La capacità nei condensatori reali

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La capacità è, ovviamente, la caratteristica più importante di un condensatore. Il suo valore è però molto influenzato dalle condizioni ambientali e dall'utilizzo del condensatore.

Capacità nominale (capacitance): Il costruttore specifica sempre le condizioni alle quali ha effettuato tale misura (frequenza, tensione, temperatura...). In genere i valori di capacità in commercio seguono la serie E6 oppure la E12. Valori disponibili vanno, a seconda della tecnologia, da frazioni di pF a qualche mF. Esistono anche i cosiddetti supercap che arrivano anche a decine di farad.
Tolleranza (tolerance): Indica di quanto la capacità può, al massimo, variare se vengono rispettate le condizioni previste di funzionamento. In genere i condensatori hanno tolleranze più ampie delle resistenze: difficile andare oltre l'1%. A volte la tolleranza è asimmetriche rispetto al valore nominale: per esempio, per i condensatori elettrolitici, è normale avere -10% / +50%.
Tensione di lavoro (rated DC voltage): La massima tensione continua alla quale il condensatore può essere utilizzato rispettando le caratteristiche nominali. Tale tensione può, se specificato, essere superata per brevi periodi (per esempio: 500VDC, 1250 V per 1 minuto). Alcuni condensatori sono polarizzati, cioè la tensione deve essere applicata solo con un determinato verso.
Temperatura di funzionamento: Specifica entro quali intervalli di temperatura il componente è utilizzabile ed eventualmente immagazzinabile.
Frequenza di lavoro: Specifica la massima frequenza a cui un condensatore è utilizzabile mantenendo un comportamento entro le specifiche.
Invecchiamento (ageing): Indica di quanto la capacità nominale peggiora nel tempo. Per esempio: -2% / 10 anni. In alcuni casi il fenomeno è reversibile: per esempio riscaldando un condensatore ceramico per un'ora a 150°C si recupera la capacità iniziale. Tale fenomeno spesso non dipende dall'uso del dispositivo e si manifesta anche nei prodotti nuovi tenuti in magazzino. Nei condensatori elettrolitici l'invecchiamento si manifesta addirittura in modo più evidente se il componente non è in tensione: tipico il caso di apparecchiature riposte quando perfettamente funzionanti e trovare "guaste" sei mesi dopo.

I grafici

In genere la variazione della capacità in funzione delle condizioni di utilizzo è fornita sotto forma di grafico perché i fenomeni coinvolti sono non lineari. L'asse orizzontale è, in genere, limitato all'utilizzo tipico del condensatore: al di fuori di tale intervallo il comportamento del componente si allontana di molto dal comportamento di un condensatore ideale.

Variazione della capacità con la temperatura

La variazione della capacità con la temperatura non è di lineare e quindi non sempre è possibile e opportuno fornire un coefficiente di temperatura valido sull’intero intervallo termico.

Il grafico seguente mostra la variazione percentuale della capacità in funzione della temperatura per un condensatore al tantalio. Le due linee mostrano il limite superiore e quello inferiore; la temperatura di riferimento è 20 °C.

Variazione della capacità con la temperature in un condensatore

Il grafico seguente è invece relativo ad un condensatore con dielettrico in poliestere e mostra chiaramente una variazione di capacità con la temperatura non lineare e con variabilità piuttosto ampia.

Variazione della capacità con la temperature in un condensatore al poliestere

A volte, in alternativa al grafico, è fornito un valore numerico, per esempio -100 ppm/°C (cioè per ogni grado centigrado la capacità diminuisce di cento parti per milione). I condensatori NP0 hanno un coefficiente di temperatura prossimo a 0.

Variazione della capacità con la tensione

La capacità varia con la tensione applicata, anche in modo significativo. Inoltre a volte il comportamento è profondamente diverso se la tensione è continua oppure alternata. Spesso, a seconda del tipo di condensatore, la capacità nominale è misurata a tensioni piuttosto basse, per esempio a 1 V.

Il grafico seguente è relativo ad un condensatore ceramico di alta capacità e bassa precisione. La curva della tensione AC dipende anche dalla frequenza (il grafico qui mostrato è relativo a 1 kHz).

Variazione della capacità con la tensione applicata

Variazione della capacità con il tempo

Il tempo introduce un invecchiamento dei componenti, misurabili per i condensatori come diminuzione della capacità.

Il grafico mostra la diminuzione della capacità per due tipi di ceramica ampiamente diffuse. Il tempo è misurato in ore (quindi sono mostrati circa 10 anni)

Variazione della capacità con il tempo

Variazione della capacità con la frequenza

La capacità in genere diminuisce con l'aumentare della frequenza. In realtà il fenomeno è più complesso ed andrebbe osservata la variazione dell'impedenza del componente, soprattutto per le frequenze più alte, come descritto nella pagina Il circuito equivalente dei condensatori.

Il grafico seguente è relativo ad un condensatore a film plastico utilizzabile per frequenze fino a 100 kHz.

Variazione della capacità con la frequenza

Data di creazione di questa pagina: ottobre 2012