Giuseppe Pignatale
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 Corso di elettronica:
 CARATTERISTICHE DEI COMPONENTI  ELETTRONICI PASSIVI.

I circuiti elettronici sono costituiti da componenti passivi, resistenze e condensatori, e da semiconduttori. In questa pagina html analizzeremo le caratteristiche delle resistenze e i condensatori.

 
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CARATTERISTICHE DEI RESISTORI.
I resistori, o resistenze, sono componenti passivi molto diffusi nel campo dell'elettronica e vengono costruiti per avere i diversi valori, basso, medio, medio-alto, alto, altissimo, di resistenza, misurati in ohm, necessari al funzionamento degli apparati. Sono ottenuti con cilindretti isolanti ricoperti di uno strato carbone, provvisti di due terminali che servono per il collegamento al circuito. I resistori si distinguono oltre che per il loro valore di resistenza, misurato in ohm - nei suoi multipli e sottomultipli - anche per la potenza, misurata in watt, ossia per il massimo valore di corrente che può sopportare. Le dimensioni e il costo dei resistori dipendono anche dalla potenza richiesta per il funzionamento: queste dimensioni possono variare di poco a seconda del costruttore. Altra caratteristica è la tolleranza ossia il loro valore può essere vicino al valore indicato. I resistori comuni hanno una tolleranza pari al 20% per cui per un valore indicato di 10 Kohm, il valore reale sarà da 8 a 12 Kohm.Le tolleranze dei resistori normali sono del 5 e 10 per cento mentre per gli strumenti di misura dell'1%.
La resistenza si esprime per la legge di ohm:
R=V/I; dove V è la tensione applicata ai suoi capi, mentre I è la corrente espessa in A (ampere).

La resistenza R può essere espressa anche in base ai parametri costruttivi qualora ci servono valori molto precisi e di potenza. Ka resistenza R sarà definita dalla formula:
R=þ*l/S; dove þ è la resistività del materiale che dipende dalla natura del materiale ed è influenzata dalla temperatura e si misura in ohm mmm2/m, mentre l è la lunghezza in metri del filo conduttore avente sezione S.

Normalmente se si costruisce una resistenza in filo di rame, essa può essere influenzata dal coefficiente di temperatura per cui all'aumentare di quest'ultima, la resistenza aumenta. Per cui in laboratorio si impiegano resistenze di materiale speciale avente basso coefficiente di temperatura come costantana, manganina, lega terlo.


 

CARATTERISTICHE DEI CONDENSATORI.
Il condensatore, detto anche capacitore, è uno dei componenti più importanti di qualsiasi apparecchiatura elettronica. Assolve numerosi compiti insostituibili. Lo si può considerare una specie di contenitore elettrico, e come tale presenta una certa capacità. Nella sua forma più semplice può consistere unicamente di due piastrine metalliche, disposte una di fronte all'altra, ossia " affacciate", come si suol dire. La figura giù illustra alcuni condensatori di questo tipo. Le due piastrine vengono dette armature del condensatore; l'aria che si trova tra di esse è il suo dielettrico. Qualsiasi buon isolatore può sostituire l'aria. La capacità che ne risulta dipende dalla superficie delle due piastrine; è tanto maggiore quanto più grande è la loro superficie, e quanto più si trovano vicine l'una all'altra. Per ottenere capacità notevoli è quindi opportuno disporre un sottilissimo film su una di esse, e poggiare l'altra su quel film. Vi sono condensatori di capacità molto diverse. Si possono distinguere in quattro categorie. Quelli di piccola capacità, sino a 1000 pF; quelli di capacità media, da 1000 a 10000 pF; quelli di grande capacità, da 10000 a 100000 pF; ed infine quelli di grandissima capacità, oltre i 100000 pF. In pratica si adoperano condensatori dalla capacità più piccola, quella di 0,8 pF. sino alla capacità più grande, quella di 1000 milioni di picofarad. Si limita però l'uso del picofarad alle sole capacità piccole. Per le altre si adopera il nanofarad, corrispondente ad 1.000.000 di picofarad (pF). Per le capacità intermedie si adopera il nanofarad (nF) corrispondente a 1000 pF, oppure il chilopicofarad (kpF) anch'esso corrispondente a 1000 pF. L'unità di misura è il farad (F), ma esso è troppo grande e non viene mai usato in pratica. Altro due caratteristiche dei condensatori sono: la tensiane di lavoro e la tolleranza. La tensione di lavoro indica quanti volt possono venir applicati al condensatore, senza che si verifichi la rottura del dielettrico. Essendo sottilissimo, e dato che si comporta come un isolante, non può sopportare tensioni elevate.
La tolleranza indica quale sia la percentuale di differenza tra la capacità indicata e quella effettiva del condensatore, come avviene per le resistenze. Per alcune applicazioni particolari può venir indicata una altra caratteristica: il coefficiente di temperatura. Esso determina la variazione della capacità al variare della temperatura. Può essere positivo (P) o negativo (N). E' indicato con un numero da 0 a 750. N P 0 significa che non vi sono variazioni né negative, né positive. A seconda dei tipo di dielettrico usato, i condensatori possono suddividersi in quattro categorie: a) condensatori ceramici, per capacità da 0,8 a 100 000 pF;
b) condensatori a film, per capacità da 100 pF fino a 5 microF:
c) condensatori elettrolitici, per capacità da 0,5 microF fino a valori    elevatissimi (360.000 microF);

Codice a colori delle resistenze.
In base al codice internazionale EIA il valore delle resistenze fisse è indicato con tre fasce colorate come mostrato in fig.1. Le tre fasce colorate sono indicate con le lettere A, B. C, a cui si aggiunge una quarta fascia che indica la tolleranza che può essere del 5-10-20 %.


Circuiti con resistenze in serie.
Le resistenze presenti in uno stesso circuito sono in serie quando ciascuna è posta di seguito all'altra, ossia ciascuna ha inizio dove finisce l'altra. Nei circuiti in serie, le resistenze sono attraversate dallo stesso valore di corrente I. Nella figura in basso a sinistra è indicato un circuito comprendente tre resistenze in serie: Rl= 10000 ohm, R2= 50000 ohm ed R3= 0,2 Mohm). La resistenza totale è data dalla somma delle tre resistenze. Ossia è di:
R totale=R1+R2+R3=10000+50000+200000=260 Kohm =0,26 Mohm.

**********************

Consideriamo un secondo circuito serie costituito da tre resistenze R1= 10 hm, a cui è applicata una tensione V1=15V; R2=?, R3=30 ohm a cui è applicata una tensione Vtot=120V.
Calcolare la resistenza incognita R2 e le potenze dissipate dalle tre resistenze.
Conoscendo la tensione VR1=15V; la corrente I che l'attraversa sarà:
I=VR1/R1=15/10= 1,5 A
La resistenza totale del circuito sarà Rtot=Vtot/I=120/1,5=80 ohm;
La resistenza R2=Rtot-R1-R3=80-10-30=40 ohm

La potenza dissipata dalle tre resistenze sarà:
P1=R1*I2=10*(1,5)2=22,5 watt;
P2=R2*I2=40*(1,5)2=90 watt;
P3=R3*I2=30*(1,5) 2=67,5 watt;



 Sopra: circuito serie
 Rt=R1+R2+R3...+Rn
 Sopra circuito parallelo
 Rpar= 1/[(1/R1)+(1/R 2)+(1R3)+....(1/Rn )]
CIRCUITI CON RESISTENZE IN PARALLELO.
Questi circuiti sono caratterizzati da avere la stessa tensione ai morsetti e cioè:
Vpar= R1*I1= R2*I2= R3*I3= ...Rn*In

Consideriamo un circuito parallelo costituito da due resistenze E1=5 ohm, R2=8 ohm alimentato con una tensione Vp= 13 V. Calcolare la resistenza del parallelo,le correnti ele potenze assorbite dalle due resistenze. La resistenza equivalente del parallelo sarà:
Rp=R1*R2/(R 1*R2)=5*8/(5+8)=3,08 ohm
I=Vp/Rp=13/3,08=4,22 A;
I1=Vp=13/5=2,6 A;
I2=Vp=13/8=1,62 A;
dove I=I1+I2=2,6+1,62=4,22 A;
la potenza assorbita P1=Vp2/I1=132/2,6=65 watt;
la potenza assorbita P2=Vp2 /I2=132/1,62=104 watt;







          d) condensatori carta-olio, per correnti continue e alternate, con             capacità da 0,1 microF a qualche decina di microF.

   
I suddetti limiti di capacità sono solo indicativi e riguardano i tipi più comunemente usati.

I condensatori ceramici.
I tre tipi principali di condensatori ceramici sono:
a) tubolari,
b) a disco, e a placchetta,
c) pin up.
I ceramici tubolari consistono di un sottilissimo tubetto di ceramica, ricoperto internamente di uno strato di argento, ed esternamente quanto occorre per ottenere la capacità richiesta. Il tubetto di ceramica forma il dielettrico ed anche il sostegno del condensatore. Si possono distinguere in due gruppi, quelli di piccola capacità, da 0,8 pF sino a 820 pF, e quelli detti o "by-pass", da 1000 a 15000 pF. I primi sono a tolleranza di più o meno 5 per cento, rispetto alla capacità indicata; i secondi sono a tolleranza maggiore pari al 20% e sono usati per disaccoppiamenti, e non è necessario che la capacità sia precisa.

 sopra e a destra condensatori ceramici;
 sotto: condensatore a film.



Codice a colori per le capacità.
E' lo stesso codice usato per le resistenze, vedi figura a sinistra.
I condensatori ceramici tubolari possono avere una indicazione con cinque fascette al posto di tre, oppure quattro. Se sono quattro, la quarta fascetta, quella a sinistra, oppure in basso, si riferisce alla tolleranza. I colori, in tal caso, hanno il seguente significato:
nero... tolleranza (+/-) 20 % ;
bianco... 10; verde... 5; rosso... 2: marrone...1.
Se le fascette sono cinque, la prima a sinistra, o la prima in alto, indica il coefficiente di temperatura.

E' bene notare tuttavia che specialmente nei caso dei condensatori a film avvolto, la capacità è indicata spesso con numeri ed espressa in pF. Alcune case costruttrici, inoltre, preferiscono marcare con tale sistema anche i ceramici a pastiglia e a tubetto.

Condensatori elettrolitici
Capacità molto elevate si possono ottenere approfittando dcl fatto che molti ossidi metallici sono isolanti. L'ossido di alluminio, per esempio, è un otti- mo isolante. Basta ossidare una lastra di alluminio affinché si formi sopra di essa una pellicola isolante estremamente sottile. Ponendo sopra questa la-
;

stra una seconda lastra di alluminio,
le due lastre risultano separate dalla pellicola isolante, ma nello stesso tempo vicinissime. Su questo princi- pio su cui si basano i condensatori elettrolitici, adatti solo per capacità

molto alte, per esempio 8000000 di pF, ossia 8 microF. Nei condensatori elettrolitici vi sono due nastri di alluminio. Uno di essi è di grande purezza (99,9 per cento) e su di esso viene deposta la pellicola di ossido. Poiché la pellicola tende ad assottigliarsi e a scomparire quando il condensatore è in attività, sopra di essa viene posto un elettrolita gelatinoso affinché la conservi. L'elettrolita è costituito da un composto di borato di sodio o di ammonio, con acido borico, glicerina e amido. Esso viene spalmato sopra un nastro di apposita carta porosa, o di qualche particolare fibra porosa. In tal modo l'elettrolita rimane immobilizzato e risulta presente tra i due nastri di alluminio per tutta la loro lunghezza. I nastri dl alluminio risultano distanziati più che nei condensatori a carta, ma occorre tener presente che il secondo nastro di alluminio, meno puro dell'altro, serve solo ad applicare la tensione all'elettrolita il quale è il vero secondo elettrodo del condensatore. L'elettrolita è infatti buon conduttore, e non è affatto necessario che i due elettrodi siano della stessa natura, basta che siano due conduttori; può avvenire che uno di essi sia un metallo e l'altro un liquido o una gelatina come appunto negli elettrolitici. La formazione della pellicola di ossido avviene per elettrolisi. Da ciò la necessità che uno dei due elettrodi sia sempre positivo (quello con la superficie ossidata) e l'altro sempre negativo. Si dice quindi che i condensatori elettrolitici sono polarizzati ed hanno quindi un polo positivo e l'altro negativo. Quando il condensatore è sotto tensione avviene la formazione della pellicola continuamente: quindi è inevitabile che in esso circoli una corrente necessaria a determinare l'elettrolisi. Questa corrente è molto piccola ed è dell'ordine di 0,1 mA per microF e cioè varia da 0,05 a 0,2 mA per microF.

Tipi di condensatori elettrolitici
I condensatori elettrolitici si possono distinguere in tre gruppi diversi, w sono:
a) per circuiti elettronici a transistor la cui capacità è compresa tra il minimo di 0,32 µF a quella massima di 10000 µF, adatti per basse tensioni di lavoro, da 2,5 V a 100 V;
b) per circuiti ad alta tensione la cui capacità va dalla minima di 2,5 µF alla massima di 80 µF, adatti per tensioni di lavoro da 100 a 400 V;
c) per rettificatori di potenza la cui capacità va dalla minima di 8 µF alla massima di 500 µF, adatti per tensioni di lavoro da 100 a 500 V.

Si possono anche distinguere le seguenti tre classi:
a) condensatori ad elettrolita umido comprendenti la quasi totalità dei condensatori elettrolitici di uso normale;
b) condensatori ad alluminio con eleltrolita solido adatti per apparecchiature professionali o speciali, con capacità compresa tra 2 e 390 µF, per tensione dl lavoro da 4 a 40 V:
c) condensatori al tantalio con elettrolita solido di dimensioni ridottissime, ultra-miniatura, con capacità da 0,1 a 330 µF, e tensione di lavoro da 1,6 a 35 V.

Una terza distinzione degli elettrolitici è quella che tiene conto delle dimensioni. Comprende quattro gruppi: grandi, medi. piccoli e miniatura.








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Elettrolitici al tantalio
Sono condensatori di dimensioni minimissime, piccoli quanto una capocchia di fiammifero. Alcuni sono adatti solo per tensioni di lavoro da 1,6 V sino a 25 V. Le tensioni normali, oltre le due indicate, sono: 2,5 V. 4 V, 6,3 V, 10 V e 16 V. La capacità massima è quella di 4,7 µF, però alla tensione di lavoro di 1,6 V. L'elettrolitico al tantalio da 0,22 µF, per la tensione di lavoro di 16 V, misura 2 mm per 2,7 mm. Quello di 1 µF, per la stessa tensione di lavoro di 16 V, misura 2 mm per 5 mm, Sono adatti per circuiti ultra-miniaturizzati e particolarmente per apparecchi di ausilio alla sordità (otofoni).

Sono distinti con tre colori:
 Colore
Nero
Marrone
Rosso
Arancione
Giallo
Verde
Blu
Violetto
Grigio
Bianco
Argento
Oro
 Capacità
1
1,2
1,5
1,8
2,2
2,7
3,3
3,9
4,7
5,6
6,8
8,2
 Moltiplicatore
10
1
1000
10000






0,01
0.1
 Tensione
2,5
4
6,3
10
16
25
40
63
1
1,6



 sopra: condensatore
 al tantalio.

Un'altra serie di elettrolitici al tantalio comprende vari tipi con tensione di lavoro da 3 a 35 V, e con capacità da 0,1 µF a 200 µF. L'indicazione della capacità è ottenuta nel modo indicato dalla figura del condensatore al tantalio in alto a destra. I colori sono quelli del codice per resistenze. Le tensioni di lavoro sono indicate sotto come segue:
 
3 V Bianco
 
6 V Giallo
 
10 V Nero
 
15 V Verde
 
20 V
Blu
 
25 V Grigio
 
35 V Rosso