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.

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.

Sottoclasse	Picco di tensione impulsiva	Applicazione
X1	> 2,5 kV, ≤4 kV	Impulsi elevati frequenti
X2	> 2,5 kV	Generico

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.

Sottoclasse	Tipo di isolamento	Tensione nominale
Y1	Doppio isolamento oppure isolamento rinforzato	≤ 500 V
Y2	Isolamento semplice o supplementare	≥ 150, ≤ 500 V
Y4	Isolamento 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 Condensatore	IEC 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.