La qualità e il coefficiente di merito dei componenti passivi

La qualità delle resistenze

Per le resistenze non si può parlare di coefficiente di merito ma soltanto di qualità del componente da individuare nel basso rumore elettrico proprio generato.

Le resistenze ad impasto o a spirale di carbone sono tendenzialmente dei generatori di sensibili tensioni di rumore dipendenti dal loro valore in Ohm; nel caso di circuiti a temperatura ambiente il computo del rumore si calcola con l’espressione:

$Vrn\approx {\sqrt {1.5\cdot 10^{-20}\cdot Rn}}\ \ Volt/Hz$

il rumore generato da una resistenza ad impasto da $1\ M\Omega$ è :

$Vrn\approx {\sqrt {1.5\cdot 10^{-20}\cdot 10^{6}}}\ \ \approx 0.12\ \ \mu Volt/Hz$

Questo tipo di componente è generalmente impiegato nella maggior parte dei circuiti elettronici dove il rumore generato da questo è ininfluente al loro corretto funzionamento .

Per l’impiego delle resistenze in circuiti a basso rumore (amplificatori ad esempio) ne sono state studiate e prodotte tipi a strato metallico con le quali ottenere valori di rumore molto bassi; nell’ordine di $\approx \ 1/10$ di quello generato dalle resistenze a carbone.

Il coefficiente di merito

Il coefficiente di merito, indicato con la lettera $Q$ è un dato caratteristico di circuiti e componenti elettrici per corrente alternata.

Più elevato è il valore del $Q$ migliori sono le qualità dei componenti; bassi valori di $Q$ indicano la presenza di resistenze di perdita convenzionali come elementi dissipativi in parallelo ai componenti stessi.

Il coefficiente per i condensatori

ll coefficiente di merito di un condensatore indicato con la lettera $Q$ , calcolabile con la formula:

                            $Q=Rp/Xc$

dove:

• $Rp$ indica la resistenza parallela convenzionale dipendente dalle perdite del condensatore.

• $Xc$ la reattanza del condensatore : $Xc=1/(2\cdot \pi \cdot f\cdot C)$,

Nella figura 1 è mostrato il circuito equivalente di un condensatore; la funzione complessiva del componente, la reattanza $Xc$ ed il coefficiente di merito $Q$, sono riscontrabili tra i punti 1 e 2, il condensatore ideale privo di perdite è indicato con $C$; in parallelo ad esso è posta la resistenza convenzionale $Rp$ che rappresenta tutte le perdite presenti nel componente.

figura 1

Nel prosieguo del testo vedremo quale importante ruolo gioca il $Q$ nei calcoli relativi ai circuiti risonanti.

L’impiego della breve teoria sopra riportata consente l’uso dei condensatori per la progettazione di: circuiti accordati, filtri di banda, catene di ritardo, sfasatori, accoppiatori, filtri d’alimentazione, ecc.

Per alcune di queste applicazioni è necessario che le perdite resistive, intrinseche dei condensatori, siano contenute; in tali casi si devono valutare attentamente le caratteristiche dei componenti fornite dal costruttore per scegliere i più adatti ed inserire a calcolo, oltre che il valore della capacità, anche il valore della resistenza di perdita.

Nel dimensionamento dei circuiti i condensatori devono avere tensioni di lavoro adatte al tipo d’impiego, la produzione di questi componenti è alquanto varia; è prudente comunque, quando è possibile, scegliere componenti con tensioni di lavoro del $50\%$ o più delle tensioni presenti nei punti d’applicazione.

Il coefficiente per gli induttori (induttanze)

Il coefficiente di merito di un’induttanza, indicato con la lettera $Q$ , e calcolabile con la formula:

                              $Q=Rp/Xl$

dove:

• $Rp$ indica la resistenza parallela convenzionale dipendente sia dalle perdite nel nucleo, sia dalle perdite dell’avvolgimento..

• $Xl$ la reattanza dell'induttore: $Xl=2\cdot \pi \cdot f\cdot L$

Nel prosieguo delle lezioni vedremo quale importante ruolo gioca il $Q$ nei calcoli relativi ai circuiti risonanti.

Nella figura 2 è mostrato il circuito equivalente di una induttanza; la funzione complessiva del componente, la reattanza $Xl$ ed il coefficiente di merito $Q$sono riscontrabili tra i punti 1 e 2, l’induttanza ideale priva di perdite è indicata con $L$, in parallelo ad essa è posta la resistenza convenzionale $Rp$che rappresenta tutte le perdite presenti nel componente.

figura 2

Nel campo delle basse frequenze valori di $Q$ dell'ordine del centinaio sono da ritenersi ottimi.

Sovente si riduce ad arte il $Q$ di un induttore collegando in parallelo ad esso una resistenza calibrata allo scopo di ottenere particolari condizioni dinamiche .

Altre variabili devono essere considerate nella valutazione del coefficiente di merito; l’induzione massima ammissibile $B$ e la corrente continua applicabile $Idc.$

Eccedere sul valore dell’induzione $B$ significa portare il nucleo a lavorare in saturazione.

Eccedere sul valore di $Idc$ significa alterare il valore dell’induttanza calcolata.