Uno de los componentes más importantes será estudiado en esta lección. Estudiaremos diferentes tipos de capacitores, que después de los resistores son los más comunes de todos los componentes. Analizaremos sus propiedades y también una especie de circuito importante que combina un capacitor con un resistor.
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O que son los capacitores
Los capacitores (que también se llaman erróneamente condensadores por ex profesionales) son componentes electrónicos formados por conjuntos de placas de metal entre las que hay un material aislante que define su tipo.
Así, si el material aislante es mica tendrá un capacitor de mica, si un tipo de plástico llamado poliéster tendrá un condensador de poliéster. Si la cerámica, tener un condensador cerámico y así sucesivamente. Hay muchos materiales que pueden ser usados para producir condensadores.
Dos placas, que tiene nun material aislante entre ellos (llamados genéricamente dieléctrico), presentan la propiedad de almacenar cargas eléctricas y, por tanto, también la electricidad. En la figura 107 podemos observar un capacitor, donde el dieléctrico es una placa de vidrio y las placas denominadas armaduras, son placas metálicas planas. Decimos que se trata de un "capacitor plano" En esta misma figura tenemos el símbolo adoptado para representar un capacitor.
Cuando conectamos una placa en la otra, para proporcionar un camino para que los cargos se neutralicen, a través de un alambre, se descarga el capacitor. En la figura 108 se observa el proceso de descarga de un capacitor.
Tenga en cuenta que las cargas se almacenan en el capacitor por una atracción electrostática que se produce a través de su dieléctrico. Por lo tanto, entre las placas de un capacitor se manifiesta una tensión eléctrica, y entre ellos hay un campo eléctrico uniforme en el caso del capacitor plano.
También es importante tener en cuenta que en un capacitor cargado las armaduras siempre tienen la misma cantidad de cargas (positivas y negativas).
La capacidad de almacenamiento de un capacitor define lo que llamamos "capacidad" de un capacitor que depende de tres factores: el tamaño de la armadura, de material dieléctrico y el espesor del dieléctrico.
La capacidad de almacenamiento o la capacitancia del capacitor será mayor cuanto mayor sea la armadura, más fino es el dieléctrico y más alta es la constante dieléctrica del material como dieléctrico.
Electret
Existe una clase de material que se comporta como un capacitor natural, sin necesidad de armaduras. En este material eléctrico se forman dipolos que se orientan de tal manera que un lado de este material acumulan cargas positivas y del otro lado cargas negativas. Podemos decir que es un "capacitor natural", como se muestra en la figura 109.
Como veremos más adelante en este curso el electret sirve para la fabricación de componentes electrónicos importantes.
Unidad de capacidad
La capacidad de un capacitor para almacenar cargas, mejor llamada capacitancia, es medida en faradios (F), pero como es una unidad muy grande, es común utilizar sus submúltiplos.
Tenemos entonces el microfarad (?F) que equivale a una millonésima parte de la farad o 0,000 001F y en los capacitores muy antiguos encontrado es abreviado como mfd o MFD. Un submúltiplo más pequeño es el nano farad, que equivale a 0.000 000 001 F o la milésima parte del microfarad y se abrevia por nF.
Por último tenemos el picofarad (pF) que es la milésima parte de la nano farad o 0.000 0000 000 001 F.
En capacitores muy viejos pueden encontrar el picofarad expresado como mmfd o micro-micro-μF e incluso uμF.
Es común el uso de potencias de 10 para expresar números con muchos ceros. Así que hemos demostrado en la tabla que dio la lección sobre resistores. Ver entonces que 1 nF es equivalente a 1 000 pF y que 1 uF equivale a 1 000 nF o 1 000 000.pF.
Tipos de capacitor
Existen muchos tipos de capacitores, utilizados en diversas aplicaciones de las electrónicas, como el lector puede ver en la figura 110.
Los capacitores tubulares, que están formados por hojas de conductores en bobinas y dieléctricos, se utilizan en circuitos de frecuencia media y baja mientras que aquellos con armadura y dieléctricos planos se utilizan en circuitos de alta frecuencia. Por qué se verá en lecciones futuras.
Tenga en cuenta que los nombres dados a los capacitores dependen sólo del material que se utiliza como un dieléctrico o eventualmente la tecnología empleada como ocurre en el caso de los llamados electrolíticos.
Los capacitores electrolíticos de aluminio o simplemente se la estructura básica se muestra en la figura 111.
Una de su armadura es de aluminio que, en contacto con una sustancia químicamente activa, si la capa de óxido formando un aislante muy fino sea el dieléctrico. De esta manera, como la capacitancia es tanto mayor como más fino sea, se puede obtener capacitancias muy grandes con un componente relativamente pequeño.
Cabe señalar que los capacitores electrolíticos son componentes polarizados, es decir, la armadura positiva debe ser siempre la misma. Si hay una inversión, cargando la armadura positiva con cargas negativas, el dieléctrico será destruido y con eso el capacitor.
Observando un capacitor de este tipo vemos que hay una identificación directa de polaridad (positiva o negativa) o alguna forma de hacer esta identificación).
En la familia de los capacitores electrolíticos encontramos un tipo especial que emplea una sustancia que permite capacitancias aún mayores que los obtenidos por el óxido de aluminio. Este es el óxido de tantalio, que conduce a capacitores de tantalio, que se muestra en la figura 112.
Estos capacitores pueden encontrarse en el rango de 0.1 ?F a 100 000 uF o más.
Súper e Híper capacitores
La unidad usada para medir la capacitancia de un capacitor, farad (F) es muy grande, así que los capacitores encontrados aplicaciones prácticas siempre tienen capacitancias de fracciones de farads (uF, nF y pF).
Segundo se puede calcular, un capacitor que utilice tecnologías comunes para tener una capacitancia de 1 faradio debe ser del tamaño de la tierra.
Sin embargo, la tecnología de fabricación de capacitores con dieléctricos cada vez más finos permiten la fabricación de pequeños capacitores con capacitancias gigantescas: se llaman supercapacitores e hipercapacitores, como se muestra en la figura 113.
Energía almacenada
Cargas almacenadas en un capacitor representan energía. Por lo tanto, un capacitor almacena energía eléctrica. Esta energía no está exactamente en las cargas, pero en el campo eléctrico que se manifiesta entre las armaduras. Si obtenemos un condensador cargado y conectar a través los terminales de los conductores (armaduras) se produce con una corriente de muy corta duración y una chispa que muestra la participación en el proceso de una cierta cantidad de energía, como se muestra en la figura 114.
Sin embargo, la cantidad de energía que un capacitor común puede almacenar es muy pequeña. Incluso un capacitor de 1 000 uF conectado a una pequeña lámpara o LED no los mantendrá encendidos durante más de unos segundos.
La energía almacenada en un capacitor se mide en Joules (J). Podemos calcular esta energía a través de la fórmula:
E = ½ x C x V2
Donde:
E es la energía almacenada en Joules (J)
C es que la capacitancia en farads (F)
V es el voltaje en volts (V)
Vemos que la energía es proporcional al cuadrado de la tensión, por lo que si dobla la tensión, la capacidad de almacenamiento de un capacitor se cuadruplicó.
En la práctica una de las aplicaciones para los capacitores de alto valor (electrolíticos) es precisamente como un reservorio de energía. Compensan las variaciones en el consumo en un circuito cuando el circuito requiere más corriente descargando-se y para formar una reserva cuando el consumo es menor. Se estudiarán en el curso de electrónica analógica (Segundo volumen de esta serie).
Códigos de valores
Algunos tipos de capacitores son muy pequeños, haciendo difícil marcar sus valores y otras características importantes de forma directa, tales como la tensión de trabajo y la tolerancia.
La tensión de trabajo nos dice qué es la tensión máxima que puede ter un condensador cargado sin que una chispa se produzca entre las armaduras, rompiendo el dieléctrico y con eso arruinarlo. Esta tensión puede variar desde unos pocos volts a miles de volts, dependiendo del tipo.
La tolerancia nos dice cuál es la diferencia que encontramos entre el valor real del capacitor y el valor marcado, sin que la diferencia indique que tiene problemas. Así, para algunos tipos de capacitores hay también códigos especiales para especificar valores.
Capacitores de disco de cerámica, como puede verse en la figura 115, por ejemplo, tienen dos tipos de códigos de especificación que no se deben confundir.
Para los valores pequeños, tenemos la especificación directa en picofarads (pF) donde hay una letra final mayúscula indicando su tolerancia, es decir, la variación que puede haber entre el valor real y el valor indicado.
Estas letras, con sus significados son:
F = 1%
J = 5%
M = 20%
H = 2,5%
K = 10%
Nota que la "K" se escribe con mayúscula, en este caso, y no se debe confundir con la "k" minúscula que indica kilo o 1000 x.
Por lo tanto, 47J es decir 47 pF con tolerancia del 5% y 47 k significa ¡47 000 pF no 47 pF!
Para valores superiores a 100 pF, el más común es el código de 3 dígitos, como el lector ve en la figura 115.
En este código, multiplicamos los dos primeros dígitos por el factor dado por el tercero. Por ejemplo, si tenemos un capacitor marcado 104: tenemos que agregar 4 ceros al 10 para conseguir 10 0000 pF o 10 por 10 000 = 100 000 pF lo que es lo mismo. Haciendo la conversión a nF tenemos 100 nF o 0,1 uF . Así, 104 es lo mismo que 100 nF o 0,1 uF.
Para los capacitores de cerámica también hay la marcación directa, como se muestra en la figura 116, en el que los valores se dan en el Microfarads (?F).
Para obtener el equivalente en nanofarads basta simplemente multiplica por 1000: así 0.1 ?F es igual a 100 nF. Para los pequeños condensadores SMD, el código es el mismo que el utilizado en el caso de resistores: 3 dígitos. En la figura tenemos 117 ejemplos de estos capacitores.
En algunos casos, el lector puede confundirse si se añade un código de la tolerancia a este marcado. Por ejemplo, un capacitor marcado 223J es un capacitor de 22 nF (22 + 000 pF) con +-5% de tolerancia.
Tabla:
| Letra | Tolerância |
| B | +/- 0.10% |
| C | +/- 0.25% |
| D | +/- 0.5% |
| E | +/- 0.5% |
| F | +/- 1% |
| G | +/- 2% |
| H | +/- 3% |
| J | +/- 5% |
| K | +/- 10% |
| M | +/- 20% |
| N | +/- 0.05% |
| P | +100% ,-0% |
| Z | +80%, -20% |
Capacitores antiguos que todavía puede encontrarse en equipos más antiguos, utiliza un código de bandas de colores. Para estos capacitores de lectura se hace como en el caso de los resistores, siendo la cuarta pista la tensión de funcionamiento y la última canción raya tolerancia: marrón significa 1%, rojo 2%, negro 20% y blanco el 10%.
Sin embargo, tenemos un problema interesante a tener en cuenta: un resistor y un capacitor SMD tienen exactamente el mismo aspecto y usan el mismo tipo de código. Sólo podemos saber si tenemos un capacitor o un resistor consultando el dispositivo donde están o su con su medida, o incluso si se nos dicen de que componente trata.
Capacitores SMD
El código básico de capacitores SMD (para montaje en superficie) son generalmente formados por dos letras en un solo dígito. La primera letra es el fabricante y la segunda letra representa la mantisa del valor de capacitancia. El tercer símbolo, que es el dígito multiplicador es el exponente o picofaradios (pF). Por ejemplo, KJ2 es un capacitor de un fabricante desconocido "K", que es 2,2 (J) x 100 = 220 pF.
Capacitores electrolíticos SMD también tienen unos valores de código de marcado especial que se indican a continuación.
Estos capacitores, a pesar de su pequeño tamaño, a través del código han marcado tanto la capacitancia como la tensión de funcionamiento. Como ejemplo podemos tener 22 6V que consta de un capacitor de 22 uF x 6 V.
Sin embargo, también puede ser utilizado un código formado por una letra y 3 dígitos. La letra indica la tensión e de funcionamiento y los tres dígitos consisten en el valor, con los dos primeros dígitos, el valor y la tercera el multiplicador. El valor obtenido es dado en pF. La pista indica el terminal positivo.
La siguiente tabla da los valores de tensión para la letra:
| Letra | Tensão |
| E | 2.5 |
| G | 4 |
| J | 6.3 |
| A | 10 |
| C | 16 |
| D | 20 |
| E | 25 |
| V | 35 |
| H | 50 |
Ejemplo: C225 significa un capacitor de 2,2 uF x 16 V ya que:
225 = 22 x 2.2 x 106 105 pF = 2.2 uF
Codigos muy antiguos
En dispositivos muy viejos, que utilizan capacitores de mica y de cerámica, pueden encontrar las marcas que utilizan códigos de color en forma de puntos pintados en el cuerpo del componente. Figura 118 muestra algunos de estos capacitores.
La flecha indica la dirección de la lectura y la secuencia de los colores de los puntos se realiza como se muestra en la figura.Otro tipo de capacitor raro es el pin-up que tiene la codificación se muestra en la figura 119.
En la figura 120 también tenemos otro tipo de condensador de poliéster que se puede encontrar en aparatos viejos con su código. Estos son los condensadores llamados a "Emerson";
Asociación de capacitores
De la misma manera como en el caso de resistores, podemos conectar los capacitores en muchas maneras para combinar los efectos. Veamos lo que ocurre en dos casos importantes.
Capacitores en paralelo
En la figura 121 tenemos la forma de asociar capacitores en paralelo. Tenga en cuenta la similitud con la asociación de resistores que estudiamos en la lección anterior. Un capacitor es codo a codo con los otros con sus terminales conectados al mismo punto.
La capacitancia equivalente presenta por una asociación de este tipo está dada por la suma de las capacitancias de los capacitores asociados, o escribiendo esto con una fórmula:
C = C1 + C2 + C3 +... + Cn (5.1)
Donde:
C es la capacitancia equivalente
C1, C2, C3... CN son las capacitancias asociadas
Las unidades utilizadas siempre deben ser las mismas. Por ejemplo, si las capacitancias asociadas se expresan en nanofarads la capacitancia equivalente se encontrará en nanofarads.
En la figura 122, C1 y C2 se conectan en paralelo.
Propiedades de asociación paralelo de capacitores:
2. todos los condensadores son sometidos a la misma tensión
3. el capacitor más grande se carga con la mayor carga
4. la capacitancia equivalente es mayor que el más grande las asociadas
Capacitores en Serie
En la figura 123 tenemos la forma de asociar capacitores en serie. Tenga en cuenta que en este caso, también tenemos similitud con la asociación de resistores.
La capacitancia equivalente a una asociación de este tipo está dado por la siguiente fórmula:
1/C = 1/C1 + 1/C2/C3 + 1 +... + 1... /Cn (f 5.2)
Donde:
C es la capacitancia equivalente
C1, C2, C3... CN son las capacitancias asociadas
En este caso también debemos mantener la uniformidad de las unidades usadas.
Propiedades de la asociación serie de capacitores:
5. todos los capacitores se cargan con la misma carga
6. el condensador más pequeño está sometido a mayor tensión
7. la capacidad equivalente es menor que la capacitancia del capacitor asociado más pequeño
En la práctica, podemos encontrar capacitores asociados en algunos puntos de los dispositivos electrónicos, pero esto es raro. Saber que podemos asociar con los capacitores para obtener mayor o menor capacidad, o un valor diferente, Es importante cuando no tenemos un capacitor de valor deseado y conectamos dos o más de una forma de obtener este valor deseado.
En el trabajo profesional del mantenimiento en un equipo que no funciona, puede improvisar un capacitor de valor que no tiene asociando otros valores tales que resulta en la capacitancia deseada.
Otro punto importante a considerar es que en cualquier equipo electrónico, encontramos todas las clases de capacitores estudiados, según su función y su valor.
Así, en las fuentes y algunos circuitos de alta potencia son los electrolíticos de valores altos que se destacan y en placas madre para computadoras, dispositivos de medida y control podemos encontrar los tipos de cerámica y tantalio, poliéster en predominio.
Capacitores variables y ajustables
Como en el caso de los resistores, también encontramos capacitores cuya capacitancia se puede ajustar a través de algún tipo de elemento de acción. Estos capacitores se llaman variables o ajustables.
Los condensadores variables son aquellos que, a través de un sistema de accionamiento mecánico puede cambiar su capacitancia en cualquier momento por un botón, por ejemplo. Un ejemplo de capacitor variable es lo que encontramos en las radios comunes (no digitales) donde los cambios de estación se realizan girando un botón.
Capacitores ajustables son los que están dentro de un equipo y cuya capacitancia se ajusta a través de un destornillador común o llaves especiales . Un ejemplo del capacitor de ajuste es el trimmer.
Los capacitores de ajuste tienen valores pequeños, por lo general unos pocos picofarads. Se especifican por el rango de valores que pueden adquirir. Un trimmer 2-20 pF es un capacitor de ajuste que puede haber establecido su capacitancia entre estos dos valores.
Vea la Figura 124 para los tipos de capacitores variable, junto con sus símbolos.
Tenga en cuenta que algunos tipos de condensadores tienen diferentes secciones, por ejemplo, encontrarse en muchas de radio AM / de bajo costo con el tipo de línea hecha por botón FM.
Los capacitores de estado sólido
Como el lector podrá aprender en el curso de electrónica analógica, hay componentes especiales, fabricados con materiales semiconductores que se comportan como capacitores. Se dice que son capacitores de estado sólido o varicaps y se utilizan en los circuitos de sintonía de muchos dispositivos modernos. En la figura 125 tenemos el símbolo adoptado para representar estos capacitores.
Circuitos de tiempo RC
Cuando conectamos un condensador en serie con un resistor tenemos uno de los circuitos básicos más importantes de la electrónica: el circuito de tiempo RC (donde R es el resistor y C el capacitor).
Si conectamos este circuito a un generador (Ve) como se muestra en la figura 126 y accionarnos interruptor S1, el capacitor no se carga de inmediato, pero a una velocidad que depende de la cantidad de corriente pasa por el resistor, es decir, depende de su valor.
Por lo tanto, si hacemos un gráfico que representa la carga del capacitor, tenemos una curva como puede verse en la Figura 127.
Tenga en cuenta que el capacitor, inicialmente se carga rápidamente, ya que como está descargado, la tensión entre sus armaduras es cero y por lo tanto puede fluir la corriente máxima que se determina sólo por el valor del resistor.
Sin embargo, a medida que el condensador se carga y la tensión entre sus armaduras aumenta, disminuye la corriente a través del resistor y la carga se hace más lenta. La curva es tal que el capacitor teóricamente no se carga completamente, es decir, la curva de carga tangencia la carga máxima en el infinito.
Sin embargo, podemos establecer un punto muy importante de esta curva: el punto en el que la carga alcanza el 63,2% del máximo mostrado en la Fig.127.
Este punto determina la constante de tiempo del circuito, y puede ser calculado simplemente multiplicando el valor de R para el valor de C de acuerdo con la siguiente fórmula:
λ = R. C
Donde:
λ es la constante de tiempo en segundos (s)
R es la resistencia en ohms (?)
C es la capacitancia en farads (F)
Ver que si después de cargar un capacitor, la descarga a través de ese circuito que puede verse en la figura 128, también tenemos una curva de descarga similar.
En esta curva, el punto que determina la constante de tiempo es dado por el instante en que la carga del capacitor se reduce a 37,8% de la plena carga, utilizando la misma fórmula.
1.2 – Blindajes
Dos problemas principales pueden ocurrir en algunos equipos: la radiación de interferencias y ruido; recepción de interferencias y ruidos. La interferencia y el ruido entran e salen de las dos tipos de equipos a través de los cables que hacen que las conexiones al equipo o espacio, en forma de campos, como se muestra en la Figura 129.
Para evitar la interferencia y el ruido son radiados o recibidos por los circuitos se utilizan blindajes. Básicamente tenemos dos tipos de pantallas para ser estudiados:
electrostática
La más ampliamente conocida blindaje electrostática se basa en el principio de la jaula de Faraday. Si se involucra un cuerpo por una de jaula o de metal, como se muestra en la Figura 130, el campo eléctrico en el interior es cero, es decir, no hay penetración de las líneas de fuerza de este campo.
En el caso de circuitos electrónicos, para que la jaula funcione, evitando la interferencia y el ruido de llegar a los puntos sensibles, no debe haber una conexión a la tierra. El blindaje de los componentes sensibles, cables y alambres, se basan en este principio y es crucial que la malla o blindaje estén conectados a tierra para operar satisfactoriamente.
Magnética
Hay componentes que, como veremos en su momento, producen campos magnéticos fuertes durante la operación. Además de los motores, solenoides y otros que estudiaremos también podemos mencionar los transformadores. Los campos magnéticos de estos componentes pueden causar problemas de funcionamiento en los circuitos sensibles.
La protección magnética se puede realizar con ciertos materiales, tales como cobre y aluminio, que tienen propiedades diamagnéticos, es decir, en lugar de concentrar las líneas de fuerza del campo magnético, las dispersan.
Por lo tanto, el blindaje magnético de tales componentes o circuitos que son sensibles a los campos magnéticos pueden ser hechas con estos materiales.
La capacitancias parásitos
Dos conductores separados por un material aislante forman un capacitor y así tienen una serie de propiedades que caracterizan a estos componentes. Esto significa que usted realmente no necesita haber establecido una estructura con dos placas y un pedazo de material aislante para que se forme un condensador.
Dos cables que corren uno al lado de lo otro, dos contactos separados (off), dos pistas de una placa de circuito impreso, un área de cobre de una placa de circuito impreso en un lado y otra área en el otro lado, forman un capacitor, como se muestra en la figura 131.
Como estos condensadores parecen una manera no deseable en algunos casos, puede influir negativamente en el funcionamiento del dispositivo, dicen que representan "capacitancia parásita", es decir, son condensadores parásitos.
Existen varias técnicas que la electrónica profesional, en especial va a trabajar con circuitos rápidos (comunicaciones, por ejemplo) que necesita saber para reducir o eliminar estas capacidades.
Capacitancia del cuerpo
Cuando nos acercamos a un objeto metálico sin tocarlo, este objeto funciona como una armadura y nuestro cuerpo como otra armadura de un capacitor cuyo dieléctrico es el aire que nos separa, como se muestra en la Figura 132.
Este hecho se puede utilizar en equipos electrónicos para detectar la presencia de personas o el toque de los dedos en un display de celular. El toque o aproximación de la persona hace que el circuito conectado a la placa vea un capacitor cuyo valor depende del objeto que se aproxima. Cuando una persona (o un objeto) se acerca, su capacitancia aumenta y esto puede ser usado para detectar su presencia.
La Tierra es un capacitor
Una esfera de metal cargado de electricidad es lo que llamamos el capacitor esférico. Su capacidad de almacenamiento depende del diámetro.
La tierra es esférica, conductora y puede ser considerado como un gran capacitor. Los cálculos muestran que su capacitancia es del orden de 1 Farad.
Las lecciones de este curso son:
Lección 1 - Materia y energía, la naturaleza de la electricidad, la electricidad estática
Lección 2 - Energía eléctrica, corriente y tensión, el circuito eléctrico
Lección 3 - Resistencia eléctrica, resistores, Ley de Ohm, Ley de Joule
Lección 4 - Tipos de generadores, rendimiento y ecuación del generador
Lección 6 - Magnetismo y electromagnetismo
Lección 9 - Ondas electromagnéticas