Le offese possono essere perdonate, ma non dimenticate
TECNOLOGIE ELETTRONICHE
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
I Condensatori - Condensatori Ceramici
I Condensatori Ceramici
L' impiego classico dei materiali ceramici e' quello che
si riferisce alla fabbricazione degli isolatori.
Per quanto sia piuttosto recente l'impiego della porcel-
-lana dura come dielettrico, i condensatori ceramici
sono oggi molto diffusi.
Come è mostrato nella figura a lato,
questi componenti sono costituiti
essenzialmente da un supporto
cilindrico cavo, sulle facce interna ed
esterna del quale e'applicato a caldo
un sottilissiino strato di metallo.
Per la formazione delle armature si impiegano, in genere , come per la metallizzazione della
mica, soluzioni di ossido di argento in olio, applicate sulle superfici ceramiche, e ridotte con
un processo a caldo.
Una insufficiente metallizzazione può' peggiorare il coefficiente di temperatura.
Il condensatore così formato è del tipo cilindrico.
Un contenitore per lo più' sempre a base di materiali
ceramici lo protegge dall'ambiente esterno.
I condensatori ceramici sono spesso realizzati anche
a forma di perla, disco o campana( vedi alcuni ese-
-mpi alla tua sinistra).
I metodi di fabbricazione dei supporti sono simili a
quelli descritti per i resistori a base ceramica
Poiché' i materiali greggi contengono sempre piccole impurita' di varia natura e' consigllabile
spesso sottoporre i componenti ad un processo preliminare di calcinazione, effettuato ad una
temperatura sufficente ad ossidare i materiali organici ed a ridurre gli ossidi, i carbonati, i
cloruri ed i solfati eventualmente presenti.
La cottura e' condotta in forni ad atmosfera controllata ed in genere ossidante fino ad otte-
-nere una vetrificazione piuttosto spinta e priva di porosità'.
CONDENSATORI CERAMICI A BASSA PERDITA E BASSA COSTANTE DIELETTRICA.
Il dielettrico contiene principalmente steatite e carbonato di Bario.
Le caratteristiche dei condensatori di ordinaria produzione sono mediamente le seguenti :
εr alla frequenza di 1 MHz
6
tg δ alla frequenza di 1 MHz
0,01
Frequenza di impiego
100Hz - 200MHz
Coefficiente di temperatura
+110 unità per milione per °C
Temperatura massima di impiego
160 °C
CONDENSATORI CERAMICI A MEDIA COSTANTE DIELETTRICA
Il dielettrico contiene biossido di Titanio [TiO2] o suoi derivati.
Questi materiali ceramici sono molto duri e chimicamente inerti.
Dal punto di vista elettrico risultano ottimi isolanti, ma la rigidità dielettrica e' bassa
rispetto a quella della mica.
Le correnti di dispersione possono raggiungere valori non trascurabi11 se la temperatura
del componente supera circa i 150°C.
In compenso la costante dielettrica relativa può raggiungere anche il valore 100.
Il coefficiente di temperatura e' dell'ordine di -700 unita' per milione e per °C.
Il fattore di potenza per le radio frequenze e' inferiore a 0,0003
Contrariamente a quanto avviene per gli isolanti
tradìzionali le perdite associate ai materiali ceramici di
questo tipo sono più' elevate alle basse frequenze.
Poiché' il coefficiente di temperatura è negativo i
condensatori descritti possono essere anche utilmente
impiegati per compensare le variazioni di capacita' di
condensatori con coefficlente di temperatura positivo.
Per condensatori a costante dielettrica relativa compresa tra i valori 80 e 100, l'andamento
della caratteristica C = f(t) e' quello indicato nel soprastante diagramma.
CONDENSATORI CERAMICI AD ELEVATA COSTANTE DIELETTRICA
Le ceramiche al Titanato di Bario sono carattezzate da elevati valori della costante
dielettrica; per certe composizioni a particolari condizioni di impiego e può raggiungere
valori anche superiori a 5000.
A differenza dei materiali dielettrici tradizionli le
ceramiche ai Titanato di Bario hanno un ciclo di
isteresi dielettrica la cui forma ricorda quella del
ciclo di isteresi magnetica del ferro.
I materiali che hanno questa proprietà vengono
descritti ferro-elettrici.
L'anomalia descritta può' giustificare, come
vedremo, particolari fenomeni che possono
avere notevole influenza sulle caratteristiche
di impiego dei condensatori.
Come indica la figura alla tua destra, in
corrispondenza del punto di Curie, che una
opportuna scelta dei componenti, può' far
corrispondere a temperature molto basse, la costante dielettrica raggiunge valori elevatissimi.
Ciò' può' essere giustificato se si pensa che molte sostanze in corrispondenza del punto di
Curie, modificano le proprie strutture cristalline.
E' quindi possibile che per questi materiali tali cambiamenti siano la causa di sensibili altera-
-zioni delle proprietà' elettriche o magnetiche.
Così è noto che il ferro, a temperature superiori a 730°C, si comporti da un punto di vista
magnetico come l'aria.
Le ceramiche al titanato di Bario hanno caratteristiche di impiego assai differenti da quelle
proprie dei materiali ceramici a bassa e media costante dielettrica.
Il coefficiente di temperatura può essere infatti
sia positivo che negativo ed intorno al punto di
Curie le variazionl di capacita' con la tempera-
-tura sono in genere eccezionalmente elevate.
Le perdite principalmente dovute ai cicli di
isteresi dielettrica si riducono notevolmente per
temperature superiori a quelle di Curie.
Come si può infatti osservare nel diagramma a
lato, il fattore di potenza ha una brusca caduta
in corrispondenza del picco di capacita'.
La temperatura che corrisponde al punto di
Curie e' di circa 120° ma può' essere notevol-
-mente abbassata sostituendo lo Stronzio ad
alcune parti di Titanato di Bario.
Per 70 parti di Titanato di Bario su 100 tale temperatura scende a 0°C e per 40 parti
a -120°C.
Piccole percentuali di Calcio possono essere aggiunte sempre allo scopo di abbassare la
temperatura del punto di Curie.
Una parziale sostituzione di Piombo al Titanato di Bario produce invece un effetto contrario.
Avendo il ciclo di isteresi dielettrica una forma
paragonabile a quella del ciclo di isteresi magnetica
del ferro la caratteristica Q = f(v) ha l'andamento
mostrato nel diagramma alla tua destra.
Il fatto che tra la quantità' di carica Q e la tensione
applicata non esista un legame di proporzionalità' e,
soprattutto la possibilità' di raggiungere una satura-
-zione nella polarizzazione del dielettrico ancor
prima di arrivare alla sua rottura, fa si' che i
condensatori descritti siano sensibill, per quanto
riguarda la capacita', al valore costante o efficace della tensione applicata.
Cosi', ad esemplo, se la tensione alternata applicata
al condensatore ha una componente continua,
questa agisce, come del resto e' logico nel senso di
diminuire ed appiattire la caratteristica C = f(t).
Come indica la figura a sinistra, l'effetto è tanto più'
sentito quanto più' elevato e' il valore della tensione
continua.
E' noto che l'isteresi dielettrica oltre a provocare un
riscaldamento dell'isolante può' alterare la legge di
variazione della corrente dovuta ad una tensione
alternata applicata alle armature.
Mentre per i dielettrici tradizionali si tratta in genere di deformazioni trascurabili, nel caso
dei con densatori al Titanato di Bario la particolare forma del ciclo di isteresi rende il feno-
-meno più' sentito, e può' quindi dar luogo ad una non trascurabile percentuale di armoniche
che si sovrappongono alla forma d'onda fondamentale.
Molte ricerche sono state fatte allo scopo di appiattire la caratteristica C = f(t) per ottenere
condensatori a elevato rapporto capacita'/volume ed accettabili coefflcienti di temperatura.
Per quanto non si abbiano precise notizie in merito, l'aggiunta di Magnesio oltre a smussare
il picco di capacita', abbassa il punto di Curie ed il fattore di potenza.
Lo Zirconio si comporta come il Magnesio ma non ha praticamente influenza sulle perdite.
Come indica il diagramma a
destra,si riesce in tal modo ad
ottenere dielettrici abbastanza
stabili in un campo non troppo
ristretto di temperatura.
Ciò' nonostante allo stato attuale
molta attenzione deve essere
posta nell'uso e nella scelta dei
condensatori ad elevata costante
dielettrica, specialmente quando siano
presenti componenti continue ed alternate di notevole ampiezza, o si pensi che la tempera-
-tura di impiego possa essere compresa in un campo piuttosto esteso.
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