Componente Pasive de Circuit Electronicdocx

=== Componente pasive de circuit electronic ===

Componente pasive de circuit electronic

2.1. Parametri și caracteristici ale componentelor electronice

În teoria circuitelor electronice pasive se poate discuta despre termenii:

Impedanță (în c.a.)/Rezistență (în c.c.) – definit de raportul tensiune/curent.

Admitanță (în c.a.)/Conductanță (în c.c.) – definit de raportul current/tensiune.

În cazul reprezentării acestora în planurile U-I, respectiv I-I și acestea au o caracteristică liniară, atunci elementele se numesc liniare. În practică astfel de elemente nu există.

– Caracteristici electrice: sunt date de reprezentările grafice ale dependenței diferitelor mărimi electrice. Acestea pot fi:

Caracteristici teoretice, care aproximează funcționarea unei componente sau a unui circuit;

Caracteristici experimentale, care sunt date de reprezentarea grafică a rezultatelor experimentale. Aceste caracteristici pot fi redate prin puncte sau în formă continuă.

De regulă, funcționalitatea unei componente este dependentă de mai multe variabile electrice sau neelectrice. Dependența unei mărimi în funcție de altă mărime conduce la obținerea unei familii de caracteristici. În prezent există mai multe moduri și categorii de caracteristici:

Caracteristici și parametri statici, sau de curent continuu;

Caracteristici și parametri de curent alternativ;

Caracteristici și parametri pentru regim tranzitoriu;

Caracteristici și parametri pentru influența mediului;

Caracteristici și parametri pentru puterea disipată.

Caracteristicile și parametri enumerați mai sus sunt cei care se specifică în cataloagele de specialitate. În continuare se vor prezenta principalele componente folosite cel mai des în aplicațiile electronice.

2.2. Rezistorul

Rezistorul este componenta de circuit utilizată cel mai des în circuitele electrice. Parametrul principal al acestora este rezistența electrică iar unitatea de măsură în Sistemul Internațional este „Ohm-ul”.

Noțiunea de rezistență electrică este în strânsă concordanță cu fenomenul de conducție electrică (curent electric – mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină). Rezistența electrică este caracteristică fenomenului de opunere a trecerii curentului electric printr-un conductor. Mărimea prin care se poate detrmina fenomenul de rezistență electrică, la un material conductor se numește rezistivitate electrică (ρ) și se măsoară în Ω/m.

Pentru un conductor de lungime l și cu o arie a secțiunii S, rezistența electrică se poate exprima: (2.2.1)

Simbolul rezistorului este prezentat în figura următoare:

a. b.

Figura 2.2.1 Simbolizarea rezistorului: a. ideal; b. real.[4]

Rezistorul ideal este caracterizat printr-un singur parametru – rezistența electrică (Fig. 2.2.1 a.) dar în cazul rezistorului real apar capacități și inductivități parazite (Fig. 2.2.1 b.).

În cazul rezistorului ideal sunt valabile următoarele afirmații:

– Legea lui Ohm, unde rezistența electrică este dată de raportul dintre tensiunea electrică aplicată la bornele rezistorului și intensitatea curentului electric prin acesta:

(2.2.2)

– La trecerea curentului electric printr-un rezistor, puterea electrică disipată se transformă în putere calorică prin efect Joule: . (2.2.3)

Puterea disipată de către rezistor determină încălzirea acestuia. Această încălzire conduce la stabilirea unei temperaturi de echilibru termic care este dependentă de puterea disipată și de temperatura mediului ambiant. În cazul în care temperatura de echilibru termic depășește temperatura maximă admisă prescrisă pentru rezistorul în cauză atunci apar modificări ale proprietății acestuia.

Rezistoarele sunt utilizate în circuitele electrice sub forma divizoarelor de tensiune și de curent (Figura 2.2.2).

(2.2.4) (2.2.5)

a. b.

Figura 2.2.2 a. Divizor de tensiune; b. Divizor de curent [4]

2.2.1. Clasificarea rezistoarelor

Clasificarea rezistoarelor se poate face după diferite criterii, din care se prezintă următoarele[3]:

a) După construcție:

– Rezistoare fixe, a căror rezistență electrică este constantă, fără posibilități de reglare;

– Rezistoare variabile, a căror rezistență este variabilă între zero și valoarea nominală, având o construcție adecvată reglării, formând două mari clase: potențiometre și potențiometre semireglabile.

b) După tehnologia de realizare a părții rezistive a rezistorului:

– Rezistoare bobinate, realizate prin bobinarea unui conductor filiform de mare rezistivitate pe un suport izolator (utilizate pentu curenți tari);

– Rezistoare de volum, unde elementul rezistiv ocupă întregul volum al rezistenței situat între terminale;

– Rezistoare peliculare, unde elementul rezistiv este depus sub forma unei pelicule subțiri (sub 100 µm grosime) pe un suport izolator.

c) După caracteristica tensiune – curent a rezistorului:

– Rezistoare liniare;

– Rezistoare neliniare, care au o caracteristică neliniară, R fiind dependent de diferiți factori ( tensiunea – la variatoare, temperatura – la termistoare, intensitatea fluxului luminos – la fotoreziatoare etc).

d) După modul de încapsulare și utilizare:

– Rezistoare singulare sau de uz general (obișnuite);

– Rezistoare profesionale.

– Rețele rezistive, formate din mai multe rezistoare în aceeași capsulă, de regulă interconectate într-un mod cerut de aplicații tipice.

e) După posibilitatea conectării în circuit:

– Rezistoare cu terminale axiale;

– Rezistoare cu terminale radiale;

– Circuite integrate hibride;

– Arii de rezistoare.

2.2.2. Marcarea rezistoarelor

Marcarea rezistoarelor se poate face prin două moduri:[3]

În clar – este un mod mai rar întâlnit, în acest caz marcându-se pe corpul rezistorului valoarea rezistenței nominale și simbolul (e.g. 0,1 Ω, 1 Ω ,10 Ω etc).

Diferite coduri: numerice-alfanumerice și codul culorilor.

Marcarea rezistoarelor în codul numeric-alfanumeric, care au valori de ordinul ohmilor, cifrele semnificative se marchează cu virgulă, fără a se inscripționa simbolul Ω. Pentru rezistoarele cu valori mai mari de 1KΩ, se marcheză cifrele semnificative punând în locul virgulei simbolul de multiplicare (care poate fi K, M, G ș.a.m.d.).

În cazul codului doar alfanumeric, diferența față de codul numeric-alfanumeric este că în locul virgulei, pentru rezistență se pune litera „R”. (Tabelul 2.2.1).

Tabelul 2.2.1 Marcarea rezistoarelor în codul numeric-alfanumeric, respectiv cod alfanumeric

Codul culorilor pentru marcarea rezistoarelor este dat în tabelul 2.2.2[1]. Prin codul culorilor, folosit la rezistoare, se pot reda: rezistența nominală, toleranța, coeficientul de variație cu temperatura iar în unele cazuri fiabilitatea (ultimii doi parametri putând să lipsească). Ordinea citirii culorilor este de la capătul cel mai apropiat de terminalul rezistorului (Figura 2.2.3 a, b) sau ultima culoare este de cel puțin două ori mai lată celelalte benzi de culori (Figura 2.2.3 c, d, e, f).

Figura 2.2.3 Marcarea rezistoarelor în codul culorilor. 1-prima cifră semnificativă; 2-a doua cifră semnificativă; 3-a treia cifră semnificativă; m-multiplicator; t-toleranța; α-coeficient de temperatură; λ-fiabilitate[4]

Tabelul 2.2.2 Codul culorilor pentru marcarea rezistoarelor[4]

În cataloagele de specialitate ar trebui să se regasească următorii parametrii ai rezistoarelor:

Rezistența nominală, RN, fiind valoarea rezistorului măsurat sau înscris pe acesta.

Domeniul de valori, care cuprinde valorile nominale disponibile sau realizabile pentru un anumit tip.

Toleranța, care exprimă procentual abaterea maximă admisibilă a valorii reale a rezistorului față de valoarea înscrisă sau marcată pe corpul acestuia: . (2.2.6)

Puterea disipată, Pn [W], care reprezintă puterea dezvoltată de un rezistor în timpul funcționării la temperatura ambiantă, fără a-și modifica proprietățile.

Tensiunea nominală limită, reprezintă tensiunea continuă sau valoarea efectivă a tensiunii alternative aplicată la bornele rezistorului: . (2.2.7)

Rezistența critică – valoarea maximă a rezistenței careia i se poate aplica tensiunea nominală limită.

Coeficientul de temperatură a rezistenței fiind dat de raportul variației valorii rezistenței reale și variația de temperatură care determină această diferență: . (2.2.8)

Coeficientul de variație a rezistenței, sub acțiunea unui factor extern:

. (2.2.9)

În anumite situații se mai pot prezenta: temperatura ambiantă, domeniul nominal de temperatură, categoria climatică, rigiditatea dielectrică, rezistența de izolație și precizia acestora.

2.2.3. Măsurarea rezistoarelor

Ținând seamă că la măsurarea unui rezistor apar rezistențe parazite serie (introduse de contacte, fire de legatură) sau paralel (rezistențe de izolament), se urmărește ca în procesul de măsurare, efectul acestora să fie neglijabil.

În raport cu acest aspect, dar și de precizia impusă, pentru fiecare categorie de rezistoare există mai multe metode de măsurare fie directe sau indirecte.

Măsurarea directă a rezistoarelor presupune aparate speciale (ohmmetre sau mepolimmetre) sau metoda de substituție. Măsurarea indirectă se poate face prin mai multe metode, dintre care se amintesc:

metoda voltmetrului și ampermetrului;

metode de punte etc.

Prin toate aceste metode de măsurare se impune utilizarea curentului continuu.

2.3. Bobine

Bobinele sunt componente electrice pasive, întâlnite în diferite aplicații din domeniul electronicii și telecomunicațiilor: oscilatoare, filtre (trece-jos, trece-sus, trece-bandă, oprește-bandă), circuite de deflexie a tuburilor cinescop, transformatoare etc. Construcția bobinelor depinde de o serie de factori după cum urmează: destinația acesteia, valoarea inductanței, factorul de calitate, ecranare, modul de asamblare ș.a.m.d. Bobinele cu inductanțe de valori mici se realizează fără miez magnetic sau cu miez cilindric iar în cazul bobinelor cu inductanțe de valori mari se realizează cu miezuri magnetice (ferite) de diferite forme (dreptunghiulară, cilindrică, oală, toroidală).

O bobină este alcătuită din: bobinaj (sau înfășurare), carcasa, miez și ecranaj. În funcție de varianta constructivă, respectiv destinația acesteia, unele părți componente pot lipsi, dar bobinajul este indispensabil.

2.3.1. Parametri și comportarea bobinelor în frecvență

O bobină reală conține pe lângă inductanța LS și rezistența de pierderi R atât în înfășurare cât și în miez (schema echivalenta serie), precum si capacitățile C10,C12 și C20. În figura 2.3.1 este prezentată schema echivalentă a unei bobine reale.

b)

Figura 2.3.1 a) simbolul bobinei ideale[5]; b) schema echivalentă a bobinei reale[6]

Bobina este o componentă pasivă de circuit a cărei parametru principal este inductanța electrică [L], având sau nu un miez feros, putând intensifica fluxul magnetic creat la trecerea curentului electric prin aceasta, iar unitatea de măsură în Sistemul Internațional este [H] – Henry.

Realizarea unei bobine se face prin înfășurarea unui fir conductor pe carcase (sau în aer), având diferite secțiuni și proprietăți dielectrice foarte bune. În funcție de caracteristicile bobinei, există mai multe tipuri de bobinaje (bobine având un singur strat, multistrat, piramidal, fagure, secționat etc) – prezentate în tabelul 2.3.1.

Tabelul 2.3.1 Tipuri de bobine și bobinaje utilizate, în funcție de frecvență[6]

Bobina este elementul la care curentul care strabăte componenta și tensiunea la bornele acesteia satisfac relația: . (2.3.1)

În cazul frecvențelor înalte (ÎF) (f≤10MHz) sunt folosite conductoare multifilare formate din 7-15 conductoare cu diametru foarte redus, izolate individual cu bumbac sau mătase (lița de radiofrecvență – lița de RF). Aceasta se poate folosi în gama de frecvențe 1-3MHz, însă doar în cazurile în care este necesar obținerea unui factor de calitate ridicat. Tipul de conductor lițat are o rezistență echivalentă în curent altervaniv scăzut, datorită unui efect pelicular mai redus comparativ cu conductoarele masive.

Bobinajul poate fi alcătuit din fire din mai multe materiale (de regulă se folosesc fire de aluminiu sau cupru), monofilare sau multifilare (cele utilizate în gama frecvențelor mari). În cazul circuitelor electrice utilizate pentru UHF (datorită efectului pelicular), se folosesc conductoare de cupru argintat sau conductoare de aluminiu (pentru puteri mari), izolate cu email-mătase sau chiar neizolate.

În construcția bobinelor, firele de aluminiu prezintă câteva dezavantaje față de cele de cupru cum este rezistivitatea electrică mai mare precum și problemele pe care le ridică la fixarea (lipirea) terminalelor pe PCB. În cazul bobinelor cu fire de cupru, dezavantajul acestora este că se impune mărirea secțiunii conductoarelor (din cauza rezistivității electrice mici), ceea ce conduce la soluții constructive necorespunzătoare.

Conductoarele pentru bobine pot fi izolate sau neizolate și pot avea secțiune circulară sau dreptunghiulară (pătrată).

În curent alternativ, bobinele sunt caracterizate de parametrul numit „reactanță inductivă (XL)” care este definită de relația: XL=ωL. (2.3.2)

Din relația (2.3.2) se poate defini un alt parametru important al bobinelor numit „factor de calitate” care rezultă din relația: . (2.3.3)

Carcasa unei bobine reprezintă suportul izolant pe care se realizează bobinajul. În general acesta are o formă tubulară de diferite secțiuni în funcție de forma miezului magnetic (dreptunghiular, pătrat, circular), cu sau fără flanșe.

Miezul costituie circuitul magnetic care intră în componența bobinei și are rolul de a asigura concentrarea liniilor câmpului magnetic. Prezența acestuia în înteriorul bobinei permite, prin concentrarea liniilor fluxului magnetic, obținerea unei inductivități și a unui factor de calitate de valori mult mai mari decât în lipsa acestuia. O observație ar fi că prin modificarea poziției relative a miezului în raport cu bobinajul se asigură posibilitatea de reglaj a inductivității între anumite limite.

Miezurile din ferită se folosesc de regulă pentru domeniul de frecvență cuprins între 10KHz…200MHz. În domeniul 10KHz…1MHz sunt folosite ferite Mn-Zn, în domeniul radiofrecvenței, respectiv 1MHz…100MHz sunt utilizate feritele Ni-Zn iar pentru frecvențe mai mari feritele Li-Zn.

Ecranul (ecranajul) are rolul de a reduce influențele reciproce dintre bobină și circuitele electrice învecinate. În cazul bobinelor folosite la frecvențe joase se utilizează ecranaje din materiale feromagnetice iar pentru înaltă frecvență ecranajele sunt realizate din materiale cu o foarte bună conductivitate electrică (cupru sau aluminiu).

Un tip special de bobine sunt de variometrele,alcătuite dintr-un ansamblu de două bobine (una fixă, alta mobilă, situate pe același ax) fără miez, care asigură modificarea cuplajului magnetic (inductanța mutuală) dintre acestea. Sunt utilizate în circuitele de acord de ieșire ale emițătoarelor radio și cele de intrare ale receptoarelor gonio.

În cazul real (Fig. 2.3.2) o bobină reală se reprezintă prin schemele echivalente serie și paralel. Diagramele fazoriale ale acestora arată faptul că defazajul real între curentul prin bobină și tensiunea aplicată la borne nu este de 90°. De asemenea schemele pun în evidență unghiul de pierderi, pe baza căruia este calculat factorul de pierderi (tgδ) sau factorul de calitate (Q):

Figura 2.3.2 Schema echivalentă a bobinei cu diagramele fazoriale[4]: a. Paralel; b. Serie

Pentru schema paralel: . (2.3.4)

Pentru schema serie: . (2.3.5)

Factorul de pierderi depinde de frecvența curentului prin bobină, de rezistența de izolație, respectiv de pierderile din conductor sau prin histerezis. În practică, se utilizează schema echivalentă serie, deoarece impedanța echivalentă serie se obține în urma aplicării legii lui Ohm de forma: , unde Y este admitanța. (2.3.6)

Vectorul tensiunii este rotit cu un unghi de 90° în sensul acelor de ceasornic față de vectorul curent ce trece prin bobină. La o bobină, vectorii ⊥, iar vectorul tensiunii este defazat cu un unghi de 90° înaintea vectorului, cum se arată în figura 2.3.2, unde se poate observa că vectorul curentului este defazat cu un unghi de 90° în urma vectorului tensiunii.

Concluzii privitoare la inductanță:

– curentul prin bobină este defazat în urma tensiunii la borne cu rad (caz ideal);

– valoarea efectivă a curentului este egală cu valoarea efectivă a tensiunii la borne împărțită la reactanța bobinei, adică . (2.3.7)

2.3.2. Clasificarea bobinelor, după destinație. Tipuri de bobine. Simboluri. Marcare

Bobinele sunt de mai multe tipuri se pot clasifica astfel (Fig 2.3.4[4]):

Bobine fără miez, pentru circuite de acord sau oscilatoare la frecvențe foarte mari și curent mic. Se bobinează pe carcase de plastic sau fără carcasă (“în aer”).

Bobine realizate pe cablajul imprimat (inductanțe de valori mici).

Bobine în tehnologia SMD, curenți foarte mici, funcționare la frecvențe mari, atât în tehnica radio cât și în convertoare.

Bobine cu miez de ferită (inclusiv transformatoare), ajustabil sau fix, pentru circuite de acord, filtre de radiofrecvență, oscilatoare. Se dorește un factor de calitate cât mai bun.

Bobine cu miez de ferită, pentru separarea componentei continue de cea de radiofrecvență (“șoc de radiofrecvență”).

Bobine cu miez de ferită pentru acumulare de energie sau transformator, în convertoare de putere mică sau mijlocie. Se dorește un raport inductanță/gabarit cât mai bun. Dimensiunile miezului scad odată cu creșterea frecvenței, ceea ce favorizează lucrul la frecvențe mai mari decât cea a rețelei (zeci de kHz). În plus, filtrarea armonicilor superioare este mai simplă, la frecvențe mari (componente reactive de gabarit mai mic).

Bobine și transformatoare cu miez din tole de oțel, pentru circuite de putere. Miezul se execută din tole, pentru a micșora disipația prin curenți turbionari. Tolele sînt subțiri, cu dimensiunile principale în sensul liniilor de cîmp.

Bobine pentru relee (curent continuu, curent alternativ).

Marcarea valorilor (acolo unde este cazul) se face în clar, direct pe corpul componentei. Măsurarea sau determinarea valorii inductanțelor bobinelor se poate face atât prin metode de punte cât și cu ajutorul instrumentelor de măsurare specifice (L – metre sau LCR – metre).

Figura 2.3.3 Tipuri de bobine. 1. Simbolurile bobinelor; 2. Simboluri tolerate: a. Bobină, inductanță; b. Bobină, inductanță variabilă; c. Bobină, inductanță cu miez magnetic; d. Bobină, inductanță cu miez magnetic și întrefier.[4]

Ca și date de catalog, în cazul bobinelor se vor menționa următorii parametrii:[13]

Inductanța (L) – valoare specificată de către producător, uneori marcată pe componentă. Majoritatea bobinelor nu au valoarea nominală marcată. Multe bobine sunt produse chiar de fabricantul de aparate, sau sunt produse la cerere, numai pentru un client. Produse de catalog, fabricate în serii mari, sunt bobinele de putere foarte mică, în tehnologie SMD, bobinele reglabile (pentru tehnica de radiofrecvență) și transformatoarele pe miez de tole din oțel sau miez de ferită, pentru convertoare de putere mică. În schimb, miezurile de ferită sunt produse de catalog (serii mari).

Toleranța este abaterea maximă admisibilă a inductanței, în raport cu valoarea nominală, la temperatura de referință. La bobine, dispersia parametrică este mare (peste 10%), din cauza incertitudinilor constructive, cu excepția componentelor SMD.

Rezistența proprie (R).

Factorul de calitate (QL) sau tangenta unghiului de pierderi (tgδ) care este dat de raportul dintre puterea activă disipată în bobină și puterea reactivă.

Capacitatea parazită a bobinei.

Coeficientul de temperatură, care caracterizează modificarea relativă a inductanței sub influența temperaturii.

Domeniul de ajustare a inductivității.

Puterea, tensiunea și curentul maxim admis pentru a nu produce transformări ireversibile în bobină.

Alți parametri care privesc modul de construcție al bobinelor sunt: gabaritul, regimul climatic, încercarea mecanică, parametrii de fiabilitate ai lotului.

Inductivitatea unei bobine poate avea mai multe interpretări:

1. Poate fi definită ca proprietatea unui circuit de a se opune variației curentului electric care îl parcurge, rezultând astfel faptul că inductivitatea bobinei este reprezentat de coeficientul de proporționalitate între fluxul magnetic și curentul electric:

. (2.3.8)

2. Ca o proprietate a bobinei de a acumula energie magnetică. În momentul conectării unei bobine la o sursă de tensiune electrică, apare o tensiune electromotoare care se opune creșterii curentului electric prin aceasta. Ea nu are loc în totalitate fiind nevoie de o energie suplimentară pentru a învinge opoziția bobinei, exprimată cu relația: . (2.3.9)

Inductivitatea unei bobine este dependentă de formă, dimensiune și structură.

Exemplu:

Pentru o bobină fără miez, având un număr de spire N, secțiune S și lungime l, inductivitatea acesteia se poate calcula cu relația: . (2.3.10)

Pentru o bobină fixată pe un miez magnetic inchis, de secțiune medie a miezului magnetic, Sm și Dm: . (2.3.11)

Observații[8]:

În curent continuu tensiunea la bornele unei bobine este nulă, deoarece derivata unei mărimi invariabile în timp este nulă (viteza ei de variație este nulă ) . Se spune ca pentru curentul continuu bobina reprezintă un scurtcircuit.

În curent alternativ, la o tensiune la borne dată, curentul este limitat de reactanța bobinei, care este proporțională cu frecvența. De aceea o bobină blochează trecerea curentului la frecvențe înalte și reprezintă un scurtcircuit la frecvențe suficient de joase.

Reactanța bobinei nu are sens decât în curent alternativ, adică în regimul în care este definită.

2.4. Condensatoare

Condensatorul este o altă componentă importantă a unui circuit electric prin calitățile sale specifice: capacitatea de a înmagazina energie, decuplarea surselor de tensiune continuă, comportarea diferită în circuitele de curent continuu și în cele de curent alternativ etc. Condensatorul este un sistem alcătuit din două materiale conductoare (armături) despărțite de un dielectric (Figura 2.4.1). Acesta se caracterizează prin parametrul numit „capacitate” (C), iar unitatea de măsură a capacității în sistemul internațional este „Faradul” (F).

Figura 2.4.1 Structura unui condensator[11]

În momentul în care se aplică o tensiune (sau o diferență de potențial) la bornele unui condensator, acesta acumulează o sarcină electrică (Q) care este proporțională cu tensiunea aplicată, conform relației: Q=C·U. (2.4.1)

Mărimea acestor sarcini determină capacitatea condensatorului. Din punct de vedere energetic, un condensator de capacitate C înmagazinează o energie a câmpului electric dintre armături conform relației: . (2.4.2)

Energia acumulată se măsoară în Jouli (J). În cazului unui condensator cu două armături de suprafață S, distanța d între acestea și constanta dielectricului ɛ, capacitatea se poate determina cu relația: ,unde (2.4.3)

De asemenea, energia maximă ce poate fi acumulată într-un tip oarecare de condensator este limitată de dimensiunea câmpului electric ce nu-l poate distruge, care se poate defini prin densitatea de energie pe volumul dielectricului (J / m³ ).

2.4.1. Clasificarea condensatoarelor. Tipuri de condensatoare. Simboluri. Marcare

Condensatoarele se pot clasifica după mai multe criterii. Dintre acestea se amintesc:[3]

a) După natura dielectricului folosit: cu mică, cu hârtie, cu pelicule plastice, electrolitice.

b) Din punct de vedere constructiv: fixe, variabile, semireglabile, de trecere.

Caracteristici și parametri ai condensatoarelor specificați în datele de catalog sunt:

– Capacitatea nominală (Cn) și toleranța acesteia, specificate la o anumită frecvență (50, 800 sau 1KHz), si de regulă înscrisă pe capsula condensatorului.

– Tensiunea nominală (Un) care este valoarea maximă a tensiunii continue sau a tensiunii efective care nu produce străpungerea acestuia la funcționare îndelungată.

– Rezistența de izolație (Riz) este dat de valoarea raportului tensiune-curent continuu la un minut după aplicarea tensiunii la bornele acestuia.

– Tangenta unghiului de pierderi, este definit ca raportul dintre puterea activă și cea reactivă măsurate la frecvența la care a fost măsurată capacitatea nominală.

– Toleranța este reprezentată de maximul abaterii relative a capacității față de valoarea nominală. Ca și în cazul rezistoarelor, valorile nominale sunt cuprinse în seriile de valori în funcție de toleranțele condensatorului. Pentru capacitoare de valori mari (condensatoare eletrolitice) se pot fabrica și în afara seriilor, în acest caz toleranțele fiind, în general, asimetrice. Ex: -20% … +80% .

– Coeficientul de variație cu temperatura [K-1]: . (2.4.4)

Pe lângă parametri menționați anterior, condensatoarele au și alți parametrii dar nu la fel de importanți.

Simbolizarea condensatoarelor se face în funcție de tipul acestora și în funcție de aplicația specifică, după următoarea reprezentare conform tabelului (Tabelul 2.4.1):

Tabelul 2.4.1 Tipuri de condensatoare[12]

Marcarea condensatoarelor se poate efectua în mai multe moduri dintre care se amintesc:

– Marcarea în clar când valoarea capacității condensatorului este scrisă în clar, pe capsula acestuia. (Tabelul 2.4.2)

Tabelul 2.4.2 Marcarea condensatoarelor în clar[4]

– Coduri alfanumerice când în locul virgulei se folosesc simbolurile literale p, n, µ pentru marcarea capacității nominale, exemplificat în tabelul următor (Tabelul 2.4.3)

Tabelul 2.4.3 Marcarea condensatoarelor în codul alfanumeric[4]

– Codul culorilor când capacitatea condesatorului este marcată cu trei culori (pentru cazul seriilor având valorile nominale E6, E12, E24) și cu patru culori iîn cazul seriilor E48, E96, E192, E384 etc. Acestea sunt inscripționate pe capsula condensatorului sub formă de benzi (inele), linii sau puncte. Codul culorilor pentru condensatoare este specificat în ANEXE (D). Semnificația acestora este, după cum urmează:

a – coeficientul de variație cu temperatura;

b – prima cifră semnificativă a capacității nominale;

c – a doua cifră semnificativă a capacității nominale;

d – factorul de multiplicare;

e – toleranța (de fabricație);

f – tensiunea nominală;

h – terminalul conectat la armătura exterioară;

j – a treia cifră semnificativă a capacității nominale;

k – gama temperaturilor de lucru (folosită doar la condensatoarele cu mică); negru [-5,100], roșu pentru [-55,-180] și galben pentru [-55,125];

m – clasa condensatorului (specifică fiecărui producător).

Deși s-a făcut mențiuni pentru zece inele, în practică se vor găsi de cele mai multe ori doar 3,4 sau 5. Reprezentarea este exemplificată în figura următoare (Figura 2.4.2).

Figura 2.4.2 Marcarea condensatoarelor în codul culorilor[4]

2.4.2. Condensatorul utilizat în circuitele electrice

În funcție de circuitul în care acesta este amplasat (circuite de c.a sau c.c ), funcționarea acestuia este diferită. În următoare figură (Figura 2.4.2) se poate observa cum electronii aflați în dielectric duc la o rotație lentă a moleculelor din acesta sub influența câmpului electric. Deci, în curent alternativ, condensatorul lasă să trecă curentul electric prin acesta și îl blochează în curent continuu.

Figura 2.4.2 Migrația sarcinilor electrice în dielectric[12]

Prin urmare, electronii nu pot trece ușor de pe o armătură pe cealaltă prin dielectric, acesta fiind un foarte bun izolator. Curentul prin condensator rezultă ca urmare a separării sarcinilor electrice, cât și acumulării electronilor pe armături. Separarea sarcinilor electrice Q crește odată cu tensiunea V aplicată terminalelor. Expresia matematică a curentului I, reprezintă raportul de forțare a sarcinilor Q prin condensator și este de forma:

unde, (2.4.5)

I este curentul măsurat în amper [A];

C este capacitatea în farad [F];

este derivata tensiunii aplicată armăturilor [V/s].

Tensiunea alternativă aplicată la un condensator pe armături își schimbă direcția periodic, astfel încât sarcinile electrice se transferă de pe o placă pe cealaltă, iar curentul nu se anulează niciodată. De aceea se spune că prin condensator trece curentul alternativ. În cazul ideal, un condensator este reprezentat doar prin simbolul său. În practică sau în cazul real schema echivalentă a acestuia este formată dintr-o capacitate și o rezistivitate cum este arătat în figura (Figura2.4.3).

Figura 2.4.3 Schema echivalentă a condensatorului și diagrama fazorială:[4] a.serie, b.paralel

Impedanța totală a circuitului rezultat (ținând cont de R-rezistența și C-capacitatea serie a condensatorului) este de forma: (2.4.6)

Se observă că reactanța capacitivă (este invers proporțională cu capacitatea și scade odată cu creșterea frecvenței (la frecvențe mari ajungând chiar în scurtcircuit!).

Vectorul curent este rotit cu unghiul 90° în sensul acelor de ceasornic față de vectorul tensiune aplicat la borne. La un condensator, vectorii ⊥, iar vectorul curent este defazat cu un unghi de 90° înaintea vectorului, cum se arată în figura 2.4.3, unde se poate observa că vectorul curentului este defazat cu un unghi de 90° înaintea vectorului tensiunii.

Frecvența de rezonanță ωr este frecvența care, dacă este depășită, condensatorul real își pierde caracterul de condensator. După rezistoare, sunt cele mai utilizate componente în circuitele electronice iar ceea ce poate duce la defectarea acestora este folosirea lor în mod incorect. Cele mai întâlnite defecte al condensatoarelor sunt micșorarea rezistenței de izolație precum și pierderea capacității acestora. Alte defecte constă în ruperea terminalelor (la condensatoarele ceramice) precum și spargerea lor.

Scăderea capacității unui condensator se poate remedia prin procedeul numit „reformare”, dar doar în cazul condensatoarelor electrolitice. Prin acest procedeu condensatorului i se aplică tensiunea nominală pentru o anumită perioadă de timp favorizând astfel refacerea stratului de oxid.

2.4.3. Aplicații ale condensatoarelor

Condensatoarele au diverse utilizări în circuitele electrice și electronice, de la aparatele de telecomunicație până la centralele energetice nucleare.[8]

Stocarea de energie – Una din caracteristicile condensatoarelor este că poate înmagazina energie electrică, atunci când acesta este deconectat de la cicuitul electric, astfel încât el devine o baterie temporară, cu atât mai bună cu cât valoarea capacității lui este mai mare. De exemplu, în timpul schimbării bateriei de BIOS a unei plăci de bază a unui PC, un condensator menține tensiunea de alimentare a memoriei, astfel încât aceasta să nu își piardă informația; la un vehicul hibrid, pornirea motorului se face de la un supracondensator etc.

Filtrarea – Datorită proprietăților de stocare a sarcinilor electrice, condensatorul, prin descărcarea acestuia, netezește pulsațiile tensiunii redresate. Totodată prin blocarea tensiunii continue, el o separă de componenta alternativă, caz în care se numește condensator de cuplaj. Energia stocată mai poate fi utilizată ca informație memorată, de exemplu în circuitele de conversie analog – digital, caz în care este denumit condensator de memorare (sample & hold capacitor).

Circuite de acord – Condensatorul cuplat într-un mod particular cu o inductanță, formează așa numitul circuit de acord, care are rolul de a selecta o anumită frecvență de transmisie a unui semnal util, cum se întâmplă la căutarea unui post de radio. Relația dintre frecvență, valorile condensatorului C și ale inductanței L este dată de: , (2.4.7)

frecvență ce coincide cu frecvența de rezonanță a crcuitului LC.

Concluzii referitoare la condensatoare:

– În curent continuu, valoarea curentului prin condensator este nulă, deci condensatorul reprezintă o întrerupere de circuit.

– În curent alternativ, o tensiune aplicată la bornele acestuia, curentul prin condensator este determinat de reactanța sa; reactanța condensatorului ideal este invers proporțională cu frecvența. Din această cauză condensatorul ideal blochează trecerea curentului la frecvențe joase și prezintă un scurt-circuit la frecvențe înalte.