Come i condensatori influenzano la tensione: immagazzinamento, levigamento, filtraggio e partitore
I condensatori non "cambiano" direttamente la tensione; immagazzinano carica e si oppongono a rapidi cambiamenti di tensione (\(i = C \frac{dv}{dt}\)). Questo comportamento consente diverse funzioni di gestione della tensione.
Comportamenti principali legati alla tensione
- Levigamento tensione / Serbatoio (Condensatori bulk):
- Dopo raddrizzatore: Il condensatore si carica al picco, si scarica tra i picchi → riduce il ripple.
- Tensione ripple \(\Delta V \approx \frac{I_{load}}{f C}\) (full-wave). C più grande = ripple minore.
- Soppressione transienti / Disaccoppiamento (Condensatori bypass):
- Serbatoio di carica locale per IC a commutazione rapida. Previene il cedimento \(V_{DD}\) durante picchi di corrente.
- ESL/ESR bassi critici (MLCC 0.1µF, 1µF, 10µF vicino ai pin).
- Accoppiamento CA / Blocco CC:
- Condensatore in serie passa il segnale CA, blocca il pregiudizio CC. Imposta l'angolo di taglio passa-alto: \(f_c = \frac{1}{2\pi RC}\).
- Partitore di tensione (Partitore capacitivo):
- \(V_{out} = V_{in} \frac{C_1}{C_1 + C_2}\) (per Cs in serie). Usato in sonde HV, touch screen, MEMS.
- Moltiplicatori di tensione (Cockcroft-Walton, Villard):
- Diodi + Condensatori generano alta DC da CA (CRT, fotomoltiplicatore, pompa ionica).
- Stoccaggio energia / Potenza di impulso:
- \(E = \frac{1}{2} C V^2\). Flash fotografico, defibrillatore, laser, railgun, hold-up di backup.
- Correzione fattore di potenza:
- Condensatori in shunt forniscono vars reattivi, alzando la tensione sugli alimentatori di distribuzione.
Cosa i condensatori NON fanno
- Creare tensione (nessuna sorgente di energia).
- Regolare la tensione a un valore fisso (quello è un regolatore/LDO/riferimento).
- Cambiare istantaneamente la tensione ai loro morsetti (richiederebbe corrente infinita).
Consigli pratici di progettazione
- Derating tensione: Funziona ≤ 50–80% della tensione nominale per affidabilità (specialmente MLCC, Elettrolitico).
- Considera l'effetto polarizzazione DC: I MLCC Classe 2 (X7R, X5R) perdono 50–80% capacità alla tensione nominale.
- ESR/ESL contano per gestione ripple/corrente. Parallela valori diversi per disaccoppiamento a banda larga.
- Polarità: Elettrolitico/Tantalo = polarizzato. Tensione inversa = rischio esplosione.