Cos'è il condensatore ceramico? Il condensatore ceramico è uno dei tipi più comuni di condensatori utilizzati nella maggior parte degli strumenti elettrici grazie alla sua elevata affidabilità e basso costo. In questa forma, i dischi in ceramica o porcellana vengono utilizzati per realizzare condensatori non polarizzati e vengono utilizzati in vari settori. La scarsa conduttività dei materiali ceramici li rende ottimi  dielettrici, oltre che efficienti sostenitori dei campi elettrostatici.

Nozioni di base sui condensatori ceramici

I condensatori ceramici sono condensatori a valore fisso realizzati in materiale ceramico come dielettrico. È costituito da due o più strati di ceramica e uno strato di metallo che funge da  elettrodi. Il comportamento elettrico e quindi le applicazioni dei materiali ceramici sono determinati dalla composizione del materiale ceramico. I ceramici sono composti inorganici, non metallici, cristallini di ossido, nitruro o carburo come carbonio e silicio. Un condensatore ceramico, in particolare un condensatore ceramico multistrato (MLCC), è uno dei componenti elettrici più comuni di oggi.

I condensatori ceramici hanno tipicamente un intervallo di capacità da 10 pF a 0,1 μF.

La figura seguente mostra il simbolo di un condensatore ceramico:

Simbolo di un condensatore ceramico (Riferimento:elprocus.com)

Il condensatore ceramico con tre cifre, 101, 102, 103, ecc., indica che è misurato in Pico-farad. Tuttavia, quando lo stesso condensatore utilizza alfabeti invece di cifre, il valore è AB x 10C Picofarad.

Tipi di condensatori ceramici

Esistono quattro tipi principali di condensatori ceramici:

Condensatori ceramici di classe 1

Questi condensatori sono altamente stabili e presentano basse perdite nei circuiti risonanti. A causa della loro bassa perdita, possono essere utilizzati in oscillatori e filtri. I loro coefficienti di temperatura stabili li rendono adatti per condensatori ad alta tolleranza.

Condensatori ceramici di classe 2

In base alla tensione applicata, i condensatori hanno una certa capacità. Il coefficiente di temperatura dei dielettrici di classe 2 non è lineare. Le applicazioni di questi condensatori includono l'accoppiamento e il disaccoppiamento.

Condensatori ceramici di classe 3

I dielettrici di classe 3 hanno valori di permittività fino a 50.000 volte superiori rispetto ai dielettrici di classe 2. I condensatori sono dipendenti dalla tensione e hanno perdite elevate.

Condensatori ceramici di classe 4

I condensatori di classe 4 sono anche chiamati condensatori a strato barriera.

La polarità dei condensatori ceramici 

La polarità di un condensatore è una delle considerazioni più importanti quando si collegano i condensatori in un circuito elettrico. In base alla loro polarità, i condensatori possono essere suddivisi in due gruppi:

Condensatori polarizzati 

I condensatori polarizzati hanno due terminali, noti come anodo e catodo.

Condensatori non polarizzati 

A differenza dei condensatori polarizzati, i condensatori non polarizzati hanno un terminale e, pertanto, possono essere utilizzati in entrambe le direzioni. Il dispositivo di non polarità si riferisce all'assenza di polarità sul condensatore.

Costruzione di condensatori ceramici

I condensatori ceramici sono costituiti da granuli di materiali paraelettrici o  ferroelettrici  , che vengono combinati con altri materiali per produrre il comportamento desiderato. Ad alte temperature, queste miscele di polveri vengono sinterizzate in ceramica. Le ceramiche dielettriche sono utilizzate come supporti per elettrodi metallici. Una granulometria di polvere ceramica determina lo spessore minimo dello strato dielettrico. Per condensatori con tensioni più elevate, la rigidità dielettrica del condensatore determina lo spessore del dielettrico.

Dopo la stratificazione viene applicata una temperatura elevata e il materiale viene sinterizzato, ottenendo un materiale ceramico con le proprietà desiderate. Di conseguenza, un condensatore viene formato collegando molti condensatori più piccoli in parallelo, il che si traduce in un aumento della capacità.

Un condensatore ceramico si presenta in tre forme base sebbene esistano altri tipi:

Condensatori ceramici a disco con piombo 

Sono rivestiti in resina per il montaggio a foro passante. I dischi in ceramica sono rivestiti su entrambi i lati con contatti in argento. I condensatori a disco hanno valori di capacità compresi tra 10pF e 100μF con tensioni nominali comprese tra 16V e 15KV. I dispositivi possono essere costituiti da più strati per ottenere capacità più elevate.

Il tipo di disco del condensatore ceramico è costituito da due dischi conduttivi su entrambi i lati dell'isolante ceramico. Queste lastre sono rivestite in una composizione ceramica impermeabile, a cui sono attaccati i cavi. Questo tipo di condensatore ceramico è disponibile fino al valore di 0,01 F. Possono sopportare una tensione CC di 750 volt e una tensione CA di 350 volt.

Condensatore ceramico a disco con piombo (Riferimento: electronics-notes.com)

Condensatori ceramici multistrato (MLCC) 

Gli MLCC sono blocchi rettangolari composti da una miscela di componenti paraelettrici e ferroelettrici stratificati con contatti metallici e progettati per il montaggio superficiale. Negli MLCC sono presenti più di 500 strati, con uno spessore minimo dello strato di circa 0,5 micron. È tecnologicamente possibile diminuire lo spessore dello strato aumentando la capacità nello stesso volume.

Struttura di un condensatore ceramico multistrato (Riferimento: passive-components.eu)

I condensatori MLCC hanno una capacità (C) che utilizza una formula di condensatore a piastre con il numero di strati aumentato.

Nell'equazione sopra, ε rappresenta la permittività dielettrica; A sta per superficie dell'elettrodo; n è il numero di strati e d mostra la distanza tra gli elettrodi.

Condensatori ceramici a disco senza piombo

I condensatori ceramici per microonde appositamente progettati si inseriscono negli slot sui PCB.

Tipi dielettrici in ceramica 

Contrariamente ai condensatori al tantalio e elettrolitici, i condensatori ceramici possono essere realizzati con una varietà di materiali dielettrici. Diversi dielettrici conferiscono proprietà molto diverse ai condensatori. Quindi, oltre alla selezione di un condensatore ceramico, potrebbe essere necessaria anche una seconda decisione riguardo al tipo di dielettrico da utilizzare. Molti dielettrici per condensatori ceramici sono menzionati negli elenchi dei distributori, tra cui C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U e molti altri. Il tipo migliore, tuttavia, necessita di ulteriori indagini.

Applicazioni dei condensatori ceramici 

I condensatori ceramici hanno numerose applicazioni, tra cui:

• Nelle stazioni trasmittenti nel circuito risonante
• In Alimentatori laser ad alta tensione
• Forni ad induzione
• Interruttori di potenza
• Circuiti stampati
• Applicazioni ad alta densità
• Questi condensatori possono essere utilizzati anche come condensatori generici e come spazzole per motori CC per ridurre il rumore RF.

Vantaggi dei condensatori ceramici

I condensatori ceramici presentano i seguenti vantaggi:

• È affidabile e ha buone caratteristiche di risposta in frequenza anche quando opera a frequenze più elevate.
• Possono sopportare tensioni più elevate fino a 100 volt.
• Pesano meno di altri condensatori.
• I costi sono bassi per questi articoli.
• Sono disponibili una varietà di forme e dimensioni.
• Hanno un basso ESR (resistenza effettiva in serie) e un basso ESL (induttanza effettiva in serie) rispetto ad altri condensatori.

Svantaggi dei condensatori ceramici 

Di seguito sono riportati alcuni degli svantaggi dei condensatori ceramici:

• Con il suo design, non è possibile costruire condensatori di valore superiore. Esiste un valore massimo di capacità di 150 µF.
• I condensatori ceramici con costruzioni simili a quanto sopra non sono disponibili in tensioni più elevate. I condensatori ceramici di potenza sono costruiti con forme e dimensioni maggiori. Possono gestire tensioni da 2 kV a 100 kV.
• Hanno un coefficiente di temperatura più elevato.
• I valori di tolleranza dei condensatori ceramici sono più elevati.
• Alcuni circuiti di alimentazione possono avere problemi con condensatori ceramici come condensatori di uscita.
• Una serie di condensatori più piccoli viene utilizzata in parallelo perché le unità più grandi si rompono con la flessione del PCB.

Fonte: Linquip