Condensatori

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Condensatori

Messaggio Da bandAlex il 22/8/2011, 12:00

Elettrolitico
Sono quelli che si riconoscono più facilmente, perchè sono cilindrici con il contenitore metallico (alluminio) rivestiti da una fascetta di plastica con sopra scritti il valore e le tensione massima di lavoro.



Caratteristiche:

1) possono raggiungere alti valori di capacità (10.000 uF e più)
2) sono polarizzati (ma esistono versioni non polarizzate)

Il punto 1) è il motivo principale per cui si utilizzano. Li troviamo tipicamente negli alimentatori, e in tutti quei posti dove è necessario un alto valore capacitivo e la precisione non è importante.

Il punto 2) è il motivo per cui non si possono usare sempre. Essendo polarizzati, hanno bisogno per funzionare bene di una tensione ai loro capi, sufficientemente alta (da circa 1 volt in su) ma non superiore ovviamente al valore massimo consentito dal condensatore. Tale tensione deve anche categoricamente rispettare la polarità indicata sul contenitore, altrimenti il componente si guasta e può anche causare grossi danni (fino ad arrivare all'esplosione se la tensione e il valore del condensatore sono molto alti).

Per questi motivi, gli elettrolitici si evitano il più possibile in un circuito tranne dove effettivamente non se ne può fare a meno. Tipicamente, ovunque la capacità debba superare il valore di 4 - 10 uF, è necessario ricorrere ad un elettrolitico. Questo perchè non esistono condensatori di altre tipologie con capacità molto alte, e se esistono in genere sono costosi ma soprattutto estremamente voluminosi. Per fare un esempio, un condensatore da 10 uF in film plastico, oltre a costare sui 3 euro (per il poliestere, non proprio il massimo) raggiunge dimensioni di minimo 3 x 2 cm., un volume enorme se paragonato all'analogo in capacità dell'elettrolitico, che ha un diametro di appena 4 mm. per un'altezza di 7 e che costa solo 10 centesimi. E' vero che il film plastico sopporterebbe fino a 100 Volt, mentre l'elettrolitico in questione solo 25. Ma per i circuiti audio a stato solido le tensioni in genere sono molto basse, è per questo che lo stato solido è pieno di elettrolitici mentre i circuiti a valvole sono pieni di film plastico, polistirene, mica, etc. che sopportano tensioni molto alte.

Oltretutto nei circuiti a valvole le impedenze in gioco sono più alte, per cui sono sufficienti valori di capacità più bassi, tipicamente inferiori a 1 uF. Da questo punto di vista i "valvolaristi" sono più fortunati, anche se loro però devono combattere più spesso con ronzii e disturbi vari per via proprio delle impedenze con cui sono costretti a convivere.

Ma perchè gli elettrolitici sono così bistrattati in campo audio? Prima di tutto sfatiamo un mito, e cioè la famigerata "distorsione da elettrolitico". Non è vero che gli elettrolitici distorcono il segnale. E' vero però che non c'è distorsione peggiore di quella di un elettrolitico impiegato male.

Vediamo quali sono le condizioni basilari per poter utilizzare tranquillamente un elettrolitico sul percorso del segnale.

1) Polarizzazione
Questo punto non riguarda ovviamente gli elettrolitici bipolari (cioè senza polarità), che (teoricamente) non hanno bisogno di tensione continua ai loro capi. Gli elettrolitici normali vanno invece polarizzati, e la cosa di per se' avviene naturalmente visto che quasi sempre i condensatori si mettono proprio per bloccare la tensione continua e far passare solo il segnale audio. Può succedere però che in un determinato contesto la tensione continua non sia ben determinata (succede nelle circuitazioni simmetriche, ad esempio), e può persino cambiare di polarità. In questi casi gli elettrolitici NON possono essere impiegati, perchè ci sono due regole basilari da rispettare: la prima, che la tensione di polarizzazione sia della polarità giusta; la seconda, che tale tensione sia superiore ad un certo valore minimo.

2) Capacità
La distorsione di un elettrolitico sale quando esso comincia a comportarsi da filtro per alcune frequenze audio (cioè le basse frequenze). Ciò avviene se il valore è sottodimensionato rispetto alle caratteristiche del circuito in cui esso viene impiegato. Facciamo un esempio. Se un finale per cuffia alla sua uscita ha un condensatore elettrolitico (cosa che succede spesso), allora il valore minimo di capacità dipende dall'impedenza della cuffia e dall'impedenza dello stadio finale. Più bassa è l'impedenza totale del circuito che vede il condensatore, e più alto dovrà essere il valore di quest'ultimo.

Trascurando l'impedenza dell'ampli (in genere molto bassa), rimane l'impedenza della cuffia, e ipotizziamo che sia da 32 ohm.

Il calcolo teorico, per avere una risposta in basso fino a 20 Hertz, ci dice di usare un condensatore da almeno 220 uF. Ed è proprio questo il valore che in genere si trova comunemente all'uscita di un ampli per cuffia. Ma tale valore è in realtà sottodimensionato se vogliamo evitare che l'elettrolitico introduca distorsione alle basse frequenze. Per essere al sicuro, tale valore va moltiplicato per 10. Quindi, bisognerebbe usare in questo caso un condensatore da 2.200 uF.

Questo è uno dei motivi per cui sia nel VHF-1 che nel VHF-Lightning non trovate il condensatore prima della cuffia. Un altro motivo è che i condensatori elettrolitici variano la loro capacità nel corso del tempo, non sono stabili, e capacità elevate come quella necessaria in questo caso occupano molto spazio e sono costose. Ma il motivo principale è che, se se ne può fare a meno, il miglior condensatore è quello che non c'è.

Ma tale difetto di distorcere il segnale se sottodimensionati, non ce l'hanno solo gli elettrolitici, ce l'hanno anche i film plastico in poliestere. Per cui, anche per questi ultimi, è necessario adottare un valore di capacità più alto di quello minimo indicato dal calcolo teorico.

E questo ci porta ad un'altra sgradevole conclusione: gli elettrolitici e i poliestere si possono utilizzare soltanto in disaccoppiamento o bypass ma non nei circuiti di filtro, equalizzazione, etc. dove il valore della capacità deve essere preciso e costante nel tempo (e soprattutto con la tensione applicata). Per questo motivo in un filtro, in un oscillatore, in un equalizzatore, etc. troverete solo condensatori ceramici NP0, polistirene, polipropilene, silver-mica, ma non elettrolitici o film plastico in poliestere.

Attenzione quindi quando acquistate dal vostro spacciatore di fiducia i condensatori in film plastico "per uso audio": controllate che non siano dei poliestere, prima di acquistarli.

Ceramici
Per i cultori dell'audio rappresentano il diavolo rivestito di ceramica. Eppure essi sono belli, eleganti, hanno l'aspetto di caramelle variamente colorate, e... in alcuni casi sono insostituibili. Vediamo perchè.



La brutta reputazione dei ceramici risali ai tempi andati, quando venivano impiegati per lo più nelle radioline giapponesi. Il loro costo irrisorio, la possibilità di ottenere buoni valori capacitivi in piccolo spazio ne hanno spinto la diffusione su tutto il pianeta, come l'invasione delle bibliche cavallette. E' praticamente impossibile oggi aprire un qualsiasi apparato elettronico, e non trovare almeno un componente ceramico. Ma allora perchè sono così bistrattati?

Eppure i ceramici hanno una qualità che altri condensatori se la sognano: quella di offrire una resistenza quasi nulla alle altissime frequenze (parliamo dalle centinaia di kilohertz in su), e benchè in ambito audio tale qualità possa sembrare superflua, in realtà essa è preziosa perchè spesso è necessario garantire il passaggio verso massa proprio a quelle frequenze più elevate (tipicamente radio-frequenze) che altrimenti devasterebbero il delicato equilibrio del nostro amplificatore; tradotto meno diplomaticamente: per mandarle a quel paese.

Ma allora, perchè sono così bistrattati?

Si può dire che il condensatore ceramico nel suo comportamento verso le alte e altissime frequenze approssima quello di un condensatore ideale. Al contrario, i condensatori a film, pur avendo buone caratteristiche generali, difficilmente possono essere usati per frequenze superiori ai 200 Kilohertz, per via dell'induttanza parassita (dovuta al sistema costruttivo) che ne fa aumentare l'impedenza alle alte frequenze. E quindi, per gli scopi fin qui esaminati, sono preferibili i ceramici.

Ma allora... perchè sono così bistrattati? Il motivo per cui i ceramici non sono visti di buon occhio è fondato, e la colpa è delle caratteristiche fisiche del dielettrico utilizzato: la capacità di tali condensatori cambia con il potenziale elettrico applicato ai loro capi.

Apparentemente può sembrare di poco conto, ma le variazioni di capacità si trasformano a loro volta in un segnale elettrico, che si sovrappone a quello audio, generando distorsione. Per questo non possiamo usare i ceramici "normali" per farci passare l'audio. Per gli impieghi audio e di precisione esiste il dielettrico multistrato, insensibile alle variazioni di tensione e di temperatura. Nasce così il ceramico NP0 oppure C0G, utilizzato in tutte quelle applicazioni dove è necessario avere una capacità stabile e precisa: oscillatori, filtri I/V nei DAC, equalizzatori, circuiti risonanti, etc. Inutile dire che tale tipo di ceramico è l'ideale anche per l'audio. Peccato che la sua capacità massima si fermi a 10 nF.

Per avere valori più alti di capacità bisogna passare al dielettrico X7R, che non è perfetto come l'NP0, ma che può essere impiegato in tutti quei punti dove la tensione non varia: esattamente dove li vedete nel VHF-1 e nel VHF-Lightning. Ovvero dove c'è la necessità di un bypass, e dove il film plastico non rappresenta una garanzia per la soppressione delle armoniche più alte.

Ma allora, se i ceramici NP0 sono così perfetti, che dire degli altri tipi di condensatori per piccole capacità, come i silver-mica, o quelli in carta inzuppata di olio di oliva? I silver-mica hanno delle ottime caratteristiche, soprattutto alle alte frequenze e sono molto stabili. Da questo punto di vista somigliano molto ai ceramici NP0. Ma rispetto a questi ultimi, a parità di capacità, sono più grossi, costano di più, e sono di più difficile reperibilità. Il fatto che siano più grossi è anche un limite nei confronti delle alte frequenze (per via dell'induttanza parassita maggiore).

I condensatori in carta e olio si possono definire con una sola parola: obsoleti. I condensatori in carta che si usano oggi al limite sono quelli in carta metallizzata, ma anche per questi ultimi, non c'è un valido motivo per utilizzarli in campo audio. Se vengono utilizzati in qualche amplificatore esoterico, non è certo per la loro funzionalità. E' come scegliere di usare per un viaggio una Bugatti del 1936 piuttosto che una moderna Lexus: la prima è senza dubbio più affascinante, ma la seconda va decisamente meglio. Decidete voi se per un amplificatore è più importante l'aspetto visivo/emotivo o quello della qualità audio.

Film plastico
Tra gli elettrolitici e i ceramici si trova la schiera dei condensatori a film, la tipologia oggi più comune, dal momento che i valori spaziano dalle frazioni di nanofarad a qualche microfarad. Ma non tutti i film plastico sono uguali. Anche essi si differenziano in base al dielettrico utilizzato. Tutti però utilizzano un film arrotolato, di materia plastica (il mylar è uno di questi).

I dielettrici principali sono i seguenti:

- poliestere
- polipropilene
- policarbonato
- teflon
- polistirene
- polifenilsolfuro

Quelli in poliestere sono i più diffusi perchè costano poco e permettono di raggiungere capacità medio-elevate in poco spazio. Hanno il difetto di non essere molto lineari, ma vanno bene come disaccoppiamento e bypass.



I migliori per uso audio sono però senza dubbio i polipropilene. Possono avere bassa tolleranza, e sono molto stabili e lineari. Ma hanno il difetto di essere molto voluminosi, oltre che costosi. Sopportano tensioni molto elevate, ma questo nello stato solido è abbastanza superfluo, mentre conta molto lo spazio occupato, per cui spesso non è possibile utilizzarli e allora si devia su altre tipologie di dielettrico.



La serie PHE450 della Rifa è una delle migliori per uso audio. Io però consiglio di usare tale tipo di condensatori solo per capacità al massimo di 470 nF, perchè oltre tale capacità le dimensioni sono davvero elevate, e a parte il problema spazio sorge anche un problema di tipo elettrico: se usato nei sensibili circuiti di ingresso di un amplificatore, tali condensatori così grandi si comportano come delle vere e proprie antenne, captando ogni sorta di disturbo radioelettrico, compreso ovviamente il classico ronzio a 100 Hz. Tale problema si moltiplica nei circuiti a valvole, dove le impedenze elevate peggiorano la situazione. C'è da dire però che nel caso delle valvole le tensioni elevate non permettono di scendere molto con le dimensioni.

Un pochino più piccoli sono i condensatori in polifenilsolfuro, dalle caratteristiche anche superiori al polipropilene.



La Evox-Rifa nel suo catalogo si sbilancia e scrive "Offers excellent sound quality in audio applications". Vi assicuro che scriverlo nel data-sheet è qualcosa di particolarmente inconsueto per queste ditte. La sigla per riconoscerli è "SMR", e i valori vanno da 1 nanofarad a qualche decina di microfarad, un range di tutto rispetto.
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Re: Condensatori

Messaggio Da eisenstein il 2/10/2011, 15:37

@bandAlex ha scritto:Elettrolitico
Trascurando l'impedenza dell'ampli (in genere molto bassa), rimane l'impedenza della cuffia, e ipotizziamo che sia da 32 ohm.

Il calcolo teorico, per avere una risposta in basso fino a 20 Hertz, ci dice di usare un condensatore da almeno 220 uF. Ed è proprio questo il valore che in genere si trova comunemente all'uscita di un ampli per cuffia. Ma tale valore è in realtà sottodimensionato se vogliamo evitare che l'elettrolitico introduca distorsione alle basse frequenze. Per essere al sicuro, tale valore va moltiplicato per 10. Quindi, bisognerebbe usare in questo caso un condensatore da 2.200 uF.





Se l' ampli fosse tarato per una cuffia da, poniamo, 300 Ohm, allora 220 uF dovrebbe essere un valore corretto, giusto?

Se il valore in uF del condensatore è sottodimensionato hai spiegato i rischi di distorsione cui va incontro l' amplificatore: e se è sovradimensionato?
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Re: Condensatori

Messaggio Da bandAlex il 2/10/2011, 15:41

@eisenstein ha scritto:Se l' ampli fosse tarato per una cuffia da, poniamo, 300 Ohm, allora 220 uF dovrebbe essere un valore corretto, giusto?

Giusto.

Se il valore in uF del condensatore è sottodimensionato hai spiegato i rischi di distorsione cui va incontro l' amplificatore: e se è sovradimensionato?

Se è sovradimensionato, nessuna controindicazione. Meglio se bypassato con un polipropilene da 1 uF.
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Re: Condensatori

Messaggio Da b.veneri il 17/4/2012, 17:09

Mi si e' aperto un mondo...
Ho capito / intuito che i condensatori MKT sono poliestere e gli MKP sono polipropilene.
Ma e' vero anche il contrario?
Ovvero tutti i poliestere sono MKT e tutti i polipropilene sono MKP?

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