or Y1 capacitors of the same or higher UR.

Condensatore di classe Y: condensatore adatto ad essere utilizzato in quelle situazioni in cui un suo malfunzionamento non porti ad un pericolo di elettro shock.

Esistono tre classi di condensatori Y (no, non esiste la classe Y3!). Vediamole nella tabella seguente.

SottoclasseTipo di isolamentoTensione nominale
Y1Doppio isolamento oppure isolamento rinforzato≤ 500 V
Y2Isolamento semplice o supplementare≥ 150, ≤ 500 V
Y4Isolamento semplice o supplementare< 150 V

Dalla tabella si può capire come sia possibile sostituire un condensatore Y2 con un condensatore Y1 solo se hanno lo stesso valore di tensione nominale oppure nel caso il condensatore Y1 abbia tensione nominale maggiore del condensatore Y1.

Dalle tabelle mostrate si può capire come per sostituire un condensatore di sicurezza occorre seguire le seguenti regole:

  • E’ possibile sostituire un condensatore X1 con un condensatore Y2 oppure Y1 che abbia la stessa tensione nominale o superiore.
  • E’ possibile sostituire un condensatore X2 con un condensatore X1 oppure X2 oppure Y2 con stesso valore di tensione nominale o superiore.
  • E’ possibile sostituire un condensatore Y2 con un condensatore Y1 che abbia la stessa tensione nominale o superiore.

Condensatore in un motore elettrico

Il condensatore nei motori elettrici in corrente alternata viene utilizzato con le seguenti finalità:

  • correggere il fattore di potenza ovvero bilanciare la potenza reattiva generata dal motore che rappresenta un carico induttivo;
  • permettere l’avvio del motore elettrico attraverso un avvolgimento ausiliario;
  • sostenere il campo magnetico rotante del motore durante il funzionamento ovvero quando già avviato.

Nel primo caso, già discusso in precedenza, bisogna considerare che il motore rappresenta un carico induttivo importante e quindi la correzione del fattore di potenza non è solo utile ma necessaria.

Il condensatore di avviamento viene utilizzato nei motori elettrici monofase in serie all’avvolgimento ausiliario. In questo modo la corrente che circola sull’avvolgimento ausiliario sarà sfasata in anticipo rispetto alla corrente che circola sull’avvolgimento principale producendo quindi un campo rotante con coppia non nulla. Una volta che la rotazione è andata a regime, un interruttore centrifugo (ad esempio un relè) esclude l’avvolgimento ausiliario e quindi la funzione del condensatore.

Il condensatore di marcia ha un comportamento del tutto simile a quello del condensatore di avviamento. Diversamente dal condensatore di avviamento, non avviene la disconnessione dell’avvolgimento ausiliario. Il condensatore, quindi, rimane alimentato durante il funzionamento del motore fornendo con continuità una coppia aggiuntiva.

Condensatore di avviamento e condensatore di marcia di un motore, andando ad alimentare l’avvolgimento ausiliario svolgono quindi la stessa funzione. Il condensatore di marcia ha un utilizzo prolungato e notevolmente maggiore rispetto a quello di avviamento e per questo hanno caratteristiche elettriche diverse. Tipicamente come condensatore di avviamento si utilizzano condensatori elettrolitici non polarizzati con capacità superiori ai 70 µF. Tipici condensatori di marcia sono i condensatori a film di polipropilene con capacità che possono variare tra 1,5 e 100µF.

Tomografia elettrica capacitiva

La tomografia elettrica capacitiva è una tecnica di imaging che deriva dalla tradizionale tomografia a impedenza elettrica utilizzata per avere informazioni sulla conduttività dell’oggetto di interesse. E’ una tecnica che viene principalmente utilizzata in geofisica. Lo scopo è quello di avere informazioni sulla distribuzione di impedenza nella regione di interesse e quindi riuscire a determinare la presenza di eventuali cavità o presenza di acqua o, in generale, variazioni nella composizione del terreno. La tomografia elettrica capacitiva consiste nell’utilizzo di un dipolo trasmittente che applica al terreno una tensione alternata che si accoppia in maniera capacitiva con il terreno. La conseguente tensione alternata misurata sul dipolo ricevente sarà proporzionale alla resistività del terreno secondo la legge di Ohm. Le mappe di resistività che ne derivano permettono di avere informazioni sul terreno utili nell’archeologia, per il rilevamento di infiltrazioni di acqua, di zone minerarie oppure cavità nel sottosuolo.

Simbolo grafico del condensatore

In tabella sono mostrati i simboli grafici associati a ciascun tipo di condensatore sulla base di quanto indicato nella norma tecnica EN 60617. I simboli sono gli stessi indicati nella norma americana ANSI Y32 (IEEE 315).

Tipo di CondensatoreIEC 60617
Generico
Passante
Regolabile
Con regolazione predeterminata (preset)
Differenziale
Regolabile a doppia armatura mobile
Polarizzato (es. elettrolitico)
Polarizzato variabile in funzione della temperatura (es. ceramico)
Polarizzato variabile in funzione della tensione (es. a semiconduttore)

Tipi di condensatore

I principali tipi di condensatore sono i seguenti.

Condensatore elettrolitico

Il condensatore elettrolitico presenta come dielettrico un elettrolita che può essere liquido o semisolido (gel) con una alta concentrazione di ioni che gli permette di avere alti valori di capacità. A seconda del materiale di cui è costituito si distinguono diversi tipi di condensatori elettrolitici come quelli in alluminio, tantalio oppure niobio.

Condensatore elettrolitico in alluminio

Il condensatore elettrolitico in alluminio è tipicamente costituito da due fogli di alluminio separati da una materiale poroso come carta, intriso di un elettrolita. Uno dei due fogli di alluminio viene anodizzato in maniera tale da formare uno strato di ossido di alluminio sulla sua superficie. Tale foglio costituisce l’anodo del condensatore, lo strato di ossido costituisce il dielettrico mentre il secondo foglio di alluminio è il catodo. I condensatori elettrolitici in alluminio possono essere fabbricati con elettrolita liquido oppure solido. A seconda del tipo di elettrolita utilizzato questo conferisce al condensatore caratteristiche diverse.

Condensatori con elettrolita liquido sono quelli a più basso costo e si possono trovare di dimensioni, capacità e valori di tensione molto vari ma hanno correnti di dispersione generalmente alte.

Condensatori con elettrolita solido che può essere diossido di manganese oppure un altro polimero solido hanno correnti di dispersione più basse in confronto ai condensatori con elettrolita liquido e sono più affidabili ad alte temperature ed alti livelli di umidità.

Condensatore elettrolitico in tantalio

Questi condensatori sono disponibili in una vasta gamma di tensioni, dalle basse fino a diverse centinaia di microfarad e presentano tolleranze generalmente inferiori rispetto ai condensatori elettrolitici in alluminio. Hanno dimensioni molto contenute e sono caratterizzate dal fornire una bassa impedenza quando il segnale di ingresso ha una frequenza elevata. Questi condensatori sono molti utilizzati nella microelettronica.

Condensatore elettrolitico in niobio

Niobio e tantalio appartengono alla stessa famiglia di metalli e quindi presentano caratteristiche simili. Come i condensatori in tantalio sono in grado di fornire alti valori di capacità con bassa tolleranza e bassa impedenza ad alte frequenze che gli rendono adatti all’utilizzo nella produzione di circuiti integrati. Se confrontati con i condensatori in tantalio, questi condensatori hanno generalmente correnti di dispersione più grandi, una tensione di guasto inferiore e temperature di lavoro più basse. Queste caratteristiche li rendono poco adatti ad applicazioni dove viene richiesta elevata affidabilità ma vengono spesso utilizzato quando è richiesto bassi valori di tensione inferiori ai 10V ed alte capacitò, superiori ai 100 microfarad.

Condensatore in mica argentata

I condensatori in mica argentata usano come dielettrico la mica che è un materiale della famiglia dei silicati mentre gli elettrodi sono costituiti in argento. La struttura cristallina della mica lo rende un minerale con caratteristiche di alta stabilità elettrica, chimica e meccanica. I valori di tolleranza che possono fornire possono arrivare a ±1% quindi molto piccola soprattutto se confrontata con quella dei condensatori ceramici. Sono tipicamente racchiusi in uno strato ceramico per proteggerlo da contaminazioni ambientali assicurando una alta stabilità nel tempo. Hanno un basso carico resistivo ed induttivo che li rende scarsamente dipendenti dalla frequenza e per questo sono molto utilizzati in applicazioni con frequenze molto alte.

I condensatori in mica argentata sono caratterizzati dall’avere un piccolo range di tolleranza, bassi livelli di coefficiente di temperatura, basse perdite e modeste variazioni di capacità in relazione alla tensione applicata. Allo stesso tempo hanno dimensioni piuttosto grandi, i materiali utilizzati ed il complesso processo di fabbricazione li rende anche molto costosi. Sono principalmente utilizzati nelle applicazioni a radio frequenza per costituire filtri oppure oscillatori e si trovano spesso nei trasmettitori a radio frequenza.

Condensatore in carta

Nei condensatori in carta, la carta rappresenta il dielettrico utilizzato. Si distinguono condensatori a fogli di carta e condensatori a carta metallizzata.

Nei condensatori a fogli di carta questa è posta tra due o più strati di alluminio. Questi strati vengono poi arrotolati e ricoperti di colla o resina plastica per proteggerli dalle contaminazioni ambientali.

Nei condensatori a carta metallizzata, la carta è coperta di metallo, di solito zinco o alluminio che poi vengono arrotolati a formare un cilindro. Infine questo cilindro viene ricoperto di colla o resina per protezione dall’ambiente. Tipicamente lo zinco non è molto utilizzato in quanto le reazioni chimiche in gioco lo degradano facilmente. Questi condensatori hanon dimensioni molto più piccole rispetto ai condensatori a fogli di carta.

I condensatori in carta solo spesso utilizzati in applicazioni che coinvolgono alte tensioni oppure alte correnti. Sono piuttosto permeabili alle influenze ambientali e quindi sono soggetti ad un facile degrado per via di una riduzione della resistenza di isolamento del dielettrico.

Condensatore a film

I condensatori a film presentano come dielettrico un sottile strato plastico (film). Sono condensatori non polarizzati il che li rende adatti ad applicazioni in corrente alternata oppure nell’elettronica di potenza. A seconda del tipo di film utilizzato ovvero delle caratteristiche del dielettrico, ci sono diversi tipi di condensatore a film che quindi hanno diverse applicazioni. Questi tipi di condensatore a film includono i condensatori a film metallizzato, a film di poliestere, a film di polipropilene, a film PTFE. Quelli a film metallizzato sono utilizzati in applicazioni che richiedono una prolungata stabilità, quelli a film PTFE dove è richiesta una elevata resistenza alle alte temperature. In generale, dipendentemente dalle caratteristiche del dielettrico che li costituisce è possibile trovare i condensatori a film nei filtri sulle alimentazioni, nei convertitori analogico-digitali, come condensatori di sicurezza, per generare flash di raggi-x, per alimentare laser pulsati o generare scariche luminose.

Condensatore ceramico

Nei condensatori ceramici il dielettrico è di materiale ceramico. I più utilizzati sono il condensatore ceramico multistrato e quello a disco. Sono caratterizzati dall’avere dimensioni contenute e sono venduti generalmente con valori di capacità tra 1 nF e 1µF ma possono trovarsi anche capacità superiori. Non sono polarizzati e sono caratterizzati dall’avere piccola resistenza ed induttanza parassita rendendoli adatti ad applicazioni in corrente alternata ed in generale ad applicazioni in frequenza. Esistono due classi di condensatori ceramici: Classe 1 e Classe 2.

Condensatore ceramico di classe 1

Questi condensatori sono molto affidabili ed forniscono valori di capacità stabili indipendentemente dalla tensione applicata, dalla temperatura oppure dalla frequenza del segnale. Hanno generalmente bassi valori di tolleranza che posso essere anche dell’ordine dell’ 1%. Sono molto utilizzati in applicazioni che richiedono alta stabilità e basse perdite.

Condensatore ceramico di classe 2

Questi condensatori hanno tipicamente una stabilità termica di circa il 15% alla temperatura di lavoro e dei valori di tolleranza di circa il 20%. Sono utilizzati in tutte quelle applicazioni che non richiedono le prestazioni di un classe 1.

Supercondensatore

I supercondensatori sono condensatori in grado di immagazzinare grandi quantità di carica elettrica. I valori di capacità che possono essere raggiunti possono arrivare a 12000F. Il loro funzionamento è ibrido tra quello di un condensatore tipico e quello di una batteria. I supercondensatori infatti, non usano il dielettrico per immagazzinare energia ma sfruttano due meccanismi distinti che sono il doppio strato elettrico e la pseudocapacità. Nella capacità a doppio strato elettrico ci è un immagazzinamento di tipo elettrostatico nell’interfaccia tra la superficie conduttrice e la soluzione elettrolita. La pseudocapacità vi è un immagazzinamento elettrochimico dovuto alle reazioni chimiche di ossido riduzione che avvengono sull’elettrodo.

I vantaggi dei supercondensatori possono essere riassunti come segue:

  • i tempi di carica e scarica paragonabili ai normali condensatori;
  • la potenza specifica (intesa come la massima potenza in uscita per peso del dispositivo) può essere anche dieci volte superiore a quelli delle normali batterie al litio, tipicamente di 10 kW/kg;
  • non hanno problemi di surriscaldamento e quando in corto non esplodono come le batterie al litio.

Gli svantaggi dei supercondensatori sono:

  • l’energia specifica (intesa come il totale dell’energia immagazzinata per perso del dispositivo) è bassa, tipicamente 5Wh/kg e questo significa che sono in grado di sostenere la capacità per un tempo 30-40 volte inferiore se paragonato a quello di una batteria al litio;
  • la scarica lineare ovvero un supercondensatore scarico al 30% fornirà una tensione il 30% inferiore rispetto al suo valore massimo mentre una batteria ha una caratteristica diversa e quindi quando è scarica al 30% continuerà a fornire lo stesso valore nominale di tensione;
  • i costi elevati anche considerato che non esiste una produzione di massa di questi tipi di condensatori.

Le applicazioni tipiche sono quelle che riguardano l’industria automotive (i.e. KERS – Kinetic Energy Recovery System) oppure quando è necessario mantenere informazioni in memoria per un breve periodo. Potenzialmente potrebbero trovare un largo impiego per la ricarica delle auto elettriche poichè la loro grande velocità di ricarica permetterebbe di ricaricare l’auto in pochi minuti.

Parametri del condensatore

La scelta di un condensatore è fondamentale nella progettazione di un circuito e quindi è importante capire le specifiche dei parametri che vengono dichiarati dal costruttore del condensatore. Di seguito sono mostrati i principali parametri di un condensatore.

Capacità

La capacità nominale è sicuramente il parametro più importante per un condensatore. L’unità di misura è il Farad e tipicamente si trovano indicati i sui sottomultipli come microfarad (10-6 Farad), nanofarad (10-9 Farad) o picofarad (10-12 Farad). Il valore di capacità nominale alle volte può essere espresso in termini di frequenza in quanto per alcuni tipi di condensatore la capacità può dipendere dalla frequenza, ciò tipicamente non avviene per i condensatori elettrolitici che sono piuttosto robusti alle variazioni di frequenza. Bisogna tenere conto anche dell’impedenza che il condensatore è in grado di fornire al variare della frequenza. L’impedenza sarà tanto più piccola quanto più grande è il valore di capacità nominale.

Tolleranza

Un altro parametro importante per la corretta scelta del condensatore è la tolleranza. La tolleranza è espressa in percentuale ed indica il range entro cui la capacità del condensatore si può discostare dal suo valore nominale. Condensatori utilizzati in applicazioni di accoppiamento/disaccoppiamento hanno valori tipici di tolleranza del ±5% oppure ±10 %. Laddove la precisione del valore di capacità è un requisito importante troviamo condensatori con tolleranze tipiche del ±1% oppure ±2% o inferiori. I condensatori elettrolitici hanno tolleranze tipiche anche del -tra il -20% ed il +80% il che li rende poco adatti ad applicazioni dove è importante avere un determinato valore di capacità.

Tensione di lavoro

La tensione di lavoro indica la massima tensione continua che può essere applicata al condensatore. Tipicamente questa tensione è in continua quindi bisogna tenere presente che i Volt indicati sono in DC. In alcuni casi, per applicazioni in alternata, il costruttore può indicare il valore in AC ma bisogna ricordare che questa è la tensione RMS e quindi per ottenere la tensione massima AC applicabile bisogna moltiplicare questo valore per 1,414 ovvero √2. Un buon approccio generale è quello di utilizzare il condensatore al 50% della tensione di lavoro nominale in modo tale da assicurarsi ottimi valori di affidabilità del circuito.

Dielettrico

Il dielettrico di cui si costituisce il condensatore è il principale responsabile degli altri parametri. Le caratteristiche del condensatore infatti dipendono principalmente dal tipo di dielettrico utilizzato. Queste caratteristiche sono state presentate nel paragrafo Tipi di condensatore.

Temperatura di lavoro

La temperatura di lavoro indica il range di temperatura entro cui è previsto il corretto funzionamento del condensatore. Il costruttore infatti avrà progettato il condensatore per garantire i valori nominali entro determinati valori di temperatura di lavoro. Il range di temperatura di lavoro di un condensatore dipende da altri fattori come la tensione di lavoro e la corrente di ripple che diminuiscono all’aumentare della temperatura. Il range di temperatura di lavoro è estremamente importante quando si ha a che fare con condensatori elettrolitici. I condensatori elettrolitici, infatti, hanno una vita utile che diminuisce considerevolmente all’aumentare della temperatura di lavoro.

Coefficiente di temperatura

Il coefficiente di temperatura è un indici di quanto le caratteristiche del condensatore possono cambiare al variare della temperatura. Tipicamente le caratteristiche di un condensatore variano poco con la temperatura ma in applicazioni, come ad esempio negli oscillatori, è importante tenerne conto.

Corrente di dispersione e resistenza di dispersione

La corrente di dispersione indica il valore di corrente che scorre attraverso il condensatore. I condensatori reali infatti presentano sempre delle imperfezioni che fanno sì che non siano perfettamente isolanti e quindi lasciano fluire una certa quantità di corrente quando una volta caricato è disconnesso ma anche quando si sta caricando. La corrente e la resistenza di dispersione sono connesse tra loro dalla relazione della legge di Ohm e tipicamente viene indicato solo uno dei due parametri. I supercondensatori così come i condensatori elettrolitici in alluminio sono caratterizzati da alti valori di corrente di dispersione e questa viene indicata nella scheda dati del condensatori. I condensatori ceramici e quelli a film plastico sono caratterizzati da bassi valori di corrente di dispersione e per questo viene tipicamente fornito il solo valore di resistenza di dispersione.

Corrente e resistenza di dispersione sono parametri importanti e di cui bisogna tenere conto in quanto possono portare ad un surriscaldamento importante oppure possono avere livelli tali da portare il circuito in uno stato indesiderato. Valori alti di resistenza di dispersione nei circuiti ad alta tensione possono portare a far sì che il condensatore sia ancora carico dopo che l’alimentazione al circuito è stata disconnessa. Questo genera un pericolo che tipicamente è indicato con apposite avvertenze che spesso si trovano apposte sopra i dispositivi come i driver o gli inverter.

Resistenza in serie equivalente (ESR)

Questo parametro rappresenta il valore di impedenza che assume il condensatore in condizioni di corrente alternata ed è particolarmente utile in applicazioni ad alta frequenza.

Autoinduttanza

L’autoinduttanza fornisce il valore dell’induttanza parassita che il condensatore reale possiede e quindi può essere importante nei circuiti ad alta frequenza.

Frequenza di autorisonanza

La frequenza di autorisonanza nella scheda dati di un condensatore indica la frequenza oltre la quale il condensatore si comporta come una induttanza. Questo è dovuto al fatto che nella realtà il condensatore non si comporta in maniera ideale come un condensatore “puro” ma sono presenti delle componenti parassite in serie che possono essere rappresentate da una resistenza parassita ed una induttanza parassita. Il comportamento di un condensatore può infatti essere approssimato con quello di un circuito RLC. In conseguenza di questo modello RLC si ha che a basse frequenze l’impedenza del circuito diventa dominata dal contributo del condensatore mentre ad alte frequenze è dominata dall’induttanza parassita. In base a questo modello RLC si ha che alla frequenza di risonanza l’impedenza del circuito ha unicamente un contributo resistivo.

La frequenza di autorisonanza del condensatore è un parametro importante nelle applicazioni a radio frequenza ed è facile ritrovarla indicata nella scheda dati dei condensatori ceramici.

Corrente di ripple

La corrente di ripple rappresenta la componente in alternata (AC) che è presente in un condensatore reale quando a questo è applicato un segnale in continua (DC). La corrente di ripple insieme alla resistenza equivalente ESR sono i fattori dai quali dipende la potenza dissipata del condensatore. Nel caso i valori di corrente di ripple siano elevati le caratteristiche del condensatore risulterebbero degradate a causa dell’innalzamento della sua temperatura interna portando a ridurre la sua vita utile.


Resistore (Guida pratica)

Il resistore è un componente elettrico passivo, non reattivo, che limita il passaggio di corrente elettrica in base al suo valore di resistenza elettrica.

Il resistore è tra i componenti elettrici più diffusi. E’ un componente passivo in quanto, quando riceve energia, parte di questa non viene restituita al circuito ma viene dissipata in calore ovvero energia termica tramite effetto Joule. E’ inoltre un componente non reattivo in quanto nel caso ideale non dipende dalla frequenza del segnale in ingresso. Il resistore è il componente le cui caratteristiche permettono di avere un determinato valore di resistenza elettrica al passaggio di corrente. Dipendentemente dall’utilizzo, il resistore può essere di tipi differenti. Per convezione viene indicato il valore della resistenza elettrica direttamente su di esso tramite stampa del valore oppure codifica a colori. Vediamo adesso le caratteristiche principali dei resistori.

A cosa serve il resistore?

Il resistore è utilizzato nei circuiti elettrici ed elettronici per poter fornire un particolare valore di resistenza elettrica dipendentemente dall’applicazione del circuito.

Il resistore può servire a svariate applicazioni dipendentemente da come viene utilizzato. Applicazioni comuni del resistore includono l’utilizzo per:

  • imporre un determinato valore di corrente al circuito;
  • imporre valori definiti di tensione e corrente a componenti attivi come ad esempio i transistor ovvero poter assicurare un particolare livello logico;
  • produrre un determinato livello di calore;
  • definire una precisa impedenza al circuito;
  • in generale, limitare il flusso di corrente e la tensione al nodo.

Resistore lineare e resistore non lineare

A seconda dell’applicazione e quindi della finalità di utilizzo i resistori possono presentare dimensioni, forme e materiali diversi. Indipendentemente da questo possiamo distinguere due principali categorie di resistore:

  • resistore lineare;
  • resistore non lineare.

Resistore lineare

Sono resistori lineari tutti quei resistori in grado di fornire un determinato livello di resistenza elettrica indipendentemente dalla corrente che li attraversa. In un resistore lineare la tensione varia proporzionalmente con la corrente cioè è rispettata la legge di Ohm. Si distinguono due tipi di resistori lineari:

Resistori fissi

Sono resistori fissi tutti quei resistori in grado di fornire un unico e specifico valore di resistenza elettrica.

Resistori variabili

I resistori variabili sono tutti quei resistori in grado di fornire un range di valori di resistenza elettrica. Tali valore di resistenza può essere definito andando ad esempio ad agire su una manopola oppure su una vite. Un tipico esempio di applicazione resistore variabile è quello del controllo audio dello stereo o della televisione. Tra i componenti più comuni che realizzano una resistenza variabile troviamo ci sono i potenziometri, i trimmer ed i reostati.

Resistore non lineare

I resistori non lineari sono quei resistori in cui la resistenza elettrica che sono in grado di fornire non varia linearmente con la corrente che li attraversa. Nei resistori non lineari non è rispettata la legge di Ohm. La resistenza elettrica dei resistori non lineari presenta quindi un valore che dipende da fattori diversi come ad esempio la tensione applicata, la temperatura, la luminosità. Alcuni esempi di resistori variabili sono i seguenti.

Varistore

Nel varistore la resistenza elettrica fornita dal componente dipende dalla tensione che è stata applicata ai capi dello stesso e sono generalmente composti di materiali come il selenio (Se), il silicio (Si), il carburo di silicio (SiC).

Termistore

Nel termistore la resistenza elettrica fornita dal componente dipende dalla sua temperatura. Nel caso in cui il valore di resistenza elettrica diminuisca all’aumentare della temperatura si dice che il termistore ha un coefficiente di temperatura negativo (NTC) mentre se il valore di resistenza elettrica aumenta all’aumentare della temperatura si dice che il termistore ha un coefficiente di temperatura positivo (PTC). Termistori NTC sono tipicamente utilizzati per effettuare misure di temperatura. Termistori NTC sono ad esempio utilizzati per la protezione di circuiti poiché, aumentando la loro resistenza all’aumentare della temperatura, svolgono la funzione di fusibile auto ripristinabile.

Fotoresistore

Questo tipo di resistore è caratterizzato da valori di resistenza elettrica che dipendono dall’intensità luminosa cui è sottoposto. Troviamo questo tipo di resistori in alcuni tipi di sveglie oppure in quelle lampade o lampioni che, a seconda delle applicazioni, si possono accendere o spegnere in presenza di luce.

Magnetoresistore

I valori della resistenza elettrica del magnetoresistore variano al variare del campo magnetico applicato. I magnetoresistori sono tipicamente utilizzati nei sensori di posizione, nelle misure di intensità e direzione del campo magnetico, oppure per la detezione di metalli.

Simbolo grafico del resistore

Tutti i tipi di resistore presentano il proprio simbolo che è quello poi utilizzato negli schemi elettrici ed in tutte le rappresentazioni grafiche. Lo standard internazionale per i simboli grafici dei componenti elettrici è IEC 60617, tuttavia è comune vedere negli schemi simboli definiti nello standard americano ANSI Y32.

Tipo di resistoreIEC 60617ANSI Y32
Resistore
Resistore variabile
Potenziometro
Trimmer
Fotoresistore

Tutti i resistori variabili presentano assieme al simbolo IEC 60617 o ANSI Y32 l’indicazione del valore del coefficiente caratteristico con relativa unità di misura.

Parametri del resistore fisso

Il resistore è quel componente reale che realizza il concetto di resistenza elettrica. Ovviamente nella realtà la capacità del resistore di assumere un determinato valore di resistenza elettrica dipende da fattori intrinsechi come il materiale di cui è costituito e fattori estrinsechi come fattori ambientali legati all’ambiente di utilizzo. Vediamo ora quali sono i principali parametri che caratterizzano un resistore. Questi parametri sono quelli che tipicamente si trovano nelle schede dati del componente.

Valore nominale del resistore

Il valore nominale del resistore è il valore della resistenza elettrica che è realizzata dal componente. L’unità di misura sono gli Ohm (simbolo: Ω) e può essere preceduto da una lettera che ne indica il fattore moltiplicativo secondo il Sistema Internazionale (esempi: µ=micro=0,000001, k=chilo=1000, M=mega= 1000000). Se per esempio troviamo l’indicazione del valore di 4,7kΩ vorrà dire che il resistore realizza un valore di resistenza elettrica di 4700Ω. Il valore nominale del resistore può inoltre essere stampato direttamente sul resistore oppure essere indicato tramite codifica a colori (vedi paragrafo successivo) e lo si intende alla temperatura di 25°C. La temperatura di 25°C è quella tipica dell’ambiente.

Potenza nominale del resistore

Una altro parametro importante che caratterizza un resistore è il valore della potenza nominale espresso in Watt (simbolo: W). Tale valore indica la potenza che il resistore è in grado di dissipare ad una temperatura di 70°C. Vari fattori influenzano tale parametro che dipende principalmente dalla grandezza fisica del resistore ovvero dalle sue dimensioni, dal materiale che lo costituisce ed ovviamente dal processo di fabbricazione dello stesso. La temperatura di 70°C è il limite superiore per cui tale valore di potenza nominale, così come dichiarato dal fabbricante del resistore, è da ritenersi valido. Per temperature superiori ai 70°C la potenza decresce linearmente rispetto a quella nominale. Questo andamento è espresso graficamente tramite la così detta curva di riduzione della potenza detta anche curva di derating. Un esempio di tale curva è mostrato di seguito.

Si nota che sino a 70°C la potenza che il resistore è in grado di dissipare rappresenta il 100% della potenza nominale ovvero le due potenze coincidono. Superati i 70°C si ha un calo lineare della potenza dissipata, nella figura seguente ad esempio si può notare come a 120°C la potenza dissipata sia il 40% di quella nominale.

Tolleranza del resistore

Il valore di tolleranza del resistore è espresso in percentuale (%) ed indica quanto la resistenza elettrica del resistore si può discostare dal suo valore nominale. Se, ad esempio, un resistore con valore nominale di resistenza pari a 100Ω ha una tolleranza pari a 5% significa il resistore può assumere valori di resistenza elettrica che variano tra 95Ω e 105Ω. Questo ovviamente ha un impatto importante sui valori ammissibili di corrente che si vuole controllare e per questo si distinguono le seguenti categorie.

  • Bassa precisione: resistori con tolleranza pari al 20%;
  • Media precisione: resistori con tolleranza pari a 10% o 5%;
  • Alta precisione: resistori con tolleranza pari a 2%, 1%, 0,5%;
  • Altissima precisione: resistori con tolleranza inferiore a 0,25% o 0,1%.

In commercio sono disponibili resistenze con valori di resistenza differenti ma ben definiti e stabiliti in base allo standard EN 60063. Questo standard infatti indica come preferibili una serie di valori resistenza elettrica e li raggruppa in serie in base al relativo valore di tolleranza. Queste serie sono la E3, E6, E12, E24, E48, E96 e la E192 e questa standardizzazione ha permesso di unificare non solo il mercato dei componenti ma anche dei relativi prodotti. Nella tabella seguente sono mostrati i valori di resistenza per ogni serie.

SerieTolleranzaValori di resistenza
E3> 20%10, 22, 47
E6+/- 20%10,15, 22, 33, 47, 68
E12+/- 10%10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
E24+/- 5%10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
E48+/- 2%100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 261, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953
E96+/- 1%100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 499, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 953, 976
E192< 1%100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 165, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205, 208, 210, 213, 215, 218, 221, 223, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267, 271, 274, 277, 280, 284, 287, 291, 294, 298, 301, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379, 383, 388, 392, 397, 402, 407, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 517, 523, 530, 536, 542, 549, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673, 681, 690, 698, 706, 715, 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 919, 931, 942, 953, 965, 976, 988

Coefficiente di temperatura del resistore

Il valore di resistenza elettrica che il resistore è in grado di assumere è dipendente dalla temperatura dello stesso. Per questo un altro importante parametro per la caratterizzazione del resistore è quello del coefficiente di temperatura, espresso in ppm/°C ovvero parti per milione per grado centigrado. In applicazioni dove si vuole un controllo preciso del flusso di corrente è importante che questo parametro sia il più basso possibile in modo da avere prestazioni stabili. In altri casi, come in quello del termistore, questo parametro è molto alto proprio per le finalità di utilizzo di questo tipo di resistore variabile. Il coefficiente di temperatura dipende dal materiale con cui è realizzato il resistore.

Un resistore con 500ppm/°C è un resistore la cui resistenza varia di un fattore di 500×10-6 per ogni grado oltre i 25°C (se non diversamente indicato nella scheda dati). Tipicamente il costruttore del resistore presenta più di un valore a seconda della temperatura poiché la variazione di resistenza tipicamente non è lineare. E’ necessario quindi fare riferimento alla temperatura di esercizio, anch’essa indicata dal costruttore nella scheda dati del resistore in termini di “Temperatura massima di esercizio” e “Temperatura minima di funzionamento”. A questi ultimi due valori sono associati i relativi valori del coefficiente di temperatura del resistore generalmente indicati come “Coefficiente di temperatura massimo” e “Coefficiente di temperatura minimo”.

Tensione massima nominale del resistore

Rappresenta il valore della massima tensione di esercizio che il resistore è fisicamente in grado di sostenere ovvero il valore di tensione a cui il resistore è in grado di dissipare la potenza nominale. Se questo valore è superato, le conseguenze possono essere la rottura del resistore. Danni irreversibili che quindi pregiudicano irrimediabilmente il funzionamento del resistore possono verificarsi anche nel caso di tensioni vicine a quei valori, sostenute per un tempo prolungato. Ne consegue che tale tensione dipende dalle caratteristiche del materiale dell’isolamento del resistore.

Tensione di rumore del resistore

Un parametro che più raramente si incontra nelle schede tecniche dei resistori è quello della tensione di rumore. La tensione di rumore di un resistore è quella tensione che si ha ai capi del resistore in assenza di alimentazione. E’ tipicamente un rumore bianco cioè a valor medio nullo dovuto all’agitazione termica degli elettroni all’interno del resistore e che è indipendente dalla tensione applicata. Tale rumore è detto rumore Johnson–Nyquist, l’unità di misura sono i Volt e valori tipici sono dell’ordine dei micro-Volt.

Stabilità del resistore

La stabilità è un parametro di interesse per valutare l’affidabilità del resistore. La stabilità del resistore è espressa in percentuale (%) oppure in parti per milione (ppm) ed indica quanto il valore di resistenza elettrica del resistore si discosta, nel tempo, dal valore nominale. Si trova generalmente assieme a dei valori di tempo di lavoro e temperatura. Se ad esempio il costruttore di un ipotetico resistore da 100 Ω dichiara stabilità pari a 500 ppm, 2.000 h a 70 °C, si intende che se utilizzo il resistore alla potenza nominale per 2000 ore ad una temperatura di 70°C bisogna attendersi un decadimento (anche detta deriva) del valore di resistenza di 100*500*10-6 corrispondente a 0,05 Ω.

Temperatura di funzionamento del resistore

Nel caso in cui l’utilizzo del resistore richieda di tener conto di temperature particolari, è necessario fare attenzione alla temperatura di funzionamento del resistore che il costruttore indica generalmente nella scheda dati con un range di valori temperatura. Se ad esempio il costruttore dichiara una temperatura di funzionamento compresa tra -55°C e 125°C significa che il resistore è in grado di sostenere queste temperature e quindi funzionare avere le prestazioni dichiarate mentre, al contrario, al di fuori di questo intervallo il resistore potrebbe facilmente danneggiarsi in maniera irreversibile.

Codifica dei colori del resistore

Il valore di resistenza elettrica del resistore può essere indicato direttamente sul componente oppure essere indicato tramite bande colorate. Ogni banda rappresenta un numero e, a seconda della posizione, assume un significato. Le bande dei colori si leggono da sinistra a destra. I resistori possono presentare 3, 5 oppure 6 bande colorate. Nel caso di resistori con 3 oppure 5 bande, l’ultimo colore indica la tolleranza e la banda risulta generalmente più distante dalle altre bande colorate. Nel caso di resistori con 6 bande, la penultima banda (contando da sinistra) si riferisce alla tolleranza mentre l’ultima banda rappresenta il coefficiente di temperatura Anche nel caso dei resistori a 6 bande l’ultima banda è riconoscibile dalle altre in quanto più larga, nel caso non sia distinguibile per larghezza occorre fare attenzione ai colori ammissibili per posizione. Di seguito la famosissima tabella dei colori del resistore.

Tabella colori resistore a 3 o 4 bande

ColorePrima bandaSeconda bandaTerza bandaQuarta banda
Prima cifraSeconda cifraMoltiplicatoreTolleranza
Nero-01-
Marrone1110+/- 1%
Rosso22100+/- 2%
Arancione331000-
Giallo4410000-
Verde55100000-
Blu661000000-
Viola77--
Grigio88--
Bianco99--
Oro--0,1+/- 5%
Argento--0,01+/- 10%

Vediamo di seguito un esempio di decodifica dei colori per un resistore a 4 bande.

Tabella colori resistore a 5 o 6 bande

ColorePrima bandaSeconda bandaTerza bandaQuarta bandaQuinta bandaSesta banda
Prima cifraSeconda cifraTerza cifraMoltiplicatoreTolleranzaCoefficiente di temperatura
Nero-001-200 ppm/°C
Marrone11110+/- 1%100 ppm/°C
Rosso222100+/- 2%50 ppm/°C
Arancione3331000-15 ppm/°C
Giallo44410000-25 ppm/°C
Verde555100000+/- 0,5%-
Blu6661000000+/- 0,25%10 ppm/°C
Viola777-+/- 0,1%5 ppm/°C
Grigio888-+/- 0,05%-
Bianco999---
Oro---0,1+/- 5%-
Argento---0,01+/- 10%-

Vediamo di seguito un esempio di decodifica dei colori per un resistore a 5 bande.


Resistenza e resistività elettrica

Resistenza e resistore sono due parole che molto spesso vengono utilizzate (erroneamente) in maniera indistinta ma non sono sinonimi. Il concetto di resistenza elettrica è relativo alla grandezza fisica mentre quello di resistore è relativo al componente elettrico. La resistività invece è strettamente connessa alla resistenza elettrica secondo le proprietà del conduttore. In questo articolo vedremo come sono connessi tra loro i concetti di resistenza elettrica e resistività elettrica.

Cos’è la resistenza elettrica

La resistenza elettrica è una grandezza fisica che indica la proprietà di un conduttore, o più in generale di un materiale, ad opporsi al passaggio di corrente elettrica quando sottoposto ad una differenza di potenziale tra i capi. A partire da quanto detto la resistenza elettrica R può essere espressa tramite la seguente relazione:

    \[ R=\frac{\triangle V}{I}; \]

dove ∆V rappresenta la differenza di potenziale ai capi del conduttore ed I rappresenta la corrente elettrica che attraversa il conduttore.

Da cosa dipende la resistenza elettrica

La resistenza elettrica dipende dalle caratteristiche fisiche del conduttore ovvero dal materiale che lo compone e da caratteristiche geometriche dello stesso. Se consideriamo il conduttore come un conduttore cilindro allora è possibile esprimere la resistenza elettrica tramite la seguente relazione:

    \[R = \rho \frac{L}{S};\]

dove ρ indica la resistività elettrica, L indica la distanza in metri tra cui è misurata la resistenza elettrica ed S indica l’area della sezione del conduttore misurata in metri quadri. L’unità di misura della resistenza elettrica è l’Ohm (Ω).

Cos’è la resistività elettrica

La resistività elettrica indica la proprietà specifica del materiale che compone il conduttore di opporsi al passaggio delle cariche elettriche ed ha come unità di misura ohm per metro (Ω·m).

La resistenza elettrica, inoltre, ha una dipendenza dalla temperatura. Tale dipendenza è legata alla resistività del materiale ρ. Quanto detto sinora è infatti valido se si considera una temperatura convenzionale di 20°C mentre più in generale occorre esprimere la resistività ρ esplicitando la dipendenza dalla temperatura ovvero:

    \[\rho = \rho _0 [1+\alpha (T-T _0)].\]

dove ρ0 è la resistività del metallo alla temperatura T0 ed α è il coefficiente termico dipendente dal materiale.

Relazione tra lunghezza, sezione e resistività del conduttore

Per capire queste relazione tra lunghezza, sezione e resistività del conduttore facciamo alcuni esempi assumendo, per semplicità, una temperatura di 20°C.

Esempio 1. Consideriamo due conduttori con identica sezione e lunghezza ma costituiti con diverso materiale, una misura della resistenza elettrica ai capi ci darà risultati diversi ed in particolare avremo:

  • valori di R più alti nel conduttore composto di materiale molto conduttivo ovvero con resistività alta e questo a significare che il conduttore si oppone fortemente al passaggio della corrente quando gli è applicata una differenza di potenziale ai capi;
  • valori di R più bassi nel conduttore composto di materiale poco conduttivo ovvero con resistività bassa e questo a significare che il conduttore si oppone debolmente al passaggio della corrente quando gli è applicata una differenza di potenziale ai capi.

Esempio 2. Consideriamo due conduttori composti dello stesso materiale ma con diversa sezione o lunghezza. Una misura della resistenza elettrica ai capi ci darà risultati diversi ed in particolare avremo:

  • valori di R più alti, a parità di lunghezza L, nel conduttore con la sezione S è più piccola ed in maniera similare, a parità di sezione S, nel conduttore con lunghezza L maggiore. Questo sta a significare che il conduttore si oppone fortemente al passaggio della corrente quando gli è applicata una differenza di potenziale ai capi;
  • valori di R più bassi, a parità di lunghezza L, nel conduttore con la sezione S è più grande ed in maniera similare, a parità di sezione S, nel conduttore con lunghezza L minore. Questo sta a significare che il conduttore si oppone debolmente al passaggio della corrente quando gli è applicata una differenza di potenziale ai capi.

Come detto in precedenza la resistenza elettrica dipende dalla temperatura a causa della resistività elettrica. Per tenere conto della temperatura negli esempi precedenti è sufficiente considerare che in materiali che sono buoni conduttori come i metalli, la resistività aumenta all’aumentare della temperatura mentre nei materiali che non sono buoni conduttori ovvero isolanti come il legno, la plastica, il vetro etc. essa decresce con la temperatura. In generale occorre tenere presente che nei metalli la resistività ha una dipendenza lineare dalla temperatura mentre nei semiconduttori diminuisce esponenzialmente con l’aumentare della temperatura.

Effetto Joule – potenza dissipata dovuta alla resistenza

Il conduttore che è attraversato da corrente elettrica in conseguenza della differenza di potenziale ai suoi capi genera una potenza proporzionale al prodotto della sua resistenza per il quadrato della corrente pari a:

    \[P \propto I^2 R.\]

Tale potenza viene dissipata principalmente in calore secondo il così detto effetto Joule. L’unità di misura della potenza è il watt [W] e, a seconda delle applicazioni, può rappresentare una conseguenza utile come nel caso dei fusibili, delle lampade ad incandescenza, degli elementi riscaldanti presenti nei forni, nelle lavastoviglie, nelle stufe oppure può essere indesiderata come nei trasformatori oppure nelle linee di trasmissione elettrica.

Conduttanza e conducibilità elettrica

I concetti di resistenza e resistività elettrica sono legati a quelli rispettivamente di conduttanza e conducibilità elettrica secondo la formula seguente:

    \[G = \frac{1}{R};\]

    \[\sigma = \frac{1}{\rho};\]

dove G e σ hanno come unità di misura il siemens (S) ed il siemens su metro (S/m) ed indicano rispettivamente la conduttanza e la conducibilità. Essendo l’inverso di resistenza e resistività ne consegue che la conduttanza indica la facilità con cui un mezzo è attraversato dalla corrente elettrica e la conducibilità indica la capacità del materiale che compone il conduttore di condurre la corrente elettrica.

Valori alti di G e σ indicano quindi che il mezzo considerato si comporta per geometria e caratteristiche fisiche come un buon conduttore elettrico mentre più i valori sono bassi più il mezzo tende a comportarsi da isolante elettrico.

Valori resistività elettrica e coefficiente termico

A titolo di esempio nella tabella seguente sono mostrati i valori si resistività e coefficiente termico per alcuni materiali.

MaterialeSimboloResistività
ρ (Ω*m)
ArgentoAg1.55e-8
RameCu1.70e-8
OroAu2.20e-8
AlluminioAl2.70e-8
NickelNi6.40e-8
FerroFe8.90e-8
TungstenoW5.65e-8
GermanioGe5.00e-7
TitanioTi5.54e-7
Grafite (Carbonio)C6.00e-5
SilicioSi1.00e-4

Nella pratica è solito trovare i valori di resistività espressi in Ω*cm, in tal caso è sufficiente dividere i valori in tabella per 100. La resistività di un materiale dipende inoltre dalla composizione chimica in particolare nel caso il materiale non sia puro ovvero composto da un solo elemento, occorre per questo fare riferimento direttamente alla scheda tecnica del produttore del materiale. E’ possibile in generale consultare il portale MatWeb, un enorme database che raccoglie le schede tecniche di materiali metallici, plastici, ceramici e compositi inseriti direttamente dai costruttori o distributori del materiale.

Differenza tra resistenza e resistività elettrica

La resistenza elettrica di un materiale è una misura della capacità dello stesso ad opporsi al flusso di corrente e dipende dalle dimensioni del conduttore e dalle caratteristiche fisiche del materiale che lo compone. Tali caratteristiche fisiche del materiale sono espresse tramite la resistività elettrica attraverso cui si esplicita la dipendenza con la temperatura.


Differenza tra elettronica analogica e digitale

In questo articolo andremo a vedere quali sono le differenze tra elettronica analogica ed elettronica digitale. Ti sarà sicuramente capitato di avere a che fare con l’elettronica come consumatore ed almeno una volta avrai sentito parlare di elettronica analogica e digitale. Se ancora non ti sono chiare le differenze o semplicemente vuoi approfondire, questo articolo fa al caso tuo! Prima di vedere le differenze, una breve introduzione all’elettronica, per capire meglio il contesto in cui ci stiamo muovendo.

Cosa si intende per elettronica

L’elettronica fa parte di quelle scienze che compongono la così detta Tecnologia dell’informazione – TI (Information Technology – IT). L’elettronica si occupa di elaborare l’informazione rappresentata da segnali elettrici. Tali segnali vengono creati, utilizzati ed elaborati sfruttando, appunto, il movimento degli elettroni nel vuoto oppure nei semiconduttori. Si deduce quindi come l’elettronica sia una scienza derivata da quella elettrica e, come quest’ultima, pone i propri fondamenti nella teoria dei circuiti elettrici e nella teoria dei campi elettromagnetici. Le applicazioni nel mondo attuale sono le più svariate e sono talmente integrate nel nostro vivere comune che spesso non si notano ed oggigiorno includono pressoché qualsiasi dispositivo attivo. Tra i tanti settori coinvolti ne ricordiamo solo alcuni come quello dei calcolatori elettronici, dei controlli automatici, del trasferimento dell’energia, delle telecomunicazioni. Dipendentemente dal tipo di segnali che vanno a trattare, si parlerà di circuiti elettronici analogici oppure digitali e quindi rispettivamente di elettronica analogica oppure digitale. E’ importante tenere presente che elettronica digitale ed analogica non sono insiemi totalmente disgiunti in quanto tutti i segnali elettronici sono, per natura, analogici. Per capire meglio questo concetto andiamo per gradi. Vediamo quindi le principali caratteristiche che riguardano l’elettronica analogica e l’elettronica digitale.

Cosa si intende per elettronica analogica

Elettronica analogica è quella scienza che studia l’elaborazione dei segnali analogici attraverso circuiti elettronici che quindi vengono chiamati circuiti elettronici analogici. Per capire meglio di cosa stiamo parlando andiamo a vedere cosa si intende quando si parla di segnali analogici.

Cosa sono i segnali analogici

Sono segnali analogici tutti quei segnali a tempo continuo ed a valori reali. Sono analogici tutti quei segnali che presentano una variazione e quindi una dipendenza continua dal tempo. A titolo di esempio nella figura seguente viene mostrata una rappresentazione di un segnale tempo continuo.

Il segnale mostrato x(t) è un segnale continuo dipendente dal tempo t ovvero rappresenta una funzione che assegna ad ogni istante di tempo t un valore reale. Esempi di segnali analogici sono tutti quei segnali come la temperatura ambientale, l’intensità luminosa, la pressione atmosferica oppure la corrente elettrica.

Cosa si intende per elettronica digitale

Elettronica digitale è quella scienza che studia l’elaborazione dei segnali digitali attraverso circuiti elettronici che quindi vengono chiamati circuiti elettronici digitali. Analogamente a quanto detto nel precedente paragrafo, anche in questo caso andiamo a vedere cosa si intende per segnali digitali.

Cosa sono i segnali digitali

Per segnali digitali si intendono tutti quei segnali tempo discreti ed a valori discreti. Sono digitali tutti quei segnali che presentano una variazione e quindi una dipendenza discreta dal tempo. A titolo di esempio nella figura seguente viene mostrata una rappresentazione di un segnale tempo discreto.

Come accennato nel primo paragrafo, tutti i segnali derivanti da circuiti elettronici sono segnali analogici in quanto i segnali digitali si basano su una rappresentazione binaria del segnale analogico. Il segnale digitale infatti può essere ottenuto tramite campionamento e quantizzazione di un segnale analogico. Si consideri un segnale tempo continuo a valori reali, il campionamento di questo tipo di segnale porta ad ottenere un segnale tempo discreto a valori reali ed un ulteriore quantizzazione di quest’ultimo segnale permette di ottenere un segnale tempo discreto a valori discreti detto anche segnale digitale. La conversione di un segnale analogico in digitale avviene tramite i così detti convertitori analogico-digitali, CAD (analog-digital converter, ADC).

Consideriamo a questo punto una tipica applicazione di questo concetto nell’ambito dell’elettronica digitale. Come detto in precedenza, tutti i segnali che derivano dai circuiti elettrici sono segnali analogici. Tali segnali rappresentano l’informazione e questa informazione, nell’elettronica digitale, viene rappresentata sotto forma binaria assegnando cioè a dei range di valori del segnale elettrico il significato di 0 logico ed ad altri range di valori il significato di 1 logico. Capiamolo meglio attraverso un esempio, consideriamo un segnale elettrico rappresentante la tensione V(t) variabile nel tempo.

Si assumano valori di tensione VH e VL tali che per ogni valore di V(t) superiore a VH viene associato un 1 logico mentre per ogni valore inferiore a VL viene associato uno 0 logico.

Differenza tra elettronica analogica ed elettronica digitale

Vediamo ora le differenze tra l’elaborazione analogica e quella digitale sotto i principali aspetti.

Resistenza ai disturbi ed al rumore

L’elaborazione digitale è maggiormente resistente ai disturbi rispetto a quella analogica. Nell’elettronica digitale infatti si richiede minore precisione del segnale elettrico poiché qualsiasi valore del segnale, se questo ricade all’interno di determinati range allora viene rappresentato con uno 0 logico oppure un 1 logico. L’elettronica digitale non risente quindi della precisione del segnale elettrico ma l’elaborazione di un segnale digitale ha una precisione che dipende dal numero di bit utilizzati per la sua rappresentazione. In conseguenza di questo, aspetti come quelli legati alle variazioni delle caratteristiche dei componenti oppure alla temperatura di lavoro hanno un impatto molto ridotto nell’elaborazione digitale.

Complessità nell’elaborazione del segnale

Nell’elettronica analogica, i segnali vengono elaborati in maniera diretta a partire dall’input ricevuto ovvero in maniera asincrona. Nell’elettronica digitale l’elaborazione é generalmente sincrona in quanto tipicamente i singoli blocchi del circuito comunicano tramite segnali sincronizzati ad un segnale periodico detto di clock. Inoltre dato che il segnale digitale deriva da un segnale analogico questo necessita di essere convertito tramite opportuni convertitori.

Progettazione

Un aspetto importante della elaborazione digitale è rappresentato dalla possibilità di una progettazione modulare ovvero la possibilità di suddividere il circuito complessivo in sotto-insiemi scarsamente dipendenti gli uni dagli altri. Questo permette ulteriori vantaggi intrinsici tra cui i seguenti:

  • riduzione della complessità del progetto;
  • riduzione dei tempi di sviluppo e quindi di messa in commercio;
  • riusabilità dei moduli che possono essere utilizzati per applicazioni diverse da quelle per cui sono stati sviluppati;
  • riduzione dei costi.

Sempre a livello di progetto i circuiti digitali si prestano più facilmente ad essere sviluppati tramite l’utilizzo di CAD, si prestano all’automazione e sono programmabili via software.

Conclusioni

I circuiti analogici sono scarsamente modulari e risentono fortemente delle caratteristiche dei singoli componenti che lo compongono. Sebbene l’elettronica digitale sia una derivazione dell’elettronica analogica questa permette di ottenere numerosi vantaggi difficilmente ottenibili nell’elaborazione analogica. Tuttavia, occorre tenere bene presente che nella realtà difficilmente è possibile avere una distinzione così netta tra circuiti digitali e circuiti analogici.

Elettronica analogica ed elettronica digitale non sono quindi due scienze disgiunte ed opposte bensì vanno considerate come complementari.


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