GUIDA I vari componenti elettronici che troviamo in un alimentatore

Blume

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Con questa piccola guida volevo cominciare una piccola introduzione a quello che è il mondo dei componenti elettronici.

Il Circuito Elettronico.


Un circuito elettronico è composto da un certo numero di componenti, appunto elettronici, ognuno dei quali ha una propria operatività nella funzione generale. Questi sono classificati in componenti attivi e componenti passivi. I più comuni componenti elettronici sono: le resistenze, i condensatori, le induttanze, i diodi, i transistor, e i circuiti integrati. Le resistenze e i condensatori erano di gran lunga i componenti più numerosi visibili in un generico apparecchio elettronico, ma con la crescente integrazione in singoli chips (circuiti integrati anche detti IC) il loro numero è stato ridotto notevolmente, tanto che oggigiorno è possibile realizzare stadi elettronici completi con solo 3/4 componenti ausiliari ad integrati monolitici.

A seguire una descrizione sommaria della loro utilizzazione, aspetto, e simbolo grafico utilizzato negli schemi elettrici.

Resistenza:


La resistenza elettrica è un componente passivo utilizzata principalmente per polarizzare transistors, diodi, etc, effetuata causando un caduta di tensione (vedi legge di Ohm). La stessa viene utilizata in reti tipo RCL per impostare temporizzazioni o realizzare filtri. Con le resistenze a valore variabile (potenziometri) si realizzano controlli, quali: volume, toni o bilanciamento nei circuiti amplificatori. I parametri più importanti della resistenza sono il valore ohmmico e la potenza di dissipazione massima, mentre per alcune applicazioni è importante anche la tolleranza (precisione) o la variazione della sua resistenza al variare di un altro parametro. Il valore delle resistenze è generalmente indicato sulle stesse a mezzo di un codice a bande colorate e, per quelle di dimensioni maggiori, direttamente con la normale stampigliatura dei valori.

Negli schemi elettrici le resistenze sono riconoscibili dai seguenti simboli:


Condensatore:


Il Condensatore è un componente passivo che immagazzina cariche elettriche. Per sua costituzione, il condensatore blocca la corrente continua lasciando passare le correnti variabili. Viene utilizzato come disaccoppiatore di stadi, in reti tipo RCL per impostare temporizzazioni o realizzare filtri. Negli alimentatori viene utilizzato, nella sua versione elettrolitica, per livellare la tensione raddrizata dai diodi rettificatori. Del condensatore esistono due versioni: uno polarizzato e uno senza polarizzazione. Di entrambe le categorie ne esistono di diverse fatture e materiali. I parametri più importanti che caratterizzano i condensatori sono: il valore capacitivo, espresso in sottomultipli del Farad, la tensione di lavoro, espressa in Volt. Detti parametri sono generalmente stampigliati sul corpo del componente e in alcuni casi è utilizzato un codice a colori simile alle resistenze.

Negli schemi elettrici i condensatori sono indicati con i seguenti simboli:


Induttore:


L'induttore è un componente passivo realizzato avvolgendo una serie di spire di filo di rame. Questo può essere avvolto in aria o su un corpo ferromagnetico a seconda delle esigenze. Viene utilizzato in reti tipo RLC per realizzare circuiti osclillanti o per realizzare filtri. Negli alimentatori switching lo troviamo: accoppiato con dei condensatori, in ingresso della tensione di rete come filtro antidisturbo; per disaccoppiare lo stadio di alta tensione (trasformatore); per immagazzinare energia da rilasciare nel momento in cui l'oscillatore pilota non conduce per livellare la tensione in uscita (alimentatori step-down e step-up)


Negli schemi elettrici l'induttanza è indicata con i seguenti simboli:


Diodo:


Il diodo è un componente semiconduttore e, come tale, ha la proprietà di lasciare passare la corrente elettrica in una sola direzione. Il componente, quindi, è polarizzato e va inserito nel circuito rispettando detta polarità indicata sul contenitore con una fascetta colorata. Gli estremi del diodo sono denominati Anodo e Catodo, le cariche positive fluiscono entrando dall'anodo uscendo dal catodo. I diodi trovano applicazione negli stadi alimentatori con funzione rettificatrice della corrente, negli stadi rivelatori per separare il segnale dalla portante, come regolatore di tensione a mezzo del cosiddetto diodo Zener. Un particolare diodo, il LED (acronimo di Light Emitting Diode) è utilizzato come segnalatore luminoso. I parametri principali del diodo dipendono dalla sua funzione: per quello rettificatore, ad esempio, questi sono, massima corrente diretta e tensione di lavoro. I dati caratteristici del diodo non sono direttamente riportati sul componente, ma devono essere ricavati dal datasheet corrispondente alla sigla che li identifica (stampigliata sullo stesso). Esistono diversi tipi di diodi progettati per particolari funzioni, si ricordano a solo titolo di esempio i diodi skotty, tunnel e varicap.

Negli schemi elettrici i diodi sono indicati con i seguenti simboli:


Transistor:


Il transistor è il componente attivo per antonomasia. Questo è considerato da molti la più grande invenzione del 20° secolo, essendo alla base di tutti i dispositivi elettronici esistenti. Il termine deriva dalla fusione di due parole, e precisamente transfer + varistor. Costituito da due elementi semiconduttori PN per ottenere una doppia giunzione di tipo "NPN" o "PNP" collegati ai tre terminali caratteristici dei transostor. I tre terminali sono denominati "collettore", "base" ed "emettitore". Viene utilizzato per amplificare un segnale, per pilotare dispositivi di potenza superiore o anche come interruttore elettronico. Come per i diodi, esistono altri tipi di transistor quali i "FET" (acronimo di Field Effect Transistor), i fototransistor, etc.

Negli schemi elettrici i transistor sono indicati con i seguenti simboli:


Circuiti Integrati:


Il circuito integrato, anche chiamato IC, microchip o semplicemente chip, è un componente attivo complesso. Come è possibile intuire dalla sua denominazione, più che un componente si tratta di un circuito elettronico che integra in sè tutti i componenti necessari per ottenere la funzione desiderata. I circuti integrati, costruiti in strutture e dimensioni diverse, è dotato generalmente di molti terminali o pins (partendo da un minino di tre) proporzionali alla complessità del circuito interno. Una CPU di computer ad esempio possiede centinaia di pins integrando al suo interno milioni e milioni di transistors, resistenze, diodi, condensatori e quant'altro necessario al suo funzionamento.

Negli schemi elettrici i circuiti integrati sono riconoscibili dai seguenti simboli:


Trasformatore elettrico:

l trasformatore è una macchina elettrica capace di trasferire energia elettrica da un circuito (detto primario) in un altro circuito (detto secondario) modificando la tensione e la corrente. Il trasformatore riceve energia elettrica con una tensione V1 e una corrente I1 e la restituisce con una tensione V2 e una corrente I2, tali da soddisfare la relazione:


Nella sua forma più semplice, un trasformatore (v. fig.) è costituito da due solenoidi isolati tra loro elettricamente, ma avvolti sullo stesso magnete. Uno dei due circuiti è il primario, l'altro è il secondario. Facendo passare corrente alternata sul primario, si genera un campo magnetico che varia con la stessa frequenza del circuito primario. Le linee di forza del campo magnetico restano confinate entro il magnete e passano attraverso il circuito secondario, provocando sul secondario una f.e.m. indotta che ha la medesima frequenza della tensione del primario. Se N1 è il numero di spire del primario e N2 il numero di spire del secondario, in un trasformatore deve valere la relazione:


Il rapporto N1/N2 è detto rapporto spire: variando opportunamente questo rapporto si possono ottenere le tensioni desiderate nel secondario. Quando N1 < N2 il trasformatore è detto elevatore di tensione e produce correnti in uscita con tensioni maggiori; quando N1 > N2 il trasformatore è detto abbassatore (o riduttore) e produce correnti in uscita con tensioni minori.



Il Mosfet:

Un MOSFET (transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo) è un dispositivo che commuta o amplifica un segnale elettronico.

La tecnologia MOSFET ha reso i computer molto più piccoli ed efficienti, una volta invece erano di grandi dimensione, con un consumo di grandi quantità di energia elettrica. MOSFET sono anche cruciali per i segnali digitali e analogici e si trovano nei microprocessori, circuiti integrati e altri dispositivi basati sulla logica.

Ci sono diversi simboli utilizzati per rappresentare il transistor MOSFET.


Legenda: D : Drain - S : Source - G : Gate


Come funziona un MOSFET



Transistori MOSFET sono costituiti da uno substrato di materiale semiconduttore, solitamente il silicio, e uno strato di metallo che separa l’ossigeno.

Questi strati possono anche essere indicati con tre terminali chiamati: gate, source edrain, indicati con (S), (D), (G) .

Talvolta comprende anche un quarto terminale di substrato chiamato (B).

La tensione viene applicata alla fonte, di solito sullo strato metallico, lo strato di ossigeno serve come cancello o canale che permette l’elettricità di fluire tra gli altri due strati. L’energia elettrica viene dissipata in strato semiconduttore e trasferito in una pletora di dispositivi che regolano le funzioni logiche. Quando l’elettricità non viene applicata alla sorgente o meno se la tensione non è sufficientemente elevata, il MOSFET spegne.

Alternando questo stato tra ON e OFF, la logica può essere generato assegnando valori per ogni singolo stato.



Applicazioni

La tecnologia MOSFET viene utilizzata in un’ampia varietà di applicazioni, il più notevole utilizzo, avviene neu circuiti integrati. Questa tecnologia si trova in ogni sistema di computer, praticamente su tutti i circuiti digitali, circuiti di memoria come la RAM, la ROM ) e la CPU - sotto forma di circuiti integrati . il loro utilizzo possiede un ruolo cruciale come generatore di logica di tutti i dispositivi digitali.

Oltre alla tecnologia digitale, MOSFET è usato nei sistemi analogici per modificare sia le caratteristiche e le prestazioni di un circuito analogico cambiando la lunghezza e la larghezza del MOSFET utilizzato.



Diversi Tipi di Mosfet



Del tutto simile al transistore bipolare, il MOSFET si presenta in due varianti: con drogaggio di Tipo P chiamato PMOS e NMOS, utilizza transistori a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore con drogaggio di tipo N.
Se, per esempio, nei circuiti integrati digitali, entrambi i tipi sono usati insieme, è denominato CMOS. In aggiunta, ci sono due varianti di ciascuna delle due forme che differiscono nella loro struttura interna e nelle caratteristiche elettriche.

Vantaggi

MOSFET possono essere costruiti in estremamente piccola scala e integrati in una vasta gamma di dispositivi. MOSFET supportano sia tensioni positive e negative, sostiene una tensione di blocco di 120 Volt, conducono 30 Ampere, e posso controllare oltre 2.000 Watt di potenza.



Svantaggi

MOSFET sono inclini a surriscaldamento dovuto alle loro richieste elettriche elevate, questa produzione di calore può ridurre le prestazioni nei circuiti e dello stesso componente, il funzionamento influisce sulle prestazioni che possono essere facilmente deteriorati diminuendo la stessa vita del componente elettronico.


Il ponte di Greatz:

In elettronica ci troviamo molto spesso di fronte alla necessità di dover alimentare un circuito elettronico, formato da integrati ed altre parti elettroniche che lavorano solo ed esclusivamente con tensione continue, senza un alimentatore da banco, in grado appunto di generarla.

In questa lezione spiegheremo i due modi più semplici e più efficaci per trasformare una corrente alternata in corrente continua, usando il ponte raddrizzatore, formato da 4 diodi, o un diodo raddrizzatore, formato da un solo diodo al silicio.

Il compito principale per questo tipo di processo viene svolto dal ponte raddrizzatore, di cui ne esistono vari modelli, a seconda delle tensioni e correnti che riesce a sopportare ed erogare.


Raddrizzatore di tensione con ponte a diodi




Qui a sinistra possiamo osservare il suo simbolo elettrico più comunemente visto e utilizzato negli schemi elettrici.
Esso come vedete è formato da 4 diodi al silicio; le polarità dei diodi indubbiamente non sono messe a caso, ma polarizzati in modo da far passare solo le semionde positive e raddrizzare le semionde negative.
E' importante sapere che il ponte raddrizzatore essendo formato da diodi, provoca una caduta di tensione pari a 1.4Volt, il chè sta ad indicare che se sul suo ingresso applichiamo una tensione alternata di 14Volt, in uscita troveremo una tensione continua di circa 12.6Vdc.




La figura a sinistra rappresenta l'andamento della corrente generata da un'uscita di un trasformatore o semplicemente dalla corrente di rete 220V.
Tutte le semionde negative dovranno successivamente essere raddrizzate, in modo da rendere sempre più continua la tensione in uscita.


Processo di raddrizzazione:




Il processo di raddrizzazione di una corrente alternata, prevede una serie di passaggi indispensabili per il suo corretto risultato. Analizziamo quindi i punti più importanti:

La corrente alternata (AC dall'inglese Alternating Current) è caratterizzata da un flusso di corrente variabile nel tempo sia in intensità che in direzione la quale non può essere utilizzzata direttamente per alimentare circuiti e componenti elettrici; infatti prima di utilizzarla per alimentare appunto circuiti elettrici, essa deve subire un processo in grado di modificare l'onda sinusuidale, con l'obiettivo di renderla il più possibile costante nel tempo, o per meglio dire, renderlacontinua.
Questo compito viene affidato al ponte raddrizzatore, un componente elettronico formato da quattro diodi (solitamente al silicio) in grado di far passare le semionde positive e raddrizzare le semionde negative.

Nello specifico, il ponte raddrizzatore effettua due passaggi importanti per modificare l'onda sinusoidale:
- quando sul punto 1 sarà presente la semionda positiva, e sul punto 2 la semionda negativa, la tensione verrà raddrizzata dai diodi D2 e D3;

- quando sul punto 1 sarà presente la semionda negativa, e sul punto 2 la semionda positiva, la tensione verrà raddrizzata dai diodi D1 e D4.



Questo processo, sfruttando di conseguenza anche le semionde negative, porterà ad un aumento della frequenza. Infatti collegando un trasformatore alla tensione di rete, con primario 220V e secondario con tensione a scelta a secondo delle nostre esigenze, la frequenza subirà un'aumento di circa il 50%, passando da 50 Hz, che è la frequenza standard della corrente di rete, a 100 Hz, la quale avrà sfruttato anche le semionde negative.


Livellare le tensione con un condensatore elettrolitico:



Dall'uscita del ponte raddrizzatore si ricaveranno quindi solo le semionde positive con frequenza doppia, ma con valore medio della tensione inferiore.
Infatti, anche se la frequenza di impulsi risulterà raddoppiata, tra una semionda e l'altra si troverà sempre un piccolo spazio di tempo in cui il livello dell'onda non sarà presente, infatti esso scenderà fino a raggiungere una tensione di 0Volt circa, per poi risalire alla tensione ottimale. Questo fattore negativo, anche se nella maggior parte dei casi i circuiti non subiranno perdite, può essere risolto con un condensatore elettrolitico, chiamato condensatore di livellamento, che ha il compito di eliminare le pulsazione della corrente alternata.
Si tratta solo di apporre in parallelo alla tensione continua in uscita dal ponte raddrizzatore, un condensatore elettrolitico di capacità calcolata, in modo da aumentare il valore medio della tensione, ed eliminare il ronzio della tensione alternata.
Il suo funzionamento infatti consiste nell'immagazzinare la corrente quando sarà presente un'onda postiva, e di restituirla al circuito quando l'onda tornerà a livello di 0Volt.
Per velocizzare le operazioni di realizzazione di un circuito di alimentazione, possiamo utilizzare le seguenti formule, le quali ci consentono di poter conoscere in anticipo la tensione raddrizzata:

Vcc = (Vac - 1.4) x 1,41

dove:

Vcc = sono i Volt ai capi del condensatore;
Vac = sono i Volt efficaci della tensione alternata;
1.4 = è la caduta di tensione del ponte raddrizzatore;
1.41 = é il numero fisso per ottenere i Volt di picco, dovuto al fatto che la tensione alternata raggiunge un picco di 1.41 volte superiore al valore della tensione efficace;

Se invece volessimo ricavare il valore del consensatore di livellamento, useremo questa formula:

20.000 : (Vcc : A) = microFarad

dove:

Vcc = e' la tensione continua raddrizzata;
A = assorbimento totale del circuito da alimentare;
20.000 = è il numero fisso per ottenere tale capacità;


Raddrizzatore di tensione con diodo raddrizzatore


Una diversa opzione per poter comunque raddrizzare una tensione alternata, è quella di utilizzare un solo diodo come raddrizzatore.
Ovviamente questa scelta comporterà dei piccoli svantaggi, che se nel nostro circuito non causeranno problemi di stabilità, è comunque utilizzabile.


Lo schema di collegamento con un diodo raddrizzatore, si può osservare qui a destra, in cui il diodo D1 ha il compito di lasciar passare solo le semionde positive, bloccando le negative.
in questo caso, essendoci un solo diodo, la caduta di tensione sarà di 0.7Voltanzichè di 1.4Volt.


Ovviamente rispetto al ponte raddrizzatore, questo sistema non porterà nessuna variazione sulla frequenza di rete, che rimarrà stabile a 50Hz, e per l'aggiunta il valore medio della tensione sarà ancora più inferiore rispetto a quello del processo di raddrizzazione con ponte a diodi, per il semplice motivo che la semionda negativa non verrà mai raddrizzata.
Il problema del valore medio ancora più basso, si risolve montando ancora una volta il condensatore elettrolitico di livellamento di calcolata capacità, che risulterà superiore rispetto al ponte raddrizzatore.

Calcolare la tensione di uscita:

Vcc = (Vac - 0.7) x 1,41

dove:

Vcc = sono i Volt ai capi del condensatore;
Vac = sono i Volt efficaci della tensione alternata;
0.7 = è la caduta di tensione del diodo raddrizzatore;
1.41 = é il numero fisso per ottenere i Volt di picco;

Se volessimo ricavare invece il valore del consensatore di livellamento, useremo:

40.000 : (Vcc : A) = microFarad

dove:

Vcc = e' la tensione continua raddrizzata;
A = assorbimento totale del circuito da alimentare;
40.000 = è il numero fisso per ottenere la capacità;
 
Ultima modifica:

MaKrum

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15 Novembre 2018
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#4
Grazie mille Blume, ottima guida.
finalmente posso iniziare ad informarmi un po' anche sugli alimentatori oltre alle tastiere meccaniche
 

Blume

ProtoModeratore
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#7
Quanti di noi abbiamo sentito dire, in caso di problemi all'alimentatore del pc...è scoppiato un condensatore di filtro/di livellamento, ma che cos'è un "Condensatore" fondamentale componente che non manca mai nella maggior parte dei circuiti elettronici.

Condensatori, cosa sono e come funzionano

Un condensatore ha due terminali. Insieme con i resistori e induttori, sono uno dei più fondamentali componenti elettrici passivi che usiamo. Se guardiamo un circuito è molto difficile non trovare un condensatore all`interno.





Ciò che rende speciale i condensatori è la loro capacità di immagazzinare energia; sono come una batteria completamente carica. Le applicazioni più comuni includono la memorizzazione locale di energia, la soppressione dei picchi di tensione, e il filtraggio dei segnali complessi.

In questo tutorial, esamineremo tutti i tipi di argomenti correlati ai condensatori, tra cui:
  • Come è fatto un condensatore
  • Come funziona un condensatore
  • Capacità
  • Tipi di condensatori
  • Come riconoscere i condensatori
  • Come si combina la capacità in serie e parallelo
  • Applicazioni comuni dei condensatori

SIMBOLI E UNITÁ

Simboli del circuito

Ci sono due modi per disegnare un condensatore in uno schema. Hanno sempre due terminali, che vanno a collegarsi al resto del circuito. Il simbolo dei condensatori è costituito da due linee parallele, che sono piane o curvate; entrambe le linee devono essere parallele tra loro, vicino, ma non devono toccarsi (questo è effettivamente rappresentativo di come il condensatore è fatto) è duro da descrivere, più facile da mostrare.


(1) e (2) sono simboli di condensatori standard, rispettivamente, ceramico ed elettrolitico. (3) è un esempio di condensatori in azione in un circuito regolatore di tensione.



Il simbolo con una linea curva (# 2 nella foto sopra) indica che il condensatore è polarizzato, significa che probabilmente è un condensatore elettrolitico.

Ogni condensatore deve essere accompagnato da un nome, C1, C2, ecc .. e un valore. Il valore dovrebbe indicare la capacità del condensatore; quanti Farad ha. Parlando di Farad ...

Unità di capacità

Non tutti i condensatori sono uguali. Ogni condensatore è costruito per avere una quantità specifica di capacitanza. La capacità di un condensatore indica la quantità di carica che è in grado di memorizzare, più capacità significa più capacità di immagazzinare una carica. L'unità standard di capacità viene chiamata Farad , abbreviato F .

Si scopre che un farad è un sacco di capacità, anche 0.001F (1 milifarad - 1MF) è un grande condensatore. Di solito si vedranno condensatori che si aggirano nellla gamma dei pico (10^-12 ) e dei microfarad (10^-6 ).




UN PO DI TEORIA SUI CONDENSATORI

Come è fatto un condensatore

Il simbolo schematico di un condensatore in realtà assomiglia da vicino a come è fatto. Un condensatore è creato da due piastre metalliche ed un materiale isolante chiamato dielettrico. Le piastre metalliche sono posizionate molto vicine tra loro, in parallelo, ma il dielettrico assicura che non si tocchino.






Il dielettrico può essere fatto di tutti i tipi di materiali isolanti: carta, vetro, gomma, ceramica, plastica, o tutto ciò che può ostacolare il flusso di corrente.

Le piastre sono fatte di un materiale conduttore: alluminio, tantalio, argento, o di altri metalli. Sono collegati ciascuno ad un filo terminale, che è quello che poi si collega al resto del circuito.

La capacità di un condensatore (quanti farad ha) dipende da come è costruito. Più capacità richiede un condensatore grande. Piastre con superficie maggiore in sovrapposizione forniscono maggiore capacità, mentre più distanza tra le piastre significa meno capacità. Il materiale del dielettrico ha anche un effetto su quanti farad un condensatore ha. La capacità totale di un condensatore può essere calcolata con l'equazione:






Dove εr è il dielettrico permittività elettrica (un valore costante determinato dal materiale dielettrico), A è la quantità di area delle piastre che si sovrappongono, e d è la distanza tra le piastre.

Come funziona un condensatore

Quando la corrente fluisce in un condensatore, le cariche sono "bloccate" sulle piastre perché non possono andare oltre il dielettrico isolante. Gli elettroni (particelle con carica negativa) vengono risucchiati in una delle piastre, diventando così di carica negativa. La grande massa di cariche negative su una piastra spinge via le altre cariche sull`altra piastra, rendendola carica positivamente.






Le cariche positive e negative su ciascuno di queste piastre si attraggono, perché è quello che fanno cariche le opposte. Ma, con il dielettrico tra di loro, per quanto vogliono unirsi, le cariche saranno sempre bloccate sulla piastra (fino a quando non avranno un altro posto dove andare). Le cariche stazionarie su queste piastre creano un campo elettrico, che influenzano energia potenziale elettrica e tensione . Quando un gruppo di cariche si trovano su un condensatore di questo tipo, il condensatore può immagazzinare energia elettrica, come una batteria può immagazzinare energia chimica.

Carica e scarica

Quando le cariche positive e negative fondono sulle piastre del condensatore, il condensatore viene caricato .
Un condensatore può mantenere il suo campo elettrico (trattenere la sua carica) perché le cariche positive e negative su ciascuna delle piastre si attraggono ma non vengono mai in contatto tra loro.

Ad un certo punto le piastre del condensatore saranno così piene di cariche che non possono accettarne più. Ci sono abbastanza cariche negative sulla piastra che si possono respingere tutte le altre che cercano di unirsi. Questo è il punto dove la capacità (Farad) di un condensatore entra in gioco, cioè la quantità massima di carica del condensatore che è in grado di memorizzare.

Se si crea un percorso nel circuito che consente alle cariche di trovare un altro percorso, lasceranno il condensatore, e si scaricherà .

Ad esempio, nel circuito di seguito, una batteria può essere usata per indurre un potenziale elettrico attraverso il condensatore. Ciò causerà cariche uguali ma opposte su ciascuna delle piastre, finché saranno così piene e non consentiranno alla corrente di fluire. Un LED posto in serie con il condensatore potrebbe fornire un percorso per la corrente, e l'energia immagazzinata nel condensatore potrebbe essere utilizzata per illuminare brevemente il LED.






Calcolo di carica, tensione e corrente

La capacità di un condensatore (quanti farad è) ti dice quanta carica che può memorizzare. La carica dipende dalla differenza di potenziale (tensione) tra le piastre. Questa relazione tra carica, capacità, e tensione può essere trovata con questa equazione:


Carica (Q) immagazzinata in un condensatore è il prodotto della sua capacità (C) e la tensione (V) applicata ad esso.



La capacità di un condensatore dovrebbe essere sempre un valore costante, noto. Così siamo in grado di regolare la tensione per aumentare o diminuire la carica. Più di tensione significa più carica, meno tensione ... meno carica.

Tale equazione ci dà anche un buon modo per definire il valore di un farad. Un farad (F) è la capacità di memorizzare una unità di energia (coulomb) per ogni volt.

Calcolo corrente

Possiamo prendere l`equazione tensione / carica / capacità per fare un ulteriore passo avanti e scoprire come la capacità e la tensione influenzano la corrente, perché la corrente è il di flusso di carica. Il rapporto di un condensatore tra tensione e corrente è questo: la quantità di corrente attraverso un condensatore dipende sia dalla capacità e sia da quanto velocemente la tensione è in aumento o in diminuzione . Se la tensione ai capi di un condensatore aumenta rapidamente, una grande corrente positiva verrà indotta attraverso il condensatore. Un aumento lento della tensione attraverso un condensatore equivale a una corrente più piccola che lo attraversa. Se la tensione ai capi di un condensatore è costante e immutabile, nessuna corrente passerà attraverso esso.

L'equazione per il calcolo di corrente attraverso un condensatore è:






Il dV / dt di questa equazione è un derivata (un modo elegante per dire tasso istantaneo) di tensione nel corso del tempo, ed è equivalente a dire "quanto velocemente la tensione va verso l'alto o verso il basso in questo momento". Si deduce da questa equazione che se la tensione è costante, il derivato è zero, il che significa che la corrente è pari a zero . Questo è il motivo per cui la corrente non può fluire attraverso un condensatore con una tensione costante.




TIPI DI CONDENSATORI

Ci sono tutti i tipi di tipi di condensatori là fuori, ognuno con determinate caratteristiche e inconvenienti che lo rendono meglio per alcune applicazioni di altri.
Al momento di decidere sui tipi di condensatori ci sono una manciata di fattori da considerare:
  • Size - Grandezza sia in termini di volume fisico e capacità. Non è raro che un condensatore per essere il più grande componente di un circuito. Possono anche essere molto piccola. Più capacità richiede in genere un condensatore più grande.
  • Massima tensione - Ogni condensatore è valutato per una tensione massima che può essere lasciato cadere attraverso di esso. Alcuni condensatori potrebbero essere valutato per 1.5V, altri potrebbero essere dimensionati per 100V. Il superamento della tensione massima provocherà solitamente distruggere il condensatore.
  • Corrente di dispersione - condensatori non sono perfetti. Ogni tappo è incline a perdite qualche piccola quantità di corrente attraverso il dielettrico, da un terminale all'altro. Questa perdita di corrente molto piccola (di solito nA o meno) si chiama perdite. Dispersione provoca l'energia immagazzinata nel condensatore lentamente, ma sicuramente defluire.
  • Resistenza serie equivalente (ESR) - I terminali di un condensatore sono non conduttivo 100%, avranno sempre una piccola quantità di resistenza (di solito meno di 0.01Ω) ad essi. Questa resistenza diventa un problema quando molta corrente scorre attraverso il tappo, producendo perdita di calore ed elettricità.
  • Tolleranza - Condensatori anche non può essere fatto per avere un esatto, capacità preciso. Ogni tappo viene valutato per la loro capacità nominale, ma, a seconda del tipo, il valore esatto può variare dovunque da ± 1% a ± 20% del valore desiderato.

Condensatori ceramici

Il condensatore più comunemente usato è il condensatore ceramico. Il nome deriva dal materiale di cui è fatto il dielettrico.

I condensatori ceramici sono di solito sia fisicamente che di capacità piccole. E 'difficile trovare un condensatore ceramico molto più grande di 10μF. Un condensatore di ceramica tipo SMD si trova comunemente in un minuscolo 0402 (0,4 millimetri x 0,2 millimetri), 0603 (0,6 millimetri x 0.3mm). Foro passante o "standard" i condensatori in ceramica di solito appaiono come piccole lampadine (comunemente gialli o rossi), con due terminali sporgenti.


Due condensatori ceramici; un condensatore 22pF a sinistra, e 0.1μF sulla destra. Nel mezzo, un piccolo 0.1μF 0603 SMD.



Rispetto ai condensatori elettrolitici ugualmente popolari, i ceramici hanno più bassa ESR e corrente di dispersione, ma la loro piccola capacità può essere limitante. Di solito sono l'opzione meno costosa. Questi condensatori sono adatti per l'accoppiamento ad alta frequenza.

Condensatori elettrolitici

Gli elettrolitici sono grandi perché in grado di racchiudere un sacco di capacità in un volume relativamente piccolo. Se avete bisogno di un condensatore nel range di 1F-1mF, hai più probabilità di trovarlo in una forma elettrolitica. Sono particolarmente adatti per applicazioni ad alta tensione a causa delle loro tensioni massime relativamente alte.

I condensatori elettrolitici in alluminio, il più popolare della famiglia elettrolitica, di solito appaiono come piccole scatole di latta, con entrambi i conduttori che si estendono verso il basso.


Un assortimento di condensatori elettrolitici foro passante e SMD. Notare ognuno ha qualche metodo per marcare il catodo (polo negativo).



Purtroppo, i condensatori elettrolitici di solito sono polarizzati . Hanno un perno positivo (l'anodo) ed un perno negativo chiamato catodo. Quando la tensione è applicata ad un condensatore elettrolitico, l'anodo deve essere ad una tensione superiore al catodo. Il catodo di un condensatore elettrolitico viene generalmente identificato con marchiato un '-' , e una striscia colorata sul case. La gamba dell'anodo potrebbe anche essere leggermente più lunga. Se la tensione è applicata in senso inverso su un condensatore elettrolitico, si guasterà in modo permanente (noterete una apertura sul tappo del cilindro). Dopo che un elettrolitico è bruciato si comporterà come un corto circuito.

Questi condensatori sono anche noti per le dispersioni, con perdite di piccole quantità di corrente (dell'ordine di nA). Questo rende condensatori elettrolitici meno ideali per lo stoccaggio di energia, che è un peccato data la loro elevata capacità e tensione.

Supercondensatori

Se siete alla ricerca di un condensatore fatto per immagazzinare energia, bisogna pensare ai supercondensatori. Questi condensatori sono unicamente progettati per avere elevate capacità, nella gamma di Farad.


Un Supercondensatore da 1F. Alta capacità, ma valutato solo per 2.5V. Anche questi sono polarizzati.



Mentre possono memorizzare una grande quantità di carica, i supercondensatori non possono lavorare con tensioni molto alte. Questo supercondensatore da 1F è valutato solo per 2.5V max. I supercondensatori sono comunemente messi in serie per ottenere un punteggio più alto di tensione (riducendo la capacità totale).

L'applicazione principale per i supercondensatori è di immagazzinare e rilasciare energia, come le batterie, che sono la loro concorrenza principale. Mentre i supercondensatori non possono contenere tanta energia quanto una batteria, possono rilasciarla però molto più velocemente, e di solito hanno una durata molto più lunga.




CONDENSATORI IN SERIE E IN PARALLELO

Proprio come i resistori , condensatori multipli possono essere combinati in serie o in parallelo per creare una capacità equivalente. I condensatori, tuttavia, si sommano in un modo che è completamente l'opposto dei resistori.

Condensatori in parallelo

Quando i condensatori sono posti in parallelo tra loro, la capacità totale è semplicemente la somma di tutte le capacità. Questo è analogo al modo in cui i resistori si aggiungono quando sono serie.


Così, per esempio, se si hanno tre condensatori di valore 10μF, 1 F, e 0.1μF in parallelo, la capacità totale sarebbe 11.1μF (10 + 1 + 0,1).



Condensatori in serie

Proprio come le resistenze si aggiungono in parallelo, i condensatori fanno ugualmente quando sono immessi in serie . La capacità totale di N condensatori in serie è l'inverso della somma di tutte le capacità inverse.






Se avete solo due condensatori in serie, è possibile utilizzare il metodo del "prodotto sulla somma" per calcolare la capacità totale:






Prendendo questa equazione, se si dispone di due condensatori di uguale valore in serie , la capacità totale è la metà del loro valore. Per esempio due supercondensatori in serie da 10F produrranno una capacità totale di 5F (che avrà anche il vantaggio di raddoppiare la tensione del condensatore totale, da 2,5V a 5V).




ESEMPIO DI APPLICAZIONE DEI CONDENSATORI

Filtraggio Alimentazione

Raddrizzatori a diodi possono essere usati per trasformare la tensione alternata in tensione continua richiesta dalla maggior parte dell'elettronica. Ma i diodi da soli non possono trasformare un segnale in corrente alternata in un segnale DC pulito, hanno bisogno dell'aiuto dei condensatori! Aggiungendo un condensatore in parallelo ad un raddrizzatore a ponte, un segnale raddrizzato come questo:






Può essere trasformato in un segnale quasi a "livello" DC in questo modo:






Il condensatore usato come filtro caricherà con l'aumentare della tensione rettificata. Quando la tensione raddrizzata che entra nel condensatore inizia il suo rapido declino, il condensatore scaricherà l`energia immagazzinata molto lentamente, fornendo energia al carico. Il condensatore non dovrebbe scaricarsi completamente prima del segnale di ingresso rettificato. Questa danza gioca molte volte al secondo, su e giù finché l'alimentazione è in uso.


Un circuito di alimentazione AC-DC. Il condensatore del filtro (C1) è critico per livellare il segnale DC inviato al circuito di carico.



Se fai a pezzi qualsiasi alimentatore AC-DC (non funzionante :) sei destinato a trovare almeno un condensatore piuttosto grande. Qui di seguito l`interno di un adattatore a muro 9V DC . Noti tutti quei condensatori?






Ci potrebbero essere più condensatori di quanto si pensi! Ci sono quattro condensatori elettrolitici che vanno da 47μF a 1000μF. Il grande rettangolo giallo in primo piano è un condensatore in polipropilene di 0.1μF ad alta tensione. Il condensatore a forma di disco blu e il piccolo verde nel mezzo sono entrambi ceramici.
 
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#8
Quanti di noi abbiamo sentito dire, in caso di problemi all'alimentatore del pc...è scoppiato un condensatore di filtro/di livellamento, ma che cos'è un "Condensatore" fondamentale componente che non manca mai nella maggior parte dei circuiti elettronici.

Condensatori, cosa sono e come funzionano

Un condensatore ha due terminali. Insieme con i resistori e induttori, sono uno dei più fondamentali componenti elettrici passivi che usiamo. Se guardiamo un circuito è molto difficile non trovare un condensatore all`interno.





Ciò che rende speciale i condensatori è la loro capacità di immagazzinare energia; sono come una batteria completamente carica. Le applicazioni più comuni includono la memorizzazione locale di energia, la soppressione dei picchi di tensione, e il filtraggio dei segnali complessi.

In questo tutorial, esamineremo tutti i tipi di argomenti correlati ai condensatori, tra cui:
  • Come è fatto un condensatore
  • Come funziona un condensatore
  • Capacità
  • Tipi di condensatori
  • Come riconoscere i condensatori
  • Come si combina la capacità in serie e parallelo
  • Applicazioni comuni dei condensatori

SIMBOLI E UNITÁ

Simboli del circuito

Ci sono due modi per disegnare un condensatore in uno schema. Hanno sempre due terminali, che vanno a collegarsi al resto del circuito. Il simbolo dei condensatori è costituito da due linee parallele, che sono piane o curvate; entrambe le linee devono essere parallele tra loro, vicino, ma non devono toccarsi (questo è effettivamente rappresentativo di come il condensatore è fatto) è duro da descrivere, più facile da mostrare.


(1) e (2) sono simboli di condensatori standard, rispettivamente, ceramico ed elettrolitico. (3) è un esempio di condensatori in azione in un circuito regolatore di tensione.



Il simbolo con una linea curva (# 2 nella foto sopra) indica che il condensatore è polarizzato, significa che probabilmente è un condensatore elettrolitico.

Ogni condensatore deve essere accompagnato da un nome, C1, C2, ecc .. e un valore. Il valore dovrebbe indicare la capacità del condensatore; quanti Farad ha. Parlando di Farad ...

Unità di capacità

Non tutti i condensatori sono uguali. Ogni condensatore è costruito per avere una quantità specifica di capacitanza. La capacità di un condensatore indica la quantità di carica che è in grado di memorizzare, più capacità significa più capacità di immagazzinare una carica. L'unità standard di capacità viene chiamata Farad , abbreviato F .

Si scopre che un farad è un sacco di capacità, anche 0.001F (1 milifarad - 1MF) è un grande condensatore. Di solito si vedranno condensatori che si aggirano nellla gamma dei pico (10^-12 ) e dei microfarad (10^-6 ).




UN PO DI TEORIA SUI CONDENSATORI

Come è fatto un condensatore

Il simbolo schematico di un condensatore in realtà assomiglia da vicino a come è fatto. Un condensatore è creato da due piastre metalliche ed un materiale isolante chiamato dielettrico. Le piastre metalliche sono posizionate molto vicine tra loro, in parallelo, ma il dielettrico assicura che non si tocchino.






Il dielettrico può essere fatto di tutti i tipi di materiali isolanti: carta, vetro, gomma, ceramica, plastica, o tutto ciò che può ostacolare il flusso di corrente.

Le piastre sono fatte di un materiale conduttore: alluminio, tantalio, argento, o di altri metalli. Sono collegati ciascuno ad un filo terminale, che è quello che poi si collega al resto del circuito.

La capacità di un condensatore (quanti farad ha) dipende da come è costruito. Più capacità richiede un condensatore grande. Piastre con superficie maggiore in sovrapposizione forniscono maggiore capacità, mentre più distanza tra le piastre significa meno capacità. Il materiale del dielettrico ha anche un effetto su quanti farad un condensatore ha. La capacità totale di un condensatore può essere calcolata con l'equazione:






Dove εr è il dielettrico permittività elettrica (un valore costante determinato dal materiale dielettrico), A è la quantità di area delle piastre che si sovrappongono, e d è la distanza tra le piastre.

Come funziona un condensatore

Quando la corrente fluisce in un condensatore, le cariche sono "bloccate" sulle piastre perché non possono andare oltre il dielettrico isolante. Gli elettroni (particelle con carica negativa) vengono risucchiati in una delle piastre, diventando così di carica negativa. La grande massa di cariche negative su una piastra spinge via le altre cariche sull`altra piastra, rendendola carica positivamente.






Le cariche positive e negative su ciascuno di queste piastre si attraggono, perché è quello che fanno cariche le opposte. Ma, con il dielettrico tra di loro, per quanto vogliono unirsi, le cariche saranno sempre bloccate sulla piastra (fino a quando non avranno un altro posto dove andare). Le cariche stazionarie su queste piastre creano un campo elettrico, che influenzano energia potenziale elettrica e tensione . Quando un gruppo di cariche si trovano su un condensatore di questo tipo, il condensatore può immagazzinare energia elettrica, come una batteria può immagazzinare energia chimica.

Carica e scarica

Quando le cariche positive e negative fondono sulle piastre del condensatore, il condensatore viene caricato .
Un condensatore può mantenere il suo campo elettrico (trattenere la sua carica) perché le cariche positive e negative su ciascuna delle piastre si attraggono ma non vengono mai in contatto tra loro.

Ad un certo punto le piastre del condensatore saranno così piene di cariche che non possono accettarne più. Ci sono abbastanza cariche negative sulla piastra che si possono respingere tutte le altre che cercano di unirsi. Questo è il punto dove la capacità (Farad) di un condensatore entra in gioco, cioè la quantità massima di carica del condensatore che è in grado di memorizzare.

Se si crea un percorso nel circuito che consente alle cariche di trovare un altro percorso, lasceranno il condensatore, e si scaricherà .

Ad esempio, nel circuito di seguito, una batteria può essere usata per indurre un potenziale elettrico attraverso il condensatore. Ciò causerà cariche uguali ma opposte su ciascuna delle piastre, finché saranno così piene e non consentiranno alla corrente di fluire. Un LED posto in serie con il condensatore potrebbe fornire un percorso per la corrente, e l'energia immagazzinata nel condensatore potrebbe essere utilizzata per illuminare brevemente il LED.






Calcolo di carica, tensione e corrente

La capacità di un condensatore (quanti farad è) ti dice quanta carica che può memorizzare. La carica dipende dalla differenza di potenziale (tensione) tra le piastre. Questa relazione tra carica, capacità, e tensione può essere trovata con questa equazione:


Carica (Q) immagazzinata in un condensatore è il prodotto della sua capacità (C) e la tensione (V) applicata ad esso.



La capacità di un condensatore dovrebbe essere sempre un valore costante, noto. Così siamo in grado di regolare la tensione per aumentare o diminuire la carica. Più di tensione significa più carica, meno tensione ... meno carica.

Tale equazione ci dà anche un buon modo per definire il valore di un farad. Un farad (F) è la capacità di memorizzare una unità di energia (coulomb) per ogni volt.

Calcolo corrente

Possiamo prendere l`equazione tensione / carica / capacità per fare un ulteriore passo avanti e scoprire come la capacità e la tensione influenzano la corrente, perché la corrente è il di flusso di carica. Il rapporto di un condensatore tra tensione e corrente è questo: la quantità di corrente attraverso un condensatore dipende sia dalla capacità e sia da quanto velocemente la tensione è in aumento o in diminuzione . Se la tensione ai capi di un condensatore aumenta rapidamente, una grande corrente positiva verrà indotta attraverso il condensatore. Un aumento lento della tensione attraverso un condensatore equivale a una corrente più piccola che lo attraversa. Se la tensione ai capi di un condensatore è costante e immutabile, nessuna corrente passerà attraverso esso.

L'equazione per il calcolo di corrente attraverso un condensatore è:






Il dV / dt di questa equazione è un derivata (un modo elegante per dire tasso istantaneo) di tensione nel corso del tempo, ed è equivalente a dire "quanto velocemente la tensione va verso l'alto o verso il basso in questo momento". Si deduce da questa equazione che se la tensione è costante, il derivato è zero, il che significa che la corrente è pari a zero . Questo è il motivo per cui la corrente non può fluire attraverso un condensatore con una tensione costante.




TIPI DI CONDENSATORI

Ci sono tutti i tipi di tipi di condensatori là fuori, ognuno con determinate caratteristiche e inconvenienti che lo rendono meglio per alcune applicazioni di altri.
Al momento di decidere sui tipi di condensatori ci sono una manciata di fattori da considerare:
  • Size - Grandezza sia in termini di volume fisico e capacità. Non è raro che un condensatore per essere il più grande componente di un circuito. Possono anche essere molto piccola. Più capacità richiede in genere un condensatore più grande.
  • Massima tensione - Ogni condensatore è valutato per una tensione massima che può essere lasciato cadere attraverso di esso. Alcuni condensatori potrebbero essere valutato per 1.5V, altri potrebbero essere dimensionati per 100V. Il superamento della tensione massima provocherà solitamente distruggere il condensatore.
  • Corrente di dispersione - condensatori non sono perfetti. Ogni tappo è incline a perdite qualche piccola quantità di corrente attraverso il dielettrico, da un terminale all'altro. Questa perdita di corrente molto piccola (di solito nA o meno) si chiama perdite. Dispersione provoca l'energia immagazzinata nel condensatore lentamente, ma sicuramente defluire.
  • Resistenza serie equivalente (ESR) - I terminali di un condensatore sono non conduttivo 100%, avranno sempre una piccola quantità di resistenza (di solito meno di 0.01Ω) ad essi. Questa resistenza diventa un problema quando molta corrente scorre attraverso il tappo, producendo perdita di calore ed elettricità.
  • Tolleranza - Condensatori anche non può essere fatto per avere un esatto, capacità preciso. Ogni tappo viene valutato per la loro capacità nominale, ma, a seconda del tipo, il valore esatto può variare dovunque da ± 1% a ± 20% del valore desiderato.

Condensatori ceramici

Il condensatore più comunemente usato è il condensatore ceramico. Il nome deriva dal materiale di cui è fatto il dielettrico.

I condensatori ceramici sono di solito sia fisicamente che di capacità piccole. E 'difficile trovare un condensatore ceramico molto più grande di 10μF. Un condensatore di ceramica tipo SMD si trova comunemente in un minuscolo 0402 (0,4 millimetri x 0,2 millimetri), 0603 (0,6 millimetri x 0.3mm). Foro passante o "standard" i condensatori in ceramica di solito appaiono come piccole lampadine (comunemente gialli o rossi), con due terminali sporgenti.


Due condensatori ceramici; un condensatore 22pF a sinistra, e 0.1μF sulla destra. Nel mezzo, un piccolo 0.1μF 0603 SMD.



Rispetto ai condensatori elettrolitici ugualmente popolari, i ceramici hanno più bassa ESR e corrente di dispersione, ma la loro piccola capacità può essere limitante. Di solito sono l'opzione meno costosa. Questi condensatori sono adatti per l'accoppiamento ad alta frequenza.

Condensatori elettrolitici

Gli elettrolitici sono grandi perché in grado di racchiudere un sacco di capacità in un volume relativamente piccolo. Se avete bisogno di un condensatore nel range di 1F-1mF, hai più probabilità di trovarlo in una forma elettrolitica. Sono particolarmente adatti per applicazioni ad alta tensione a causa delle loro tensioni massime relativamente alte.

I condensatori elettrolitici in alluminio, il più popolare della famiglia elettrolitica, di solito appaiono come piccole scatole di latta, con entrambi i conduttori che si estendono verso il basso.


Un assortimento di condensatori elettrolitici foro passante e SMD. Notare ognuno ha qualche metodo per marcare il catodo (polo negativo).



Purtroppo, i condensatori elettrolitici di solito sono polarizzati . Hanno un perno positivo (l'anodo) ed un perno negativo chiamato catodo. Quando la tensione è applicata ad un condensatore elettrolitico, l'anodo deve essere ad una tensione superiore al catodo. Il catodo di un condensatore elettrolitico viene generalmente identificato con marchiato un '-' , e una striscia colorata sul case. La gamba dell'anodo potrebbe anche essere leggermente più lunga. Se la tensione è applicata in senso inverso su un condensatore elettrolitico, si guasterà in modo permanente (noterete una apertura sul tappo del cilindro). Dopo che un elettrolitico è bruciato si comporterà come un corto circuito.

Questi condensatori sono anche noti per le dispersioni, con perdite di piccole quantità di corrente (dell'ordine di nA). Questo rende condensatori elettrolitici meno ideali per lo stoccaggio di energia, che è un peccato data la loro elevata capacità e tensione.

Supercondensatori

Se siete alla ricerca di un condensatore fatto per immagazzinare energia, bisogna pensare ai supercondensatori. Questi condensatori sono unicamente progettati per avere elevate capacità, nella gamma di Farad.


Un Supercondensatore da 1F. Alta capacità, ma valutato solo per 2.5V. Anche questi sono polarizzati.



Mentre possono memorizzare una grande quantità di carica, i supercondensatori non possono lavorare con tensioni molto alte. Questo supercondensatore da 1F è valutato solo per 2.5V max. I supercondensatori sono comunemente messi in serie per ottenere un punteggio più alto di tensione (riducendo la capacità totale).

L'applicazione principale per i supercondensatori è di immagazzinare e rilasciare energia, come le batterie, che sono la loro concorrenza principale. Mentre i supercondensatori non possono contenere tanta energia quanto una batteria, possono rilasciarla però molto più velocemente, e di solito hanno una durata molto più lunga.




CONDENSATORI IN SERIE E IN PARALLELO

Proprio come i resistori , condensatori multipli possono essere combinati in serie o in parallelo per creare una capacità equivalente. I condensatori, tuttavia, si sommano in un modo che è completamente l'opposto dei resistori.

Condensatori in parallelo

Quando i condensatori sono posti in parallelo tra loro, la capacità totale è semplicemente la somma di tutte le capacità. Questo è analogo al modo in cui i resistori si aggiungono quando sono serie.


Così, per esempio, se si hanno tre condensatori di valore 10μF, 1 F, e 0.1μF in parallelo, la capacità totale sarebbe 11.1μF (10 + 1 + 0,1).



Condensatori in serie

Proprio come le resistenze si aggiungono in parallelo, i condensatori fanno ugualmente quando sono immessi in serie . La capacità totale di N condensatori in serie è l'inverso della somma di tutte le capacità inverse.






Se avete solo due condensatori in serie, è possibile utilizzare il metodo del "prodotto sulla somma" per calcolare la capacità totale:






Prendendo questa equazione, se si dispone di due condensatori di uguale valore in serie , la capacità totale è la metà del loro valore. Per esempio due supercondensatori in serie da 10F produrranno una capacità totale di 5F (che avrà anche il vantaggio di raddoppiare la tensione del condensatore totale, da 2,5V a 5V).




ESEMPIO DI APPLICAZIONE DEI CONDENSATORI

Filtraggio Alimentazione

Raddrizzatori a diodi possono essere usati per trasformare la tensione alternata in tensione continua richiesta dalla maggior parte dell'elettronica. Ma i diodi da soli non possono trasformare un segnale in corrente alternata in un segnale DC pulito, hanno bisogno dell'aiuto dei condensatori! Aggiungendo un condensatore in parallelo ad un raddrizzatore a ponte, un segnale raddrizzato come questo:






Può essere trasformato in un segnale quasi a "livello" DC in questo modo:






Il condensatore usato come filtro caricherà con l'aumentare della tensione rettificata. Quando la tensione raddrizzata che entra nel condensatore inizia il suo rapido declino, il condensatore scaricherà l`energia immagazzinata molto lentamente, fornendo energia al carico. Il condensatore non dovrebbe scaricarsi completamente prima del segnale di ingresso rettificato. Questa danza gioca molte volte al secondo, su e giù finché l'alimentazione è in uso.


Un circuito di alimentazione AC-DC. Il condensatore del filtro (C1) è critico per livellare il segnale DC inviato al circuito di carico.



Se fai a pezzi qualsiasi alimentatore AC-DC (non funzionante :) sei destinato a trovare almeno un condensatore piuttosto grande. Qui di seguito l`interno di un adattatore a muro 9V DC . Noti tutti quei condensatori?






Ci potrebbero essere più condensatori di quanto si pensi! Ci sono quattro condensatori elettrolitici che vanno da 47μF a 1000μF. Il grande rettangolo giallo in primo piano è un condensatore in polipropilene di 0.1μF ad alta tensione. Il condensatore a forma di disco blu e il piccolo verde nel mezzo sono entrambi ceramici.
Complimenti!
Ottima guida ;)
 

Joe-V76

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#9
Vorrei, se possibile, sottoporle questo piccolo testo per unirmi alla sua guida sui componenti elettronici:
Devo ricordare che la corrente puó essere definito come la quantitá di cariche che riescono a muoversi in un secondo.
I=ẟ/t; V=W/ẟ
Il voltaggio, invece, è l’energia che muove una carica ẟ producendo corrente.
Quindi, come, (approssimativamente), l’acqua di un fiume, le cariche possono “fluttuare” costantemente senza alcun cambiamento. Questa è chiamata DC o Direct Current. Nella DC non esiste alcuna variazione di velocitá degli elettroni, no ripple, niente.
La corrente alternata AC (Alternating Current) si ottiene quando le cariche cambiano direzione muovendosi su di un grafico “variabile”. Ovviamente, se le cariche si muovono costantemente in avanti nel tempo, non potranno mai tornare indietro.
Il grafico della corrente alternata, che tutti noi conosciamo, è la classica sinusoide che nasce da una circonferenza di raggio 1 ed un punto del perimetro di tale figura piana che si muove lungo la circonferenza ad una velocitá costante. Se si tiene conto della “traccia” di tale punto sull’asse verticale, riportandolo nel tempo, si avrá un grafico sinusoidale con ampiezza uguale a 1. Il periodo di una corrente AC è il tempo che il punto impiega per tornare alla posizione di partenza, ovviamente, variata nel tempo. La frequenza è il numero di volte che si ripete questo movimento in 1 secondo.
f= 1/T
la sinusoide si rappresenta con senα. Sen rappresenta il valore del seno della circonferenza tra +1 e -1, mentre α l’angolo dove si trova il punto sulla circonferenza. Normalmente α si misura in RADIANTI (360=2π). Quindi la formula completa per un’onda sinusoidale si avrá con:
A sen (ωt + ϕ) = 1
spiegando la formula ω è la frequenza angolare, cioè mostra quanto velocemente il segnale oscilla (ω=2πf); ϕ invece, è un angolo fisso. Come ad esempio, nelle trifasi, ogni fase ha un angolo fisso differente di 120⁰. Ovviamente, il grafico sinusoidale non è l’unico grafico. Esistono: Onde quadre, triangolari e a denti di sega, o un misto tra i tre.
Comunque, ogni onda periodica sinusoidale, puó essere assunta come somma di una serie di onde con differenza frequenza e grandezza. Queste onde sinusoidali “particolari” hanno differenti armoniche di cui, la principale, inizia dalla piú bassa frequenza. Quindi ogni tipologia di grafico “Alternato” puó avere in comune l’armonica alla stessa frequenza, ma con tutto il resto differente. Ci si potrebbe riferire a tutte queste onde tramite le loro grandezze e sarebbe sbagliato, perché, 1V di picco di un’onda sinusoidale avrebbe una potenza differente a 1V di picco di onda quadra. Ecco perché per le linee elettriche si usano gli RMS (Root Mean Square) che non è altro che un voltaggio o una corrente che puó “spostare” la stessa quantitá di potenza per il suo equivalente in DC (voltaggio o corrente) su un carico resistivo.
Esempio 1Vrms AC ha la stessa potenza di 1V DC su di una resistenza di 1Ω.
Ovviamente VrmsDC=VDC mentre V(picco)AC= VrmsAC√(2)
Sta di fatto che non è possibile avere solamente AC o DC e la somma degli RMS nel caso di AC+DC è
√[V^2rms(AC)+V^2(DC)].
La corrente continua, quindi, é ottimale per dare potenza ai circuiti, mentre la corrente AC serve ai convertitori di potenza, trasportare informazioni, o trasportare sia dati che elettroni, é utilizzata per svolgere calcoli complessi, serve al trasferimento di risorse anche in aria.
 

Blume

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#10
Vorrei, se possibile, sottoporle questo piccolo testo per unirmi alla sua guida sui componenti elettronici:
Devo ricordare che la corrente puó essere definito come la quantitá di cariche che riescono a muoversi in un secondo.
I=ẟ/t; V=W/ẟ
Il voltaggio, invece, è l’energia che muove una carica ẟ producendo corrente.
Quindi, come, (approssimativamente), l’acqua di un fiume, le cariche possono “fluttuare” costantemente senza alcun cambiamento. Questa è chiamata DC o Direct Current. Nella DC non esiste alcuna variazione di velocitá degli elettroni, no ripple, niente.
La corrente alternata AC (Alternating Current) si ottiene quando le cariche cambiano direzione muovendosi su di un grafico “variabile”. Ovviamente, se le cariche si muovono costantemente in avanti nel tempo, non potranno mai tornare indietro.
Il grafico della corrente alternata, che tutti noi conosciamo, è la classica sinusoide che nasce da una circonferenza di raggio 1 ed un punto del perimetro di tale figura piana che si muove lungo la circonferenza ad una velocitá costante. Se si tiene conto della “traccia” di tale punto sull’asse verticale, riportandolo nel tempo, si avrá un grafico sinusoidale con ampiezza uguale a 1. Il periodo di una corrente AC è il tempo che il punto impiega per tornare alla posizione di partenza, ovviamente, variata nel tempo. La frequenza è il numero di volte che si ripete questo movimento in 1 secondo.
f= 1/T
la sinusoide si rappresenta con senα. Sen rappresenta il valore del seno della circonferenza tra +1 e -1, mentre α l’angolo dove si trova il punto sulla circonferenza. Normalmente α si misura in RADIANTI (360=2π). Quindi la formula completa per un’onda sinusoidale si avrá con:
A sen (ωt + ϕ) = 1
spiegando la formula ω è la frequenza angolare, cioè mostra quanto velocemente il segnale oscilla (ω=2πf); ϕ invece, è un angolo fisso. Come ad esempio, nelle trifasi, ogni fase ha un angolo fisso differente di 120⁰. Ovviamente, il grafico sinusoidale non è l’unico grafico. Esistono: Onde quadre, triangolari e a denti di sega, o un misto tra i tre.
Comunque, ogni onda periodica sinusoidale, puó essere assunta come somma di una serie di onde con differenza frequenza e grandezza. Queste onde sinusoidali “particolari” hanno differenti armoniche di cui, la principale, inizia dalla piú bassa frequenza. Quindi ogni tipologia di grafico “Alternato” puó avere in comune l’armonica alla stessa frequenza, ma con tutto il resto differente. Ci si potrebbe riferire a tutte queste onde tramite le loro grandezze e sarebbe sbagliato, perché, 1V di picco di un’onda sinusoidale avrebbe una potenza differente a 1V di picco di onda quadra. Ecco perché per le linee elettriche si usano gli RMS (Root Mean Square) che non è altro che un voltaggio o una corrente che puó “spostare” la stessa quantitá di potenza per il suo equivalente in DC (voltaggio o corrente) su un carico resistivo.
Esempio 1Vrms AC ha la stessa potenza di 1V DC su di una resistenza di 1Ω.
Ovviamente VrmsDC=VDC mentre V(picco)AC= VrmsAC√(2)
Sta di fatto che non è possibile avere solamente AC o DC e la somma degli RMS nel caso di AC+DC è
√[V^2rms(AC)+V^2(DC)].
La corrente continua, quindi, é ottimale per dare potenza ai circuiti, mentre la corrente AC serve ai convertitori di potenza, trasportare informazioni, o trasportare sia dati che elettroni, é utilizzata per svolgere calcoli complessi, serve al trasferimento di risorse anche in aria.
Trigonometria...col cerchio trigonometrico per la rappresentazione dell'andamento sinusoidale su un piano cartesiano
1542707537987.png
I grafici delle funzioni trigonometriche coseno (verde), seno (blu), tangente (Rosso), cosecante (Giallo), secante (Magenta), cotangente (Ciano).
1542707552931.png Le funzioni trigonometriche dell'angolo θ si possono costruire geometricamente in termini di un cerchio unitario centrato in O.
https://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_trigonometrica#/media/File:Trigonometric_functions.png
 

Blume

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#11
Ma vogliamo dimenticarci del pezzo forte dell'elettronica? colui che ha rivoluzionato il campo...nei circuiti elettronici non può permettersi di mancare, ne tanto meno nei nostri personal computer.
Ne abbiamo a miliardi in ogni pc, inconsciamente cerchiamo di raffreddare i suoi bollenti spiriti in ogni modo, ad aria, con i sitemi a liquido di ogni tipo...la cpu? si! ma da cosa è formata la nostra tanto amata cpu...da miliardi di transistor, questi interruttori elettronici di cui non se ne può fare a meno e sempre più vengono miniaturizzati.

Il Triansistore...o più comunemente chiamato (Transistor)

Transistor, cosa sono e come funzionano

I transistor sono la base del`elettronica moderna. Sono essenziali per il controllo in quasi tutti i circuiti. A volte li vedi, altre sono nascosti all`interno di un circuito integrato. In questo tutorial apprenderemo le basi del transistor a giunzione bipolare (BJT).






In piccole quantità i transistor possono essere utilizzati per creare semplici interruttori elettronici, "logica digitale" e circuiti di amplificazione dei segnali. In quantità di migliaia, milioni o miliardi i transistor sono interconnessi e incorporati in minuscoli chip per creare memorie per computer, microprocessori e altri circuiti integrati complessi.

In questa esercitazione

Dopo la lettura di questo tutorial dovresti avere una visione più ampia di come funzionano i transistor. Non andremo a scavare troppo nella fisica dei semiconduttori o equivalenti, ma capirete come un transistor può essere utilizzato sia come interruttore che come amplificatore.

SIMBOLI PIN E COSTRUZIONE

I transistor sono dispositivi costituiti da tre terminali. Su un transistor a giunzione bipolare (BJT) i pin sono etichettati come Collettore (C), Base (B) ed Emettitore (E).
I simboli circuitali sia per il BJT NPN e PNP sono i seguenti:






L'unica differenza tra un NPN e PNP è la direzione della freccia sull'emettitore.

Costruzione

I transistor si basano sui semiconduttori. Un semiconduttore è un materiale che non conduce molto (come il filo di rame) ma non è neanche un isolante (come l'aria). La conduttività di un semiconduttore dipende da variabili quali la temperatura o la presenza di più o meno elettroni. Vediamo brevemente come è composto un transistor al suo interno.

Un transistor come due diodi

I transistor sono solo due diodi con i loro catodi (o anodi) legati insieme.




La rappresentazione dei diodi è un buon punto di partenza ma non basate la vostra comprensione di funzionamento di un transistor su quel modello (non cercate di replicare su una breadboard, non funzionerà).
Questo modello è utile per testare un transistor. Utilizzando la funzione di prova di un diodo sul multimetro è possibile misurare tra i terminali BE e BC per verificare la conduttività o meno.

Transistor struttura e funzionamento

I transistor sono costruiti sovrapponendo tre diversi strati di materiale semiconduttore. Alcuni di questi strati hanno elettroni extra aggiunti (tramite un processo chiamato "doping" o "drogaggio") e altri hanno mancanza di elettroni (drogato con "lacune" assenza di elettroni).
Un materiale semiconduttore con elettroni in più è chiamato tipo n ( n sta per negativo perchè gli elettroni hanno una carica negativa) e un materiale con mancanza di elettroni viene chiamato di tipo p (positivo).






Possiamo dire che gli elettroni possono fluire facilmente da una regione n a una regione p, purchè abbiano una piccolissima forza (tensione) per spingerli. Ma scorrere da una regione p a una regione n richiederebbe un sacco di tensione.






Il transistor NPN è progettato per trasmettere elettroni dall`emettitore al collettore (la corrente fluisce in modo convenzionale dal collettore all`emettitore).

Il transistor è un po come una valvola di elettroni, la base è come se fosse una maniglia per consentire agli elettroni di fluire dall`emettitore al collettore. Cerchiamo di approfondire questa analogia...

Transistor come rubinetto, analogia con l`acqua

Se avete letto altri tutorial sul concetto di energia elettrica probabilmente siete abituati alle analogie con l`acqua. Diciamo che la corrente è analoga alla portata d`acqua, la tensione è la pressione che spinge l`acqua in un tubo e la resistenza è la larghezza del tubo stesso.




L'analogia con l'acqua può essere estesa ai transistor. Un transistor è come un valvola, un meccanismo che possiamo usare per controllare la portata.
Possiamo elencare tre stadi di utilizzo di una valvola, ciascuno dei quali ha un diverso effetto sul tasso di flusso di un sistema.

1) ON - Corto Circuito

Una valvola può essere aperta, permettendo all'acqua di fluire liberamente

Allo stesso modo, nelle giuste circostanze, un transistor può apparire come un corto circuito tra i pin collettore ed emettitore.




2) OFF- Circuito Aperto

Quando una valvola è chiusa può fermare il flusso d'acqua completamente.

Allo stesso modo un transistor può essere usato per creare un circuito aperto tra il pin collettore ed emettitore




3) Controllo lineare del flusso

Una valvola può essere regolata per controllare la portata d'acqua tra completamente aperta e chiusa.

Un transistor può fare la stessa cosa (controllo lineare della corrente) attraverso un circuito tra completamente OFF (circuito aperto) e completamente ON (corto circuito).







Modalità operative

Diversamente dalle resistenze che attuano una relazione lineare tra tensione e corrente, i transistor sono dispositivi non lineari. Hanno diverse modalità di funzionamento a seconda della corrente che li attraversa. (Quando parliamo del flusso della corrente che attraversa il transistor, intendiamo la corrente che fluisce dal collettore all'emettitore di un NPN).

Nota: La maggior parte di questa parte di pagina si concentrerà sui transistor NPN. Per capire come funziona un PNP bisognerà semplicemente capovolgere la polarità.




Modalità Saturazione

Un transistor in modalità saturazione si comporta come un cortocircuito tra collettore ed emettitore.




In modalità saturazione entrambi i "diodi" del transistor sono polarizzati direttamente. Ciò significa che VBE deve essere maggiore di 0: In altre parole, VB deve essere superiore sia a VE che a VC .





Poiché la giunzione base-emettitore appare come un diodo, in realtá, VBE deve essere maggiore di una tensione di soglia per entrare in saturazione. Il valore effettivo varia da transistor a transistor (oltre anche alla temperatura). Per molti di questi (a temperatura ambiente) possiamo stimare la soglia a circa 0,7V .




Modalitá di taglio o interdizione

La modalità di taglio è l'opposto della saturazione. Quindi possiamo descriverlo come un circuito aperto.




Per ottenere un transistor in modalità di taglio, la tensione sulla base deve essere inferiore sia all'emettitore che al collettore. VBC e VBE devono essere entrambi negativi.




In realtà VBE può essere compreso tra 0V e ~ 0,7V .




Applicazioni dei transistor

Una delle applicazioni più usate per i transistor è quella di controllare un flusso di energia utilizzandolo come interruttore elettrico. Gli interruttori a transistor sono blocchi fondamentali per i circuiti, servono per fare porte logiche, che vanno a creare microcontrollori, microprocessori e altri circuiti integrati. Qui di seguito ci sono alcuni esempi.

Transistor come interruttore

Diamo un occhiata al circuito interruttore a transistor NPN più utilizzato. Qui useremo un NPN per controllare un LED.




Quando la tensione di controllo è fatta fluire sulla base, l'emettitore è mantenuto ad una tensione fissa.

Mentre un normale interruttore richiederebbe un intervento fisico, questo interruttore è controllato dalla tensione al pin base. Un microcontrollore ha pin I/O come quelli su Arduino e può essere programmato HIGH/LOW per accendere o spegnere un LED.
Quando la tensione sulla base è maggiore di 0,7V il transistor si presenta come un cortocircuito tra il collettore e l'emettitore. Quando la tensione sulla base è inferiore di 0,7V il transistor è in modalità cut-off e nessuna corrente fluisce perchè è come se fosse un circuito aperto tra C ed E.

Il circuito sopra è chiamato interruttore low-side. In alternativa, si può utilizzare un transistor PNP per creare un interruttore high-side:







Resistenze sulla base

Noterete che ciascuno di tali circuiti utilizza un resistore in serie tra l'ingresso (controllo) e la base del transistor. Non dimenticare di aggiungere questa resistenza! Un transistor senza resistenza sulla base è come un LED senza resistore limitatrice di corrente.

Alcuni transistor possono essere attraversati da una corrente massima di 10-100 mA. Se si fornisce una corrente oltre il valore massimo il transistor potrebbe esplodere.




La resistenza deve essere abbastanza grande da limitare la corrente. Di solito dda 1mA a 10mA è sufficente, ma controllate sempre il datasheet del transistor.




Porte logiche con i transistor

I transistor possono essere combinati per creare tutte le porte logiche fondamentali: AND, OR e NOT

Inverter NOT

Ecco un circuito a transistor che implementa un inverter o porta NOT:




Qui una tensione sulla base attiverà il transistor, che quindi collegherà il collettore all'emettitore.

(Questo è in realtà una configurazione a transistor fondamentale chiamato emettitore comune . Ne riparleremo più avanti.)

Porta AND

Qui troviamo una coppia di transistor utilizzati per creare i 2 input della porta AND




Se uno dei transistor è spento, l'uscita del collettore del secondo transistor sarà bassa. Se entrambi i transistor sono alti (alimentati alla base) allora l'uscita del circuito è alta.

Porta OR

E infine ecco 2 ingressi porta OR:




In questo circuito se uno (o entrambi) A e B sono alti, attivano il rispettivo transistor e portano l'uscita alta. Se entrambi i transistor sono spenti, l'uscita è portata bassa dalla resistenza.

Ponte-H

Un ponte-H in grado di azionare i motori in senso orario e antiorario. È un circuito molto popolare ed è la forza trainante di innumerevoli robot che sono in grado di muoversi sia in avanti che indietro.

Fondamentalmente un ponte-H è una combinazione di quattro transistor con due ingressi e due uscite.






Nota: di solito c'è un po più in un ponte-H ben progettato che include diodi flyback, resistenze sulla base e trigger di Schmidt.

Se entrambi gli ingressi sono alla stessa tensione le uscite al motore saranno alla stessa tensione e il motore non sarà in grado di girare. Ma se i due ingressi sono opposti il motore girerà in un senso o nell'altro.

Il ponte-H ha una tabella di verità:




Oscillatori

Un oscillatore è un circuito che produce un segnale periodico che oscilla tra una tensione bassa e alta. Gli oscillatori sono utilizzati in tutti i tipi di circuiti: dal semplice lampeggiare di un LED alla produzione di un segnale di clock per guidare un microcontrollore. Ci sono molti modi per creare un circuito oscillatore tra cui cristalli di quarzo, amplificatori operazionali e naturalmente i transistor.

Ecco un esempio di circuito oscillante chiamato multivibratore astabile. Utilizzando il feedback possiamo usare una coppia di transistor per creare due segnali oscillanti.






Oltre ai due transistor, i condensatori sono la vera chiave di questo circuito. I condensatori alternano carica e scarica il che fa si che i due transistor si azioneranno alternativamente ON e OFF.

Analizziamo il funzionamento del circuito per capire il funzionamento dei condensatori e dei transistor. Per cominciare C1 è completamente carico (immagazzina una tensione di circa Vcc), C2 viene scaricato, Q1 è acceso e Q2 è spento.
Ecco cosa succede dopo:

  • Se Q1 è attivato, piastra sinistra di C1 (sullo schema) è collegato a circa 0V. Questo permetterà a C1 di scaricarsi attraverso il collettore di Q1.
  • Mentre si sta scaricando C1, C2 carica rapidamente attraverso la resistenza di valore inferiore - R4.
  • Una volta che C1 si scarica completamente, il suo piatto destro sarà ad una tensione di circa 0,6 V, che si rigetterà in Q2.
  • A questo punto : C1 viene scaricata, C2 è carica, Q1 è spento, e Q2 è ON. Ora facciamo la stessa cosa ma nella direzione opposta.
  • Mentre Q1 è spento, C1 può caricare, in tempi relativamente brevi attraverso R1.
  • Una volta che C2 si scarica completamente, Q1 sarà di nuovo nella condizione dove abbiamo iniziato.

Con la scelta de valori specifici per C1, C2, R2, e R3 (e mantenendo R1 e R4 relativamente bassi) siamo in grado di impostare la velocità del nostro circuito multivibratore:






Così, con i valori dei condensatori e delle resistenze fissate rispettivamente a 10μF e 47kΩ, la nostra frequenza dell'oscillatore è di circa 1,5 Hz. Ciò significa che ogni LED lampeggia circa 1,5 volte al secondo.

Come si può vedere ci sono tonnellate di circuiti che fanno uso di transistor. Questi esempi mostrano principalmente come il transistor può essere utilizzato in saturazione e modalità cut-off come un interruttore.
 

Blume

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#12
Vi siete mai chiesti, come si possa determinare il valore di un componente elettrico da delle semplici strisce colorate sul corpo dello stesso?

Signori...ecco a Voi la Resistenza.

COSA SONO I RESISTORI
I Resistori sono i più diffusi dei componenti elettronici. Si tratta di un elemento fondamentale in quasi tutti i circuiti. E giocano un ruolo importante nella nostra equazione della legge di Ohm.




In questo tutorial sulle resistenze tratteremo:
  • Che cosa è un resistore ?!
  • L`unità dei resistori
  • Simbolo della resistenza in un circuito
  • Resistenze in serie e in parallelo
  • Diverse varianti di resistenze
  • Colore di codifica e bande colorate
  • Montaggio superficiale decodifica resistenza
  • Esempio di Applicazioni con i resistori
Nozione di base dei resistori
I Resistori
sono componenti elettronici che hanno una specifica, immutabile resistenza elettrica . La resistenza del resistore limita il flusso di elettroni attraverso un circuito.
Sono componenti passivi, nel senso che consumano solo corrente (e non sono in grado di generarla). Le Resistenze di solito sono aggiunte ai circuiti dove includono componenti attivi come gli amplificatori operazionali, microcontrollori e di altricircuiti integrati . Comunemente le resistenze sono utilizzate per limitare la corrente e per dividere le tensioni (partitore).
Unità dei resistori
La resistenza elettrica di un resistore è misurata in ohm . Il simbolo di un ohm è il simbolo greco omega: Ω. La definizione 1Ωè la resistenza tra due punti dove applicato 1 volt (1V) di energia potenziale spingerà 1 ampere (1A) della corrente.
Come l`unità di misura varia da valori più grandi o più piccoli di Ohm e può essere abbinato con un prefisso come kilo, mega o giga. E 'molto comune vedere resistenze nell`ordine dei kilohm (kΩ) e nellla gamma megaohm (MΩ) (molto meno comune vedere miliohm). Ad esempio, un resistore di 4,700Ω equivale ad un resistore 4.7kΩ, ed un resistore 5,600,000Ω può essere scritta come 5,600kΩ o più comunemente come 5.6MΩ.
Simbolo schematico
Tutti i resistori hanno due terminali , una connessione su ciascuna estremità della resistenza. Quando inserito su uno schema, un resistore apparirà come uno di questi due simboli:


Due simboli schematici di comuni resistori. R1 è una resistenza di 1kΩ in stile americano, ed R2 è un stile internazionale di 47kΩ.

I simboli circuitali della resistenza sono generalmente migliorati inserendo un valore di una resistenza e un nome. Il valore, visualizzato in ohm, è ovviamente fondamentale sia per valutare che per costruire effettivamente il circuito. Il nome della resistenza è preceduta da una R e segue un numero. Ogni resistore in un circuito dovrebbe avere un unico nome / numero. Ad esempio, ecco un paio di resistenze in azione su un circuito timer 555:


In questo circuito, i resistori svolgono un ruolo chiave nella definizione della frequenza di uscita del temporizzatore con ne555. Un altro resistore (R3) limita la corrente che attraversa un LED.​

Tipi di resistenze
Resistori sono disponibili in una varietà infinita di forme e dimensioni. Potrebbero essere "standard" (foro passante) per un montaggio su scheda o PCB. Potrebbero essere di tipo "SMD" (montaggio superficiale) o del tipo "resistenza variabile".
Capi di un resistore e montaggio
Le resistenze foro passante o montaggio superficiale sono le più comuni. Questi tipi di resistori di solito sono abbreviati come PTH (placcato foro passante) o SMD / SMT (surface-mount dispositivo o tecnologia).
Le resistenze Standard sono dotate di lunghi cavi flessibili che possono essere bloccati in una basetta breadboard o saldati in una scheda di prototipazione o scheda a circuito stampato (PCB). Queste resistenze sono di solito più utili in prototipazione, o in ogni caso in cui si preferisce non saldare minuscole, piccole resistenze SMD lunghe 0.6mm. I lunghi cavi di solito richiedono rifilatura, e queste resistenze sono tenute a prendere molto più spazio rispetto ai loro omologhi SMD a montaggio superficiale.
Le più comuni resistenze a fori passanti sono disponibili in un pacchetto assiale. La dimensione di una resistenza assiale è relativa alla sua potenza. Una comune resistenza da ½W misura circa 9,2 millimetri di diametro, mentre una resistenza da ¼W più piccola è di circa 6,3 millimetri.


Una resistenza da mezzo watt (½W) (sopra) fino a un quarto di watt (¼W) (sotto).

Le resistenze SMD sono solitamente piccoli rettangoli neri, terminati su entrambi i lati con bordi argentati e conduttivi. Queste resistenze sono destinate a poggiarsi sulla parte superiore del PCB, dove sono saldati. Queste resistenze sono così piccole perchè di solito sono posizionate da un robot , e inviate attraverso un forno dove la saldatura fonde e li tiene in posizione.


Un piccolo resistore 0603 da 330Ω, sopra il naso lucido di George Washington sulla facciata di un quarto di dollaro.

Le resistenze SMD sono disponibili in formati standardizzati; di solito o 0805 (0,8 millimetri di lunghezza per 0,5 millimetri di larghezza), 0603 o 0402. Sono utili per i circuiti di produzione di massa, o nei disegni in cui lo spazio è un bene prezioso.
Com'è fatto un resistore
I resistori possono essere costruiti su una vasta varietà di materiali. Le resistenze moderne sono realizzate in carbonio, metallo o pellicola con ossido di metallo . In questi resistori, una pellicola sottile di materiale conduttivo (anche se ancora resistivo) è avvolto ad elica e coperto da un materiale isolante. La maggior parte delle resistenze standard arriverà in una composizione di film in carbonio o film metallico.



Sbirciatina dentro le viscere di un paio di resistori a film di carbonio. I valori di resistenza da cima a fondo: 27Ω, 330Ω e un 3.3MΩ. All'interno del resistore, un film di carbonio è avvolto intorno un isolante. Più si avvolge e più si ha una maggiore resistenza.

Altre resistenze a foro passante potrebbero essere a filo o in lamina metallica super-sottile. Queste resistenze sono di solito più costose, perchè appositamente scelte per le loro caratteristiche uniche come potenza superiore, o intervallo di temperatura massima.

Le resistenze SMD sono di solito a film o di sottile varietà. A film spesso sono generalmente più economiche ma meno precise di quelle sottili. In entrambi i tipi di resistori, un piccolo film di lega metallica resistivo è inserito tra una base di ceramica e vetro con rivestimento epossidico, e quindi collegati ai bordi conduttivi di terminazione..
Resistori speciali
Ci sono una varietà di altri tipi di resistenze per scopi speciali. Un tipo di resistore può avere 5 resistori in un unico componente con 6 piedini. Le resistenze con queste matrici possono condividere un pin comune, o essere impostato come partitore di tensione.


Un array di cinque resistenze da 330Ω , tutti legati insieme ad una estremità.

Resistenze variabili note come reostati, potenziometri o trimmer, sono resistori regolabili tra un determinato intervallo di valori. Due pin esterni collegano due resistenze interne, in serie, una presa centrale tra di loro crea un regolatore di tensione .
Queste resistenze variabili sono spesso utilizzati per gli ingressi, come manopole del volume, che devono essere regolabili.



Una infarinatura di potenziometri. Da in alto a sinistra, in senso orario: una trimmer standard di 10k , joystick a 2 assi , sensore flessione , scorrevole , classico ad angolo retto , e un trimmer compatto 10k .


Decodifica e marcatura dei resistori
Anche se non possono mostrare il loro valore assoluto, la maggior parte delle resistenze sono contrassegnate per mostrare la loro resistenza. Resistenze PTH utilizzano un sistema di codifica a colori (che in realtà aggiunge qualche tocco ai circuiti), e resistenze SMD hanno un proprio sistema di marcatura dei valori.
Decodifica bande dei colori dei resistori
Le resistenze comuni di solito usano il sistema di colore a bande per mostrare il loro valore. La maggior parte di queste resistenze avrà quattro bande di colore che circondano la resistenza.




Le prime due bande indicano le due cifre più significative del valore del resistore. Il terzo gruppo è un valore di peso, che moltiplica le due cifre significative per una potenza di dieci.

La banda finale indica la tolleranza della resistenza. La tolleranza spiega quanto più o meno effettivo possa essere il valore del resistore. Nessuna resistenza è fatta alla perfezione, e per diversi processi di produzione si tradurrà in tolleranze migliori o peggiori. Ad esempio, un resistore 1k con tolleranza del 5% potrebbe effettivamente essere ovunque tra 0.95kΩ e 1.05kΩ.

Come si fa a dire quale banda è il primo e l'ultimo? L'ultima, banda di tolleranza è spesso nettamente distinta da quelle fasce di valori perchè di solito sarà essere d'argento o oro.

Ecco una tabella di ciascuno dei colori e quale valore, di moltiplicatore o di tolleranza rappresentano:



Ecco un esempio di una resistenza 4.7kΩ con quattro bande di colore:


Quando vuoi decodificare le bande di colore del resistore, consulta la tabella dei codici colore della resistenza come quella qui sopra. Per le prime due fasce, troverai il valore numerico corrispondente di quel colore. La resistenza 4.7kΩ ha bande di colore di colore giallo e viola per cominciare che hanno valori di 4 e 7 (47). La terza fascia del 4.7kΩ è rossa , che indica che il 47 deve essere moltiplicato per 10^2 (o 100). 47 volte 100 è 4.700!
Calcolatore codice resistenze
1542721368349.png


Decodifica e marcatura resistori SMD
Le resistenze SMD, hanno un modo tutto loro di mostrare il valore. Ci sono alcuni metodi di marcatura comuni che si vedono su queste resistenze. Di solito hanno tre o quattro caratteri - numeri o lettere - stampate sulla parte superiore del case.

Se i tre elementi che stai vedendo sono tutti i numeri , probabilmente stai guardando marcata una resistenza E24.Queste marcature in realtà condividono una certa somiglianza con il sistema di banda-colore utilizzata sulle resistenze di tipo PTH. I primi due numeri rappresentano le prime due cifre più significative del valore, l'ultimo numero rappresenta una grandezza.



Nella foto precedente, le resistenze sono segnate come 104 , 105 , 205 , 751 , e 754 . La resistenza contrassegnato con 104dovrebbe essere 100kΩ (10x10^4 ), 105 sarebbe 1M (10x10^5 ), e 205 è 2MΩ (20x10^5 ). 751 è 750Ω (75x10^1), e 754 è 750kΩ (75x10^4 ).
Un altro sistema di codifica comune è il tipo E96 , ed è il più criptico del gruppo. Le resistenze E96 saranno contrassegnate da tre elementi - due numeri all'inizio e una lettera alla fine. I due numeri indicano le prime tre cifre del valore, come possiamo vedere nella tabella sottostante.

La lettera alla fine rappresenta un moltiplicatore, come possiamo vedere in questa tabella:





Quindi un 01C è un resistore da 10k (100x100), 01B è 1k (100x10), e 01D è 100kΩ. Questi sono facili, altri codici non possono essere. 85A dalla foto sopra è 750Ω (750x1) e 30C è in realtà 20k.


Potenza di un resistore
La potenza di un resistore è uno dei valori più nascosti. Tuttavia può essere importante, ed è un argomento che ti viene in mente quando si seleziona un tipo di resistenza.
La potenza è la percentuale di energia che si trasforma in qualcos'altro ed è misurata in unità di watt (W). Le lampadine, ad esempio, l'energia elettrica viene trasformata in luce. Ma una resistenza può trasformare l`energia elettrica che l'attraversa solo in calore . Il calore di solito non è un bel compagno di giochi con l'elettronica; troppo calore porta a fumare, e bruciare i componenti!

Ogni resistenza ha una specifica potenza nominale massima. Al fine di mantenere la resistenza a basse temperature, è importante assicurarsi che l'alimentazione che attraversa un resistore è tenuta sotto il suo massimo. La potenza di un resistore è misurata in watt, e di solito si aggira tra ⅛W (0.125W) e 1W. Resistenze con potenze superiori a 1 W sono solitamente indicate come resistori di potenza, e sono utilizzati in particolare per la loro capacità di dissipazione.
Trovare la potenza per un resistore
La potenza di un resistore di solito può essere dedotta osservando le dimensioni dell`involucro. Le resistenze standard foro passante vengono solitamente vendute da ¼W o ½W. Per usi speciali, le resistenze di potenza potrebbero elencare la loro potenza sulla resistenza.

Queste resistenze di potenza sono in grado di gestire molto più potere prima di bruciare. Da in alto a destra in basso a sinistra ci sono esempi di 25W, 5W e 3W, con valori di 2Ω, 3Ω 0.1Ω e 22kΩ. Piccole resistenze di potenza vengono spesso utilizzate per rilevare la corrente.

Misurazione della potenza che attraversa un resistore
L'alimentazione è generalmente calcolata moltiplicando la tensione per la corrente (P = IV). Ma, applicando la legge di Ohm, possiamo anche utilizzare il valore della resistenza nel calcolo di potenza. Se conosciamo la corrente circolante attraverso una resistenza, si può calcolare la potenza come:




Oppure, se si conosce la tensione ai capi di un resistore, la potenza può essere calcolata come:





Resistenze in serie e in parallelo
Quando i resistori sono combinati in serie o in parallelo, creano una resistenza totale, che può essere calcolata utilizzando una delle due equazioni in basso. Sapere come si combinano i valori di resistenza è utile se è necessario creare un valore di resistenza specifica.
Resistenze in serie
Quando si hanno valori di resistenza in serie bisogna semplicemente addizionare i valori.



N resistenze in serie. La resistenza totale è la somma di tutte le resistenze in serie.

Così, per esempio, se si deve avere una resistenza 12.33kΩ, bisogna cercare alcuni dei valori di resistenza più comuni per esempio 12kΩ e 330Ω, e inserirli in un circuito insieme in serie.
Resistenze in parallelo
Trovare la resistenza totale dei resistori in parallelo non è così facile. La resistenza totale di N resistori in parallelo è l'inverso della somma di tutte le resistenze inverse. Questa equazione potrebbe avere più senso di quest`ultima frase:



N resistenze in parallelo. Per trovare la resistenza totale, invertire ogni valore di resistenza, aggiungerli, e poi invertire il risultato

(L'inverso della resistenza è effettivamente chiamato conduttanza: la conduttanza di resistori in parallelo è la somma di ciascuno delle loro conduttanze).

Come nel caso particolare di questa equazione: se si hanno solo due resistenze in parallelo, la loro resistenza totale può essere calcolata con questa equazione:




Altra cosa fondamentale, se si dispone di due resistenze parallele di pari valore, la resistenza totale sarà la metà del loro valore. Per esempio, se due resistori 10k sono in parallelo, la resistenza totale è 5kΩ.

Un modo veloce per dire che due resistori sono in parallelo è quello di utilizzare l'operatore in parallelo: || . Ad esempio,
se R 1 è in parallelo con R 2 , l'equazione concettuale potrebbe essere scritta come R 1 || R 2 . Molto più pulito, e nasconde tutte le frazioni!
Reti di resistori
Come inizio al calcolo delle resistenze totali, i docenti di elettronica amano sottoporre i loro studenti alla ricerca della resistenza totale delle reti di resistori contorte.

Un problema comune sulle reti di resistenza potrebbe essere qualcosa del tipo: "qual è la resistenza dai terminali A a B? In questo circuito"



Per risolvere tale problema, avviare al back-end del circuito e semplificare verso i due terminali. In questo caso R7 , R8 ed R9sono tutti in serie e possono essere sommati. Questi tre resistori sono in parallelo con R6 , così queste quattro resistenze potrebbero essere trasformate in una resistenza R6 || (R7 + R8 + R9 ). Guardiamo il nostro circuito:




Ora le quattro resistenze più a destra possono essere semplificate ulteriormente. R4 , R5 ed il nostro agglomerato di R6 - R 9sono tutti in serie e possono essere aggiunti. Poi quelle resistenze in serie sono tutte in parallelo con R3.




E questo circuito è solo con tre resistenze in serie tra le A e B terminali. Quindi la resistenza totale del circuito è: R1 + R2 + R3|| (R4 + R5 + R6 || (R7 + R8 + R9 )).


Esempi di applicazioni
Resistenze esistono in quasi tutti i circuiti elettronici. Ecco alcuni esempi di circuiti, che dipendono pesantemente dai nostri amici resistori.
Limitare la corrente per i LED
Le resistenze sono fondamentali nel rendere sicuri i LED non farli saltare in aria quando viene applicata l'alimentazione. Collegando un resistore in serie con un LED, la corrente che fluisce attraverso i due componenti può essere limitata ad un valore di sicurezza.



Quando si dimensiona un resistore per la limitazione della corrente, cercare due valori caratteristici del LED: la tensione tipica, e la corrente massima. La tensione tipica è la tensione necessaria ad accendere un LED, e varia (generalmente compresa tra 1,7 V e 3.4V) a seconda del colore del LED. La corrente massima è di solito intorno i 20mA per LED di base; la corrente che attraversa il LED deve sempre essere uguale o inferiore a quella corrente.

Una volta che hai ottenuto questi due valori, è possibile dimensionare un resistore limitatore di corrente con questa equazione:



V S è la tensione dei alimentazione, solitamente una tensione di batteria o alimentatore. V F e I F sono tensione diretta del LED e la corrente desiderata che la attraversa.

Ad esempio, si supponga di avere una batteria da 9V per alimentare un LED. Se il LED è rosso, si potrebbe avere una tensione intorno a 1.8V. Se si vuole limitare la corrente a 10mA, utilizzare una resistenza in serie di circa 720Ω.




Partitore di tensione
Un partitore di tensione è un circuito che trasforma una grande tensione in una più piccola. Utilizzando solo due resistori in serie, una tensione di uscita può essere creata con una frazione della tensione di ingresso.

Ecco il circuito partitore di tensione:


Due resistori R1 e R2 , sono collegati in serie a un generatore di tensione (Vin). La tensione da Vout a GND può essere calcolata come:



Per esempio, se R1 era 1.7kΩ e R2 è 3.3kΩ, una tensione di ingresso 5V potrebbe essere trasformata in 3.3V al Vout.

Divisori di tensione sono molto utili per la lettura di sensori resistivi, come fotocellule , sensori di flessione ecc. Una metà del partitore di tensione è il sensore, e l`altra parte è una resistenza statica. La tensione di uscita tra i due componenti è collegato ad un convertitore analogico-digitale su un microcontrollore (MCU) per leggere il valore del sensore.


Qui un resistore R1 ed una fotocellula creano un partitore di tensione per creare una tensione di uscita variabile.

Resistenza di Pull-up
Una resistenza di pull-up viene utilizzata quando è necessario controllare pin di ingresso di un microcontrollore e portarlo ad uno stato noto. Una estremità del resistore è collegato al pin della MCU, e l'altra estremità è collegata ad una tensione elevata (normalmente 5V o 3.3V).

Senza un resistore di pull-up, l`ingresso sul MCU potrebbe essere lasciato fluttuante. Non c'è alcuna garanzia che un pin fluttuante è a tensione alta (5V) o basso (0 V).

I resistori pull-up sono spesso utilizzati per l'interfacciamento di un pulsante in ingresso.



Nel circuito di cui sopra, quando l'interruttore è aperto il pin di ingresso del MCU è collegato attraverso la resistenza a 5V. Quando l'interruttore si chiude, il pin di ingresso è collegato direttamente a massa.

Il valore di una resistenza di pull-up di solito non ha bisogno di essere qualcosa di specifico. Ma dovrebbe essere abbastanza alta. Di solito i valori intorno a 10k funzionano bene.
 
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Diodi, cosa sono e come funzionano

Una volta effettuato il passaggio dai semplici componenti passivi che sono resistenze , condensatori e induttori, è il momento di parlare dei semiconduttori. Uno dei componenti a semiconduttore più utilizzato è il diodo.



In questo tutorial vedremo:
  • Che cosa è un diodo?
  • Teoria di funzionamento diodo
  • Importante Proprietà dei diodi
  • Diversi tipi di diodi
  • Applicazioni tipiche diodi


Diodi ideali

La funzione principale di un diodo ideale è di controllare la direzione del flusso di corrente. La corrente che passa attraverso un diodo può andare solo in una direzione, cioè in avanti. La corrente che cerca di fluire nella direzione opposta è bloccata. Sono come valvole unidirezionali di elettronica.

Se la tensione ai capi di un diodo è negativa, nessuna corrente può fluire, ed il diodo ideale si presenta come un circuito aperto. In una tale situazione, il diodo è detto essere Off o polarizzato inversamente.
Quando la tensione ai capi del diodo non è negativa, sarà "On" e condurrà corrente.
Quando un diodo conduce corrente è polarizzato.



La relazione corrente-tensione di un diodo ideale. Qualsiasi tensione negativa produce corrente zero e si può pensare ad un circuito aperto. Quando la tensione non è negativa il diodo si presenta come un corto circuito.​



Simbolo sul circuito dei diodi

Ogni diodo ha due terminali (connessioni su ciascuna estremità del componente) e quei terminali sono polarizzati, il che significa che i due terminali sono nettamente differenti. E 'importante non confondere le connessioni su un diodo.
L'estremità positiva di un diodo è chiamata anodo , ed il polo negativo è chiamato il catodo. La corrente può fluire dall`anodo al catodo, ma non nella direzione opposta.

Il simbolo circuitale di un diodo standard è un triangolo che sbatte contro una linea. Come vedremo in avanti in questo tutorial , ci sono una varietà di tipi di diodi, ma di solito il loro simbolo circuitale sarà simile a questo:





Il terminale inserito nel bordo piatto del triangolo rappresenta l'anodo. Il flusso di corrente va nella direzione che la punta del triangolo/freccia indica, ma non può andare nella direzione opposta.





Sopra sono presenti un paio di esempi semplici di circuito a diodi. A sinistra, il diodo D1 è polarizzato direttamente consentendo alla corrente di fluire attraverso il circuito. In sostanza sembra un corto circuito. Sulla destra, il diodo D2 è polarizzato in senso inverso. La corrente non può fluire attraverso il circuito, e sembra essenzialmente come un circuito aperto.

Caratteristiche dei diodi Reali

Idealmente i diodi bloccheranno ogni e qualsiasi flusso di corrente nella direzione inversa, o semplicemente agiscono come un cortocircuito se il flusso di corrente è in avanti. Sfortunatamente, il comportamento effettivo del diodo non è abbastanza ideale. I diodi consumano una certa quantità di energia quando conducono una certa quantità di corrente, e non bloccherà tutta la corrente inversa. I diodi del mondo reale sono un po' più complicati, e tutti hanno caratteristiche uniche che definiscono il modo in cui realmente operano.

Relazione Corrente-Tensione

La caratteristica più importante del diodo è la sua relazione corrente-tensione (I*V). Questo definisce ciò che è la corrente che attraversa un componente. Le resistenze, per esempio, hanno un semplice, rapporto lineare I*V ... la legge di Ohm. La curva di un diodo I*V però, è del tutto non lineare. Ed è simile a questa:


La relazione corrente-tensione di un diodo. Le scale in entrambe le metà positive e negative non sono uguali.​



A seconda della tensione applicata attraverso di esso, un diodo opererà in una delle tre regioni:
  1. Polarizzazione diretta : Quando la tensione ai capi del diodo è positiva la corrente può scorrere. La tensione dovrebbe essere maggiore della tensione diretta (Vf).
  2. Polarizzazione inversa : Questa è la modalità "off" del diodo, in cui la tensione è inferiore a Vf , ma superiore a -Vbr . In questo modo il flusso di corrente è (principalmente) bloccato, ed il diodo è spento. Una piccolissima quantità di corrente (dell'ordine dei nA) detta corrente di saturazione inversa è in grado di fluire all'indietro attraverso il diodo.
  3. Breakdown : Quando la tensione applicata ai capi del diodo è molto grande e negativa, un sacco di corrente sarà in grado di fluire nella direzione opposta, dal catodo all'anodo.

Tensione diretta

Per "attivare" e condurre corrente in avanti, un diodo richiede una certa quantità di tensione positiva da applicare attraverso di esso. La tensione tipica necessaria per accendere il diodo si chiama tensione diretta (Vf ).

Come sappiamo dalla curva I*V, la corrente e la tensione attraverso un diodo sono interdipendenti. Più corrente significa più di tensione, meno tensione significa meno corrente.


Un multimetro può essere utilizzato per misurare la caduta di tensione diretta di un diodo.



Il Vf specifico di un diodo dipende da quale materiale semiconduttore è fatto. Tipicamente, un diodo al silicio avrà un Vf intorno 0.6-1V. Un diodo a base di germanio potrebbe essere inferiore, circa 0.3V. Il tipo di diodo ha anche una certa importanza nel definire la caduta di tensione diretta; diodi luminosi come i Led possono avere un Vf molto più grande, mentre i diodi Schottky sono progettati specificatamente per avere una tensione diretta molto più bassa del solito.

Datasheet diodi

Tutte le caratteristiche di cui sopra devono essere dettagliate nella scheda tecnica per ogni diodo (datasheet). Ad esempio, questo foglio di dati per un diodo 1N4148 elenca la massima tensione diretta (1V) e la tensione di breakdown (100V) (tra molte altre informazioni):




Una scheda tecnica potrebbe anche presentare un grafico molto familiare di corrente-tensione, per ulteriori dettagli di come il diodo si comporta. Si noti come più corrente richiede più tensione:



Questo grafico evidenzia un'altra importante caratteristica del diodo la corrente massima. Proprio come qualsiasi componente, i diodi sono in grado di dissipare una certa quantità prima che brucino. Tutti i diodi devono elencare il massimo di corrente, la tensione inversa e la dissipazione di potenza. Se un diodo è soggetto a più tensione o corrente di quanto non sono in grado di gestire, si può riscaldare (o peggio, fondere ...).

Alcuni diodi sono particolarmente adatti per alte correnti, 1A o più, altri come il piccolo 1N4148 precedentemente indicato nelle tabella possono essere adatti solo per circa 200 mA.

Questo 1N4148 è solo un piccolo campione di tutti i diversi tipi di diodi che esistono in commercio. Successivamente esploreremo una straordinaria varietà di diodi e quale scopo serve ogni tipo.



TIPO DI DIODI

Diodi normali

I diodi standard sono tra i più elementari membri della famiglia dei diodi. Di solito hanno una caduta di tensione diretta medio-alta e una bassa corrente nominale massima. Un esempio comune di un diodo di segnale è il 1N4148. Obiettivo molto generale, che ha un caduta di tensione diretta tipica di 0.72V e un rating 300mA di Corrente massima.


Un diodo 1N4148. Si noti il cerchio nero attorno al diodo, che marchia il terminale del catodo.​



Un diodo raddrizzatore è un diodo di serie con un molto più elevata corrente nominale. Questa corrente nominale superiore di solito viene a discapito di una tensione diretta più grande. Il 1N4001 , per esempio, ha una corrente di 1A e una tensione diretta di 1.1V.


Un diodo 1N4001. Questa volta una fascia grigia indica il terminale del catodo.​


E naturalmente, diversi tipi di diodi esistono pure del tipo SMD a montaggio superficiale. Si noterà che ogni diodo ha in qualche modo (non importa quanto piccolo o difficile da vedere) per indicare quale dei due perni è il catodo.



Diodi emettitori di luce (LED)!

Il membro sgargiante della famiglia dei diodi è il diodo ad emissione luminosa (LED) . Questi diodi si accendono letteralmente quando viene applicata una tensione positiva.


Una manciata di LED foro passante. Da sinistra a destra: un 3 millimetri di colore giallo , blu cinque millimetri , 10 millimetri verde , super-luminoso 5 millimetri rosso , un 5 millimetri RGB e un LED blu a 7 segmenti .​



Come diodi normali, i LED consentono la direzione della corrente in una sola direzione. Essi hanno anche una tensione in avanti, che è la tensione richiesta per far si che si illuminano. Il Vf di un LED è in genere superiore a quella di un diodo normale (1,2 ~ 3V), e dipende dal colore che il LED emette. Ad esempio, la tensione diretta nominale di un LED luminoso Blu è di circa 3,3 V, mentre quello della taglia uguale Super LED rosso brillante è solo 2.2V.

Spesso troverete i LED nelle applicazioni di illuminazione. Ma la loro alta efficienza ha portato ad un uso diffuso nelle luci stradali, display, retroilluminazione, e molto altro ancora. Altri LED emettono una luce non visibile all'occhio umano, come i LED a infrarossi, che sono la spina dorsale della maggior parte dei telecomandi. Un altro uso comune dei LED è isolare un sistema di alta tensione pericolosa da un circuito a basso voltaggio.Gli optoisolatori accoppiano un LED con un fotosensore, che consente alla corrente di fluire quando rileva la luce dal LED a infrarossi. Di seguito è riportato un circuito di esempio di un opto-isolatore. Si noti come il simbolo schematico per il diodo varia dal diodo normale. Il simbolo del LED aggiunge un paio di frecce che si estendono fuori dal triangolo-freccia.



Diodi Schottky

Un altro diodo molto comune è il diodo Schottky. La composizione semiconduttore di un diodo Schottky è leggermente diversa da un diodo normale, e questo si traduce in una caduta di tensione minore, che è di solito tra 0.15V e 0.45V.

I diodi Schottky sono particolarmente utili per limitare le perdite, quando ogni ultimo bit di tensione deve essere risparmiato. Il simbolo circuitale si ottiene acciungendo un paio di curve sull'estremità della linea del catodo.

Diodi Zener

I diodi Zener sono gli emarginati della famiglia dei diodi. Sono di solito utilizzati per condurre intenzionalmente una corrente inversa. Gli Zener sono progettati per avere una tensione di breadown molto precisa, chiamata zener breakdown o tensione Zener. Infatti, essi vengono costruiti appositamente per sfruttare il cosidetto funzionamento in valanga, secondo caratteristiche particolari per dissipare potenza con utilizzo in zona di "break down".

In questo modo la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante.

Sfruttando la loro proprietà di ripartizione, i diodi Zener sono spesso utilizzati per creare una tensione di riferimento nota esattamente come tensione Zener. Possono essere usati come regolatore di tensione per piccoli carichi, ma non sono realmente fatti per regolare la tensione ai circuiti con notevoli quantità di corrente.

Il simbolo del circuito per il diodo zener è uguale al diodo ma con le estremità ondulate sulla linea del catodo. Ecco un diodo Zener 3.3V agire per creare una tensione stabilizzata di 3.3V:





Fotodiodi

I fotodiodi sono stati appositamente costruiti per generare corrente elettrica catturando fotoni di luce (vedi Fisica, quantistica). Proprio come il contrario di un LED.


Un fotodiodo BPW34 sotto il sole è in grado di generare circa pochi mW di potenza!.​



Le celle solari sono il benefattore principale della tecnologia fotodiodo. Ma questi diodi possono essere utilizzati per rilevare la luce, o anche comunicare otticamente.




APPLICAZIONI DIODI

Per un componente così semplice, i diodi hanno una vasta gamma di usi. Troverete un diodo di un certo tipo in quasi tutti i circuiti. Potrebbero essere presenti in qualsiasi cosa. Analizziamo alcune di queste applicazioni.

Raddrizzatori

Un raddrizzatore è un circuito che converte la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC). Questa conversione è fondamentale per tutti i tipi di circuiti elettronici. Segnali AC escono dalle prese a muro della vostra casa.

Nei circuiti AC la corrente alterna rapidamente nelle direzioni positiva e negativa ma la corrente in un segnale DC viene eseguita in una sola direzione. Quindi, per la conversione da AC a DC è sufficiente fare in modo che la corrente non vada in direzione negativa. Sembra proprio un lavoro per i diodi!

Un raddrizzatore a semionda può essere fatto di un solo diodo. Se un segnale AC, con un'onda sinusoidale viene inviato attraverso un diodo, qualsiasi componente negativa del segnale viene tagliata fuori.

Entrata (rosso / sinistra) e l'uscita (blu / destra) delle forme d'onda di tensione, dopo aver attraversato il circuito raddrizzatore a semionda (centro).



Un ponte raddrizzatore utilizza quattro diodi per convertire le semionde negative del segnale AC in semionde positive.


Il circuito ponte raddrizzatore (al centro), e l'onda di uscita (blu / destra).​



Questi circuiti sono una componente fondamentale negli alimentatori AC/DC, perchè trasformano il segnale 240VAC della presa a muro in 3.3V, 5V, 12V, DC. Se hai buttato un alimentatore a muro, e lo hai aperto probabilmente avrai visto una manciata di diodi all`interno.


Riuscite ad individuare i quattro diodi a ponte di Graetz che fanno da raddrizzatore in questo alimentatore?



Protezione correnti inverse

Hai mai collegato una batteria nel modo sbagliato? O invertito i cavi di alimentazione rosso e nero? Se è così, un diodo potrebbe essere la soluzione grazie al quale il vostro circuito ancora funziona. Un diodo posto in serie con il lato positivo dell'alimentatore è chiamato un diodo di protezione inversione. Esso garantisce che la corrente può fluire solo nella direzione positiva e, l'alimentatore applica solo una tensione positiva al circuito.



Questa applicazione dei diodi è utile quando un connettore di alimentazione non è polarizzato, rendendo facile rovinare o collegare accidentalmente l'alimentazione di ingresso negativa al positivo del circuito.

Lo svantaggio di un diodo di protezione inversione indurrà una perdita di tensione a causa della caduta di tensione diretta. Questo rende i diodi Schottky una scelta eccellente per i diodi di protezione inversione.
 
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#18
Sentiamo spesso, parlando di alimentatori ATX...quelli che abbiamo nei nostri bene e amati computer, di "PWM" ma che cos'è?
Pulse Width Modulation


I segnali modulati a larghezza di impulsi (PWM, Pulse Width Modulation) permettono ad un sistema digitale di pilotare dispositivi analogici in corrente continua facendo variare con continuità la potenza erogata. Per esempio è possibile variare la velocità di un motore DC oppure la luminosità di una lampada a filamento
A differenza dei circuiti che usano un DAC seguito da un amplificatore lineare, con la tecnica PWM è teoricamente possibile avere un rendimento del 100%, cioè con produzione molto bassa di calore.
I due parametri fondamentali sono due:
  • Il periodo T, tratto rosso in figura.
  • Il TON, tratto verde in figura. Ovviamente deve essere più breve del periodo
In figura si vede che il periodo è pari a circa 52 µs e che il TON è circa pari a 20.1 µs



In genere vengono però forniti altre due grandezze:
  • La frequenza, pari all'inverso del periodo f = 1 / T. In figura circa 19.2 kHz
  • Il Duty Cycle percentuale, DC% = TON / T ·100 %, sempre compreso tra 0% e 100%. In figura possiamo leggere che DC% = 40%
In genere nelle applicazioni viene mantenuto costante la frequenza e fatto variare il Duty Cycle, spesso nell'intervallo 5% → 95%.
Applicando tale segnale ad un carico lineare, la potenza media fornita varia linearmente con il DC%, tra lo 0 ed il 100%, permettendo in questo modo di regolare la velocità di un motore piuttosto che luminosità di una lampada.
Ovviamente per fornire potenza significativa ad un carico è necessario usare un un MOS oppure un Il transistor di potenza. In effetti i due livelli alti e bassi possono essere interpretati come interruttore aperto e interruttore chiuso.
1568534961210.png Un esempio di PWM nel pilotaggio di un motore in AC. La tensione in blu è la sequenza di impulsi a durata variabile mentre la tensione in rosso (simile a una sinusoide) è il risultato della densità degli impulsi nel circuito magnetico del motore.
 
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Blume

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#19
Triac e SCR

I tiristori sono componenti elettronici usati come interruttori nei circuiti a corrente alternata a bassa frequenza. In questa pagina verranno descritti in modo molto semplificato SCR e Triac.

SCR

Gli SCR (Silicon Controlled Rectifiers) sono dispositivi a tre terminali: Gate (G), Anodo (A) e Katodo (K).

Vengono utilizzati come interruttori unidirezionali per alti valori di corrente e tensione alternate. Il simbolo indica chiaramente che il passaggio di corrente è possibile solo da Anodo a Katodo e non viceversa. I punti di forza sono:
  • Possibilità di gestire tensioni e corrente elevate
  • Utilizzo con tensioni e correnti alternate
Si tratta di componenti oramai tecnologicamente maturi; il loro campo di applicazione si riduce sempre più, sostituiti da MOS e soprattutto IGBT.

Il funzionamento
Il funzionamento è il seguente:
  • La corrente tra Katodo e Anodo è sempre nulla, indipendentemente dalla tensione applicata
  • La corrente tra Anodo e Katodo è possibile solo se al Gate viene applicato un impulso di corrente
  • Se l'SCR è già in conduzione, il passaggio di corrente viene garantito anche in assenza di corrente nel Gate (Latch-Up)
Osservazioni
  • La tensione VAK quando l'SCR conduce è praticamente costante e indipendente dalla corrente. A seconda del tipo di SCR varia tra 1 e 2 V; spesso è trascurabile
  • La massima corrente IAK, a secondo del tipo di SCR, può variare da 1 a 1000 A e più
  • La massima tensione di funzionamento (tensione di rottura), a secondo del tipo di SCR, varia da 400 a 4000 V e più
  • Se l'SCR è utilizzato in corrente alternata, lo spegnimento avviene il corrispondenza del passaggio dallo zero della corrente
  • Se l'SRC è utilizzato in corrente continua, il passaggio di corrente non può essere annullato se non togliendo l'alimentazione
Applicazioni semplificate
Accensione di una lampadina (100 W, 100 V, quindi 1 A) in corrente alternata, comandata da una porta logica.


  • Se l'uscita della porta logica è bassa la corrente nel Gate è nulla e quindi l'SCR non conduce (interruttore aperto); quindi la lampadina è spenta.
  • Se l'uscita della porta logica è alta e la tensione alternata positiva l'SCR conduce e quindi la lampadina è accesa.
  • Se l'uscita della porta logica è alta e la tensione alternata negativa l'SCR non conduce e quindi la lampadina è spenta.
  • La lampadina rimane accesa anche quando l'uscita della porta logica è bassa, ma la corrente ancora non si è annullata
Di seguito alcune forme d'onda esemplificative:



Osservazioni
  • Questo circuito è solo di principio. Nella realtà è spesso più complesso per esempio per garantire sicurezza alle persone e alle apparecchiature (per esempio: non è saggio collegare direttamente una tensione elevata un PC).
  • Il verso della corrente di Gate non è un argomento qui affrontato
  • In presenza di un segnale sul Gate (e quindi con corrente pulsante, parte centrale del grafico) in molti casi la lampadina appare come poco accesa e non lampeggiante, a causa delle notevoli inerzie termiche e della persistenza delle immagini sulla retina umana
  • Se si vuole il passaggio di corrente anche durante la semionda negativa può essere inserito un secondo SCR in antiparallelo con quello già disegnato oppure è possibile utilizzare un Triac
  • Un esempio: BTW67
Triac
I Triac (Triode for alternating current) sono dispositivi a tre terminali: Gate (G), Anodo1 (A1 o anche MT1) e Anodo2 (A2 o anche MT2).



Vengono utilizzati come interruttori bidirezionali per correnti e tensioni alternate mediamente elevate. Il simbolo indica chiaramente che si tratta di un componente bidirezionale. Il punto di forza è:
  • Possibilità di gestire tensioni e correnti alternate in modo bidirezionale
si tratta di un componente maturo; il suo campo di applicazione si riduce sempre più.

Il funzionamento
Il funzionamento è il seguente:
  • La corrente tra A1 e A2 (o viceversa) è possibile solo se al Gate è applicato un impulso di corrente
  • Se il Triac è già in conduzione, il passaggio di corrente viene garantito anche in assenza di corrente nel Gate (Latch-Up)
Osservazioni
  • Quando il Triac conduce, la tensione tra i due anodi è praticamente costante e indipendente dalla corrente. A seconda del tipo di Triac varia tra 1 e 2 V, spesso trascurabile
  • La massima corrente, a secondo del tipo di Triac, può variare da 1 a 20 A e più
  • La massima tensione di funzionamento (tensione di rottura), a secondo del tipo di Triac, varia da 400 a 800 V e più
  • Se il Triac è utilizzato in corrente alternata, lo spegnimento avviene il corrispondenza del passaggio dallo zero della corrente
  • Un esempio: BTA16-600CW3
Applicazioni semplificate
Accensione di una lampadina (100 W, 100 V, quindi 1 A) in corrente alternata, comandata da una porta logica.


  • Se l'uscita della porta logica è bassa la corrente nel Gate è nulla e quindi il Triac non conduce (interruttore aperto); quindi la lampadina è spenta.
  • Se l'uscita della porta logica è alta il Triac conduce e quindi la lampadina è accesa. Tale comportamento si ha sia nella semionda positiva che in quella negativa.
  • La lampadina rimane accesa anche quando l'uscita della porta logica è bassa, ma la corrente ancora non si è annullata
Di seguito alcune forme d'onda esemplificative:


Osservazioni
  • Questo circuito è solo di principio. Nella realtà è spesso più complesso per esempio per garantire sicurezza alle persone e alle apparecchiature (per esempio: non è saggio collegare direttamente una tensione elevata un PC).
  • Il verso della corrente di Gate non è un argomento qui affrontato
  • Per evitare eccessive emissioni elettromagnetiche potrebbe essere opportuno "accendere" il TRIAC oppure l'SCR solo quando la tensione è nulla (zero-crossing trigger)

 
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