Condensatori e multivibratori


Argomento di questa lezione saranno i condensatori, di cui analizzeremo un uso pratico realizzando un circuito particolare, detto "multivibratore". Nelle precedenti lezioni abbiamo già confrontato il comportamento delle resistenze con quello dei carichi induttivi (gli avvolgimenti), concludendo che il comportamento di questi ultimi è piuttosto particolare e richiede appostiti accorgimenti. Allo stesso modo, i condensatori sono componenti elettronici dalle caratteristiche un pò speciali: per esempio il loro effetto si manifesta soltanto quando una tensione tende a variare; con una tensione continua, cioè di segno e valore costanti, la presenza del condensatore passa completamente inosservata. Guardiamo la figura a fianco: si tratta di un condensatore C collegato ad una sorgente di alimentazione, attraverso una resistenza R. Se chiudiamo l'interruttore I, nel circuito inizia a passare una corrente, che nei primi istanti può essere anche molto elevata. Misuriamo la tensione ai capi del condensatore: vedremo che essa, dapprima molto bassa, crescerà lentamente fino a raggiungere quella dell'alimentatore. Cosa è successo in pratica? Il condensatore può essere paragonato ad un recipiente vuoto: all'inizio, pur passando in circuito una forte corrente, esso risulta scarico (la tensione è quasi zero); man mano che si carica, la tensione presente ai suoi capi sale, così come salirebbe l'acqua in un recipiente, mentre la corrente in circuito diminuisce, fino a quando esso risulta completamente pieno. A questo punto in circuito non passa più alcuna corrente. Il tempo impiegato a caricarsi dipende da due fattori: innanzitutto dalla capacità del condensatore, che non è altro che la sua attitudine ad immagazzinare corrente (come la capacità di un contenitore: più è grande, più materiale contiene); in secondo luogo, dal valore della resistenza R: più grande è la resistenza, meno corrente passa e quindi più tempo impiega il condensatore a caricarsi.

Questo tempo di carica è di fondamentale importanza, ed è molto sfruttato in elettronica. Senza ricorrere ad astruse dimostrazioni teoriche, osserveremo solo che il prodotto R per C costituisce quella che viene definita "costante di tempo"; moltiplicando il valore in ohm della resistenza per il valore in farad del condensatore si ottiene esattamente un tempo in secondi.

La capacità infatti si misura in farad; questa unità di misura risulta però troppo grande per gli usi dell'elettronica (come se un modellista costruisse modellini misurando i pezzi con una rotella metrica da 25 metri), ed allora si usano dei sottomultipli, molto più piccoli, che sono il microfarad (si scrive F), ed il picofarad (si scrive pF). Ma adesso passiamo ad una applicazione pratica; avremo occasione di conoscere meglio i condensatori nelle prossime lezioni.

Il circuito a fianco utilizza proprio la caratteristica dei condensatori di caricarsi attraverso una resistenza, impiegando un tempo ben determinato. Si tratta di un multivibratore, ovvero di un circuito per sua natura instabile, dove due transistori passano continuamente, alternandosi, dallo stato di conduzione allo stato di interdizione (interdizione significa che il transistor non conduce corrente, cioè equivale ad un interruttore aperto). Come vedete il circuito è molto semplice, essendo formato solo da due transistori (vanno bene due transistori qualsiasi NPN, tipo BC108 o equivalenti), da quattro resistenze (i cui valori sono R1=680 ohm; R2=18 kilo-ohm; R3=56 kilo-ohm; R4=470 kilo-ohm) e da due condensatori (C0, cioè C zero, da 22 microfarad, e C1 da 1 microfarad).

Il circuito pilota un normale diodo LED che funge quindi da lampeggiatore

Supponiamo che inizialmente sia in conduzione TR1: questo vuol dire che il suo collettore è sceso a tensione zero; ma allora anche la base di TR2, collegata al collettore di TR1 tramite il condensatore C0, è necessariamente scesa a tensione zero. In effetti TR2 non conduce, ed il LED risulta spento. Un pò alla volta, tuttavia, il condensatore C0 si carica con la corrente che fluisce attraverso la resistenza R2, e così la tensione di base di TR2 comincia a salire: quando raggiunge un valore sufficiente, il transistor passa in conduzione; a questo punto il LED si accende, la tensione di collettore va a zero e, tramite il condensatore C1, porta a zero anche la tensione di base di TR1, che passa in interdizione, cioè non conduce più. Ma anche questa condizione è solo momentanea, perchè il condensatore C1 inizia a caricarsi attraverso la R4; quando la tensione di base diventa abbastanza alta, il transistor passa in conduzione e torna a bloccare il transistor TR2 (e quindi a spegnere il LED). Il ciclo si ripete all'infinito, e per tale motivo il circuito viene definito multivibratore.

E' possibile intervenire a piacere sui tempi di conduzione dei due transistori; un modo è quello di usare condensatori di valore diverso. Ho chiamato C0 (C zero) il condensatore da 22 microfarad, perchè è quello che determina il tempo in cui il LED è spento: se volete che stia spento più a lungo, usate un condensatore di maggiore capacità, per esempio di 33 o 47 microfarad; in caso contrario, usatene uno di minore capacità (10 o 4,7 microfarad). C1 determina il tempo in cui il LED è acceso: con valori più alti, il LED sta acceso più a lungo, e viceversa.

Questo circuito è fatto per funzionare a 12 volt, quindi può essere adatto come lampeggiatore in auto, per esempio per simulare un antifurto; è comunque possibile farlo funzionare anche a tensioni diverse (addirittura con una pila da soli 1,5 volt), cambiando opportunamente i valori delle resistenze. Buon divertimento.







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