Condensatori: Capacità, Formule e Calcoli
Sottomultipli del Farad
Il Farad è un'unità molto grande. In pratica si usano i sottomultipli:
| Unità | Simbolo | Valore | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Millifarad | mF | 10⁻³ F | Supercondensatori |
| Microfarad | µF | 10⁻⁶ F | Elettrolitici, filtri alimentatori |
| Nanofarad | nF | 10⁻⁹ F | Disaccoppiamento, filtri |
| Picofarad | pF | 10⁻¹² F | RF, alta frequenza |
Energia immagazzinata
Un condensatore carico immagazzina energia nel campo elettrico tra le armature:
Problema: Un condensatore da 1000 µF è caricato a 50 V. Quanta energia contiene?
Soluzione: E = ½ × 0,001 F × 50² = ½ × 0,001 × 2500 = 1,25 J
I condensatori di grande capacità possono mantenere la carica per ore dopo lo spegnimento. Scaricarli sempre prima di lavorarci, usando una resistenza adeguata.
Reattanza capacitiva
In corrente alternata (AC), il condensatore oppone una reattanza capacitiva XC al passaggio della corrente:
- Bassa frequenza (DC): XC → ∞ (circuito aperto)
- Alta frequenza: XC → 0 (cortocircuito)
Per questo i condensatori bloccano la DC e lasciano passare l'AC.
Problema: Calcolare XC di un condensatore da 10 µF a 50 Hz e a 1 kHz.
A 50 Hz: XC = 1 / (2π × 50 × 10×10⁻⁶) = 1 / 0,00314 = 318 Ω
A 1 kHz: XC = 1 / (2π × 1000 × 10×10⁻⁶) = 1 / 0,0628 = 15,9 Ω
Collegamento serie e parallelo
Condensatori in serie
Per due condensatori in serie:
Condensatori in parallelo
| Collegamento | Formula | Risultato | Analogo resistori |
|---|---|---|---|
| Serie | 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ | C diminuisce | Come R in parallelo |
| Parallelo | C = C₁ + C₂ | C aumenta | Come R in serie |
Problema: Due condensatori da 100 µF e 47 µF in serie.
Soluzione: Ctot = (100 × 47) / (100 + 47) = 4700 / 147 = 31,97 µF
Tipi di condensatori
| Tipo | Capacità tipica | Tensione | Applicazioni |
|---|---|---|---|
| Ceramici | 1 pF - 100 nF | 16-100 V | Disaccoppiamento, RF |
| Film | 1 nF - 10 µF | 50-630 V | Audio, filtri, timing |
| Elettrolitici | 1 µF - 10000 µF | 6-450 V | Alimentatori, filtri DC |
| Tantalio | 100 nF - 1000 µF | 4-50 V | SMD, alta densità |
| Supercap | 0,1 - 3000 F | 2,5-5 V | Backup, energy storage |
Costante di tempo RC
Quando un condensatore si carica o scarica attraverso una resistenza, il processo segue una curva esponenziale con costante di tempo τ:
| Tempo | Carica | Scarica |
|---|---|---|
| 1τ | 63,2% | 36,8% |
| 2τ | 86,5% | 13,5% |
| 3τ | 95,0% | 5,0% |
| 5τ | 99,3% | 0,7% |
In pratica, dopo 5τ il condensatore è considerato completamente carico/scarico.
Applicazioni
| Applicazione | Descrizione |
|---|---|
| Filtri alimentatori | Livellamento tensione DC |
| Accoppiamento AC | Blocca DC, passa segnale AC |
| Disaccoppiamento | Bypass disturbi ad alta frequenza |
| Timing | Circuiti RC, oscillatori |
| Rifasamento | Correzione fattore di potenza |
| Avviamento motori | Sfasamento per motori monofase |
Calcolatore Condensatori
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