El capacitor electrolítico es uno de los componentes más importantes en electrónica y aparece en casi todos los montajes. Sus valores cubren una banda muy amplia de capacitancias, desde ] ;tF hasta más de 22.000 ”F. Sus tensiones de trabajo aparecen a partir de 2 V y se los usa tanto en circuitos de corriente continua como en los de frecuencias bajas. ¿Entiende usted sus especificaciones y sabe usarlos correctamente? Vea este artículo para conocer sus limitaciones y posibilidades.
Nota: este artículo es de 1988.
EI almacenaje de cargas eléctricas, como lo hacen todos los capacitores, es una función fundamental del electrolítico. Se emplea cuando se necesita una gran capacidad en un pequeño volumen. Encontramos a los electrolíticos en el filtrado de fuentes de alimentación, en el acoplamiento de circuitos de audio, en los temporizadores, en osciladores de bajas frecuencias y también en muchas aplicaciones importantes.
Saber usar un capacitor electrolítico es casi un arte y conocer ese arte es muy importante pues un pequeño descuido puede conducir a problemas técnicos sumamente graves.
Cómo funcionan los electrolíticos y cómo interpretar sus especificaciones es lo que veremos en este artículo.
Qué es un capacitor
Un capacitor común tiene por base dos armaduras de materiales conductores separadas por una placa de material aislante como se ve en la figura 1.
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La capacidad de este capacitor, o sea la cantidad de cargas que puede almacenar, es el número de microfarads" que tendrá y está determinada por tres factores: la distancia entre las armaduras, la superficie de las mismas y la naturaleza del material usado como aislante.
EI aislante se denomina también dieléctrico.
Cuanto menor sea la distancia entre armaduras, mayor será la capacidad del capacitor.
Cuanto mayor sea la superficie de las armaduras, mayor será la capacidad obtenida.
Y finalmente, cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material aislante, mayor será la capacidad. La constante dieléctrica depende de la naturaleza del material usado como muestra la tabla siguiente:
Suponiendo un capacitor con dieléctrico de aire, como muestra la figura 2, si colocamos una placa de vidrio entre las armaduras, su capacidad aumentará de 3 a 10 veces.
La construcción de un capacitor para aplicaciones en la electrónica presenta numerosos problemas.
EI primero es el de la tensión máxima que podrá soportar el componente, o sea la tensión que podemos aplicar entre sus armaduras.
Cuanto más fino fuera el dieléctrico, menor será la tensión máxima que podremos aplicar aun capacitor. Eso se explica de la manera siguiente: si la tensión supera un cierto valor podría producirse una chispa entre las armaduras y esa chispa haría que el dieléctrico "se queme" perdiendo sus propiedades aislantes. El capacitor "deja de funcionar” o entra en corto y queda inutilizado.
Otro problema es el relativo a la flexibilidad del material que usa como aislante. No puede doblarse la mica ni el vidrio ni la porcelana, de manera que los capacitores en los que se emplean esos materiales sólo pueden ser de forma tubular o plano como muestra la figura 3.
Pero el papel, el poliéster en láminas, el poliestireno y otros plásticos son flexibles y admiten su empleo en capacitores "enrollados" o tubulares como muestra la figura 4.
Pero tenga en cuenta que aún pudiendo enrollarse y obtenerse así una superficie mayor para las armaduras, las capacidades máximas que se logran no son muy grandes.
De hecho, si necesitamos hasta 1 µF de capacidad podemos obtenerla con un capacitor de papel, aceite, poliéster etc. Pero si precisamos capacidades mayores, el asunto se complica. Ahí es donde entra en escena el capacitor electrolítico.
Qué es un electrolítico
En la figura 5 tenemos los aspectos más comunes y el símbolo de los capacitores electrolíticos.
El tipo más común es el de aluminio, cuya estructura simplificada se ve en la figura 6.
Lo que se tiene es un electrodo de aluminio colocado en contacto con una sustancia que, además de ser conductora, tiene alguna clase de actividad química con el aluminio.
En contacto con el aluminio, esa sustancia Io ataca y produce una fina capa de óxido aislante que resulta ser el dieléctrico. Como esa capa es microscópica, la capacidad obtenida por unidad de superficie es muy grande.
Por ese motivo, podemos hacer con facilidad capacitores electrolíticos de grandes capacidades y pequeñas dimensiones.
EI espesor de la capa aislante producida por la acción electrolítica de la sustancia determina no sólo su capacidad sino también la tensión máxima que podemos aplicar al capacitor.
Es decir, si obtenemos una capa finísima podremos tener una capacidad muy grande, pero por otra parte el componente no podrá soportar tensiones elevadas.
En resumen: las dimensiones que obtenemos para el componente dependen tanto de la capacidad como de la tensión. Puede decirse que dependen del producto tensión por capacitancia.
En la figura 7 se ve una tabla de capacitores electrolíticos en la que se nota la relación con facilidad.
Vea el lector que el capacitor de 22 µF x 10 V tiene las mismas dimensiones que un capacitor de 10 µF x 25 V.
La construcción moderna de los capacitores electrolíticos permite lograr capacidades de hasta 22.000 µF y tensiones de operación desde 2V hasta más de 500 V.
Esos capacitores modernos se hacen con estructura tubular en la que la armadura de aluminio se enrolla y esta bañada por la sustancia electrolítica, obteniéndose así mayor superficie y por consiguiente mayor capacidad.
Ese estilo de construcción presenta algunos problemas de naturaleza eléctrica para el electrolítico común: una estructura enrollada es similar a la de una bobina o inductor y el capacitor se comporta como tal.
Los electrolíticos, además de capacitores, son verdaderos inductores y por consiguiente no sirven para circuitos de altas frecuencias. La inductancia que presentan es muy baja en relación con la capacidad, lo que significa que en los circuitos de corriente continua y audio no aparece. Pero en los circuitos de RF resulta importante.
Entonces, los electrolíticos se recomiendan sólo para aplicaciones en circuitos de balas frecuencias y corrientes continuas.
Si debemos "desacoplar" un electrolítico de un circuito de alta frecuencia, necesitamos conectar en paralelo con el capacitor otro capacitor menor, normalmente de 100 nF pero de cerámica u otro tipo no inductivo. (figura 8).
En fuentes de transmisores y circuitos de RF en general se usa esa técnica rara de conectar dos capacitores en paralelo.
Otro tipo de problema que presentan los electrolíticos es que son componentes polarizados.
De hecho, los electrolíticos, como muestra la figura 9, son componentes cuyas armaduras tienen polaridades determinadas.
Si se invirtiera la polaridad, hasta puede destruirse la capa aislante que sirve de dieléctrico cuando el capacitor entra en cortocircuito.
En los modelos antiguos, una inversión accidental podía resultar peligrosa pues se producía una reacción interna con aparición de vapores en el líquido electrolítico y dichos vapores podían destruir el elemento con una fuerte explosión.
Los modernos no explotan pero pueden "hincharse" si hay problemas internos, como muestra la figura 10.
Los capacitores de tantalio
EI óxido de tantalio tiene una constante dieléctrica mucho mayor que la del óxido de aluminio. Eso significa que, con los mismos procesos de construcción, podemos obtener capacidades mucho mas grandes con dimensiones mucho menores.
Los capacitores de tantalio también son electrolíticos pero de tamaño pequeño y se usan en aplicaciones en las que el espacio resulta importante como en los aparatos portátiles de comunicación, los sistemas de radiocontrol, etc. (figura 11).
El gran problema del tantalio es el costo. Los capacitores de tantalio son muy caros así que sólo se usan cuando son indispensables.
Nota: en la época en que el artículo fue escrito.
Cómo usar los electrolíticos
Hay dos especificaciones importantes del capacitor electrolítico: la. capacidad dada en microfarads µF o (erróneamente mfd) y la tensión de trabajo que esta dada en volt (V). (figura 12).
La tensión de trabajo es la tensión máxima a la que podemos someter el capacitor cuando está funcionando. En la práctica, los fabricantes proporcionan un margen de seguridad para esa tensión. Normalmente el capacitor se garantiza para una tensión hasta 1,15 veces mayor que la de trabajo.
Un capacitor de 15 V podrá someterse a tensiones hasta de 17,25 V.
¿como se determina la tensión de trabajo de un electrolítico?
El aislante entre las armaduras de un electrolítico no es perfecto, de manera que siempre circula una pequeña corriente cuando esta polarizado.
La corriente máxima que circula entre las armaduras, bajo una tensión determinada, es la que determina el límite de operación de este componente y eso según normas bien establecidas.
La corriente máxima admitida será función de la capacidad y de la tensión. La Corriente variará entre 10 µA y 200 µA.
Para determinar la corriente de fuga máxima permitida y, mediante ella, la tensión máxima soportada por el capacitor, tenemos dos fórmulas:
Siendo V la tensión de trabajo en volt y C la capacidad en microfarads, tenemos dos posibilidades:
a) Si el producto V x C fuera menor que 1.000 usamos Ia fórmula:
I =(0,1 x C x V) + 10
en la que I es la corriente de fuga máxima en µA (microampères).
b) Si el producto V x C fuera mayor que 1.000 usamos la fórmula:
l = (0,66 x C x V) + 50
En la figura 13 tenemos el circuito que puede usarse para efectuar un "ensayo" de electrolíticos y determinar su tensión de trabajo.
Otro factor importante que hay que tener en cuenta es que los electrolíticos "envejecen", es decir, con el tiempo pierden la capacidad y presentan fugas mayores.
Otro punto importante es que un capacitor electrolítico se comporta en una forma dependiente de la tensión.
Es así que no es realmente un capacitor hasta que se alcance cierta tensión que debe ser por lo menos 1/3 de la tensión de trabajo. Por lo tanto, no se logra nada colocando un capacitor de 50 V en un circuito de sólo 12 V que es menos que 1/3 de la tensión de trabajo; no tendrá una capacidad determinada y eventualmente ni siquiera podrá manifestar su comportamiento real.
Revisado 2016