Capacitores
1. Dibuje la estructura típica de un capacitor. ¿Que factores
físicos determinan la capacidad? Defina la capacidad en función de estos
parámetros y de la constante del dieléctrico utilizado
La mayor parte de los capacitores llevan entre sus láminas una sustancia no
conductora o dieléctrica. Un condensador típico está formado por láminas metálicas
enrolladas, separadas por papel impregnado en cera. El
capacitor resultante se envuelve en una funda de plástico (su capacidad es de algunos
microfaradios).
Los capacitores electrolíticos utilizan como dieléctrico una capa delgada de óxido
no conductor entre una lámina metálica y una disolución conductora. Los condensadores
electrolíticos de dimensiones relativamente pequeñas pueden tener una capacidad de 100 a
1000
mF. Redacción: Blanco e Iglesias
La función de un dieléctrico sólido colocado entre las láminas es triple:
- Resuelve el problema mecánico de mantener dos grandes láminas metálicas a distancia
muy pequeña sin contacto alguno.
- Redacción:Blanco e Iglesias
- Consigue aumentar la diferencia de potencial máxima que el capacitor es capaz de
resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura
dieléctrica).
- La capacidad de un capacitor de dimensiones dadas es varias veces mayor con
un dieléctrico que separe sus láminas que si estas estuviesen en el vacío.
Sea un capacitor plano-paralelo cuyas láminas hemos cargado con cargas +
Q y
–
Q, iguales y opuestas.Entre las placas cargadas aparecera un campo electrico.
2. ¿Que es la constante dieléctrica? Tabla con constantes dieléctricas de distintos materiales
La Permitividad relativa o constante dieléctrica es
una constante física adimencional (no tiene unidades) que describe como un
campo eléctrico afecta un material.
Dieléctrico de un
capacitor
Se sabe que el valor de la capacidad de un capacitor
está dada por la siguiente fórmula:
C = Q / V
Determinando la capacidad C en función de las
características físicas del capacitor.
Cuando un capacitor está formando por dos placas
separadas entre si y entre ellas hay un vacío. El valor de la capacidad es: C =
εo a/d. Redacción:Blanco e Iglesias
Donde:
a = área de cada placa en m2
d = distancia entre placas en metros
εo = constante dieléctrica (vacío), cuyo valor es:
8.85 x 10-12faradio/metro
Si se introduce un dieléctrico entre las placas, la capacidad
aumentará en un factor εr.
Entonces: C = εo εr a/d ó C = ε a/d
- εr es la constante dieléctrica relativa y depende
de las propiedades físicas de la sustancia empleada.
- ε es la constante dieléctrica absoluta.
Existe gran diferencia entre los valores de las
constantes dieléctricas de diferentes sustancias. Algunos ejemplos importantes
de constantes dieléctricas se muestran en la tabla anterior.
Redacción: Blanco e Iglesias
3.
La capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos
para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la
cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El
dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el capacitor. La
relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las
placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe
mediante la siguiente expresión matemática:
donde:
es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.
Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que
depende de la geometría del condensador considerado (de placas
paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.
Redacción: Blanco e Iglesias
Un faradio es la capacidad de un capacitor entre
cuyas armaduras existe una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio (1 V)
cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio (1 C).
4. Al comprar un capacitor ¿que parámetros se indican comúnmente al vendedor?
En el momento de comprar un capacitor se
debe indicar:
-El valor nominal - la capacidad - (
picofaradio, microfaradio, etc.)
-La máxima tensión
de trabajo en voltios.
-Material del
capacitor.}
Dependiendo del fabricante también puede venir
indicado otros parámetros como: La temperatura; La máxima frecuencia a la que pueden
trabajar, etc..
5.
Indique como se muestra el valor de la capacidad y la tensión maxima de
trabajo en distintos capacitores: cerámica, tantalio, poliéster,
electrolíticos, etc.
Capacitores
electrolíticos
Estos capacitores siempre indican la capacidad en
microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. Dependiendo del
fabricante también pueden venir indicados otros parámetros como la temperatura
y la máxima frecuencia a la que pueden trabajar. Redacción: Blanco e Iglesias
Tenemos que poner especial atención en la identificación de
la polaridad.
Capacitores
de poliéster
Además de ir identificado como un sistema que ya hemos
visto, pueden marcarse con otro sistema que utiliza la letra griega
"µ". Así pues, un capacitor de 100.000 picofaradios, lo podemos
encontrar marcado indistintamente como 10nf - .01 - µ10.Redacción: Blanco e Iglesias
En la practica la letra µ sustituye al "0", por
tanto µ01 equivale a 0.01 microfaradios. Entonces, si encontramos capacitores marcados con µ1 - µ47 -µ82, tendremos que leerlo como 0.1µ - 0.47µ -0.82
microfaradios.Redacción: Blanco e Iglesias
También en los capacitores de poliéster, al valor de la
capacidad, le siguen otras siglas o números que pudieran despistar. Por ejemplo
1k, se puede interpretar como 1 kilo, es decir, 1000pf, ya que la letra
"K" se considera el equivalente a 1000, mientras que su capacidad es
en realidad 1 microfaradio.
La sigla .1M50 se puede interpretar erróneamente como 1.5
microfaradios porque la letra "M" se considera equivalente a
microfaradios, o bien en presencia del punto, 150.000 picofaradios, mientras
que en realidad su capacidad es de 100.000 picofaradios.Redacción: Blanco e Iglesias
Las letras M, K o J presentes tras el valor de la capacidad,
indican la tolerancia:
M = tolerancia del 20%
K = tolerancia del 10%
J = tolerancia del 5 %
Tras estas letras, aparecen las cifras que indican la
tensión de trabajo.
Por ejemplo:
.15M50 significa que el capacitor tiene una capacidad de
150.000 picofaradios, que su tolerancia es M = 20% y su tensión máxima de
trabajo son 50 voltios. Redacción: Blanco e Iglesias
Capacitores
de cerámica
Capacitores cerámicos tienen una tensión máxima de trabajo
de 100V, tolerancias estándar +/- 2% hasta 560pF y +/-10% para capacidades
superiores
En algunos casos el valor esta dado por tres números...
1º número = 1º guarismo de la capacidad.
2º número = 2º guarismo de la capacidad.
3º número = multiplicador (número de ceros)
La especificación se realiza en picofarads.
Redacción: Blanco e Iglesias
Ejemplo:
104 = 100.000 = 100.000 picofarad ó = 100 nanofarads
En otros casos esta dado por dos números y una letra
mayúscula.
Igual que antes, el valor se da en picofarads
Ejemplo:
47J = 47pF
220M = 220pF
Capacitores de
tantalio
Actualmente estos capacitores no usan el código de colores
(los más antiguos, si). Con el código de marcas la capacidad se indica en
microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. El terminal positivo
se indica con el signo +: En este caso indica 10uF_16V. Redacción: Blanco e Iglesias
6. Dibuje un circuito con un capacitor
conectado a una fuente de alimentación continua. Explique que sucede en
el instante de la conexión y después que el capacitor se cargó, haga
gráficos.
Cuando se aplica una tensión de corriente continua a un
capacitor, la corriente empieza a circular instantáneamente con la intensidad
máxima que le permite la resistencia del circuito. Esta corriente decrece a
medida que transcurre el tiempo hasta alcanzar el nivel cero. Por el contrario
la tensión entre los terminales del capacitor será cero en el instante que se
aplica tensión al circuito e irá creciendo al mismo ritmo con que la intensidad
de corriente va decreciendo. Redacción: Blanco e Iglesias
7. Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una
fuente de alimentación alterna senoidal. Explique que sucede para cada
hemiciclo ¿circula corriente por el capacitor? ¿y por el circuito?
Si le aplicamos corriente alterna a un capacitor, durante la
alternación positiva, la corriente se mueve en una dirección y por un instante,
una de las placas adquirirá carga positiva y la otra carga negativa, cuando
cambie la alternación, también cambiará la polaridad de las placas, la que era
positiva será negativa y así sucesivamente cambiarán de polaridad. Los
electrones sometidos a esta corriente no pasarán por el dieléctrico. Tomando en
cuenta que las placas serán positivas y negativas a la vez, el resultado sobre
el dieléctrico será como si estuviera cerrado por un conductor, o sea, en
cortocircuito.
En conclusión a través del capacitor nunca pasa la
corriente, pero sí pasa por el resto del circuito. Redacción: Blanco e Iglesias
8. Para que se utilizan los capacitores en electrónica. De ejemplos.
En electrónica, un capacitor es un dispositivo que almacena
energía eléctrica, es un componente
pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de
influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten
de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o
láminas, separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un
condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o
por el vacío, que, sometidas a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren
una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la
otra (siendo nula la carga total almacenada). Aquí tenemos un ejemplo del
funcionamiento de un capacitor frente a
una corriente alterna. Vemos un generador de corriente alterna que está
conectado a un condensador. Debido a la tensión alterna U, el condensador
resulta cargado, descargado, vuelto a cargar con polaridad opuesta; una vez más
descargado, y así sucesivamente. Con ello circula una corriente cuya variación
es senoidal. Pero, la corriente no circula a través del capacitor, es decir a
través de su dieléctrico que es aislante como hemos dicho, la corriente sólo
circula de los bornes del generador a las armaduras del capacitor y viceversa,
es decir, aunque el circuito realmente no está cerrado el efecto es como si lo
estuviera; y siendo éste el efecto, se suele decir que por el circuito circula
una corriente eléctrica. Un capacitor real en Corriente continua se comporta
prácticamente como uno ideal, es decir, como un circuito abierto. Esto es así
en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al conectar o
desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos eléctricos
transitorios que inciden sobre la d.d.p. en sus bornes. Redacción: Blanco e Iglesias
9. Explique que limita el uso de los capacitores en altas frecuencias. Cuales son los capacitores mas adecuados para ellas
El uso de capacitores en alta frecuencia se limita debido a
la velocidad de polarización del dieléctrico. Los capacitores mas adecuados son
los de cerámica. A medida que aumenta la frecuencia, el tiempo de polarización
es menor. Entonces, al llegar a un nivel de frecuencia muy elevado, el capacitor
se polariza de dos formas distintas en muy poco tiempo y el dieléctrico se
termina rompiendo.Redacción: Blanco e Iglesias
10. ¿Que son los capacitores electrolíticos, para que se usan, descríbalos..Ilustre su estructura interior y exterior
Un capacitor electrolítico es un tipo de capacitor que usa
un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más
capacidad por unidad de volumen que otros tipos de capacitores, son valiosos
en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es
especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se
usan para almacenar la carga, y moderar la tensión de salida y las
fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en
los circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua.Redacción: Blanco e Iglesias
Los capacitores electrolíticos pueden tener mucha
capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia. Redacción: Blanco e Iglesias
11.
Capacitores de tantalio, para que se usan, descríbalos .Comparelo con
los electrolicos. Ilustre su estructura interior y exterior
Estos usan como dieléctrico una finísima película de óxido de
tantalio amorfo, que con un menor espesor
tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad
superior a 1 µF. La forma de gota les da muchas veces ese nombre. Se
caracterizan por ser muchos mas flexibles, confiables y estables con respecto a
la temperatura y el transcurso del tiempo que los electrolíticos.Redacción: Blanco e Iglesias
Capacitores de
hojas metálicas (láminas): Los alambres conductores de tantalio se
sueldan por puntos tanto a la lámina del ánodo como a la del cátodo,las cuales
se arrollan después con separadores de papel en un rollo compacto. Este rollo
se inserta dentro de una envoltura metálica y, a fin de mejorar el rendimiento,
se agrega un electrólito idóneo, como etilenglicol o dimetilformamida con
nitruro de amonio, pentaborato de amonio o polifosfatos.
Capacitores de
hojas de tantalio: La mayor parte de las aplicaciones para este tipo de
capacitor se encuentran en los intervalos de voltaje superiores, en los que no
es posible aplicar los capacitores de tantalio húmedo, y cuando se requieren
calidades superiores a las de los electrolíticos de aluminio. Las desventajas,
en comparación con otros tipos de capacitores de tantalio,son: gran tamaño,
elevadas corrientes de fuga y gran variación en la capacitancia con la
temperatura. La principal aplicación de estos capacitores se encuentra en filtros
de fuentes de alimentación.Redacción: Blanco e Iglesias
Capacitores de
tantalio sólido: Parecido a la versión húmeda, en cuanto a sus etapas
iniciales de manufactura. No hay líquido que se evapore, y el electrólito
sólido es estable. La variación de la capacitancia es muy pequeña: ±10%
respecto de su valor a temperatura ambiente en todo el intervalo de temperatura
desde -55 hasta 125° C. Por desgracia, ni el electrólito ni el dieléctrico
presentan las cualidades de auto reparación asociadas con otros capacitores
electrolíticos.
Para proteger los capacitores de fallas tempranas debidas a
defectos del óxido y del electrólito se recomienda su envejecimiento conectado
durante 100 h a voltaje nominal y temperatura máxima, empleando una fuente de
energía de baja impedancia. Además, se recomienda que la tensión de operación
no exceda el 60% de la tensión nominal.Redacción: Blanco e Iglesias
El capacitor
electrolítico tiene variaciones de capacitancia
a comparación del de tantalio que son mas exactos; la temperatura que
soporta el electrolitico va desde 85 a 125 grados mientras que el de tantalio
puede soportar un poco mas de temperatura, el tamaño del electrolitico es un
poco mas grande a comparación de el de tantalio y por consecuente ocupa menos
espacio. Redacción: Blanco e Iglesias
12. Capacitores sólidos. Usos. Ilustre su estructura interior y exterior.
Este tipo de capacitor es justamente el que se ha comenzado
a utilizar en las placas madres, a diferencia del capacitor electrolitico,
el capacitor sólido utiliza una combinación de Polímero orgánico sólido
(Solid Organic Polymer), están recubiertos por una carcasa de aluminio laminado
y sellados herméticamente, también son del tipo radial con 2 conectores
polarizados.
Redacción : Blanco e iglesias
Esta imagen podemos ver la composición de un capacitor
sólido, la diferencia con el capacitor electrolítico a nivel estructural es el
material dieléctrico usado y el revestimiento, que a la larga son los que hacen
la diferencia entre ambos.Redacción: Blanco e Iglesias
Las principales ventajas sobre otros tipos de capacitores y
sobre todo los electroliticos son las siguientes:
- Resistencia a la impedancia:
- Resistencia a las variaciones de energía
- Mucho más durables
- Redacción : Blanco e Iglesisas
- Resistencia a las Altas temperaturas
- No se revientan como los condesadores electrolíticos
- Debido a su composición orgánica son más amigables para el
medio ambiente
- Son más seguros
13. Capacitores de poliéster. Usos. Ilustre su estructura interior y exterior
Este tipo de capacitor sustituye a los capacitores de papel. Se diferencia de estos por el dielectrico: Es del material poliester, lo que obviamente, modifica el uso y lascaracteristicas del mismo. El objeto de crear este tipo de capacitores es reducir las dimensiones fisicas de los capacitores, ya que a medida que la electronica avanza ,muchos espacios se reducen. Como ventajas principales de estos tipos de capacitores se puede encontrar el hecho de que hay muy poca perdida al momento de usarlo, en primera instancia. En segunda instancia se encuentra el hecho de que tiene un excelente factor de potencia.Redacción: Blanco e Iglesias
14.
Capacitores cerámicos. Usos. Ilustre su estructura interior y
exterior- Explique como se lee el valor de estos capacitores (p.ej: 104)
Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y
eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización
de las dos caras del material cerámico. Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de
1pF a 470nF (grupo II) con tensiones comprendidas entre 3 y 10000v. Su
identificación se realiza mediante código alfanumérico. Se utilizan en
circuitos que necesitan alta estabilidad
y bajas pérdidas en altas frecuencias.Redacción: Blanco e Iglesias
La especificación se realiza en picofarads.
Ejemplo:
104 = 100.000 = 100.000 picofarad ó = 100 nanofarads
15. Capacitores variables, Usos. Ilustre su estructura interior
y exterior Diodos varicap, explique su funcionamiento, para que se
usan, descríbalos su estructura interior y exterior-Dibuje un circuito
que ejemplifique su funcionamiento.
Un capacitor variable es un capacitor cuya capacidad puede ser modificadaintencionalmente de forma mecánica o electrónica. Son capacitores provistos de un mecanismo tal que, o bien tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o bien tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman trimmers y los segundos capacitores de sincronización, y son muy utilizados en receptores de radio, TV, etcétera, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio.
Redacción: Blanco e Iglesias
Estos están formados por 2 juegos de placas, unás estacionarias y otras móviles; cuando giramos el eje del capacitor colocamos las placas móviles dentro o fuera de las estacionarias, dependiendo de las posición de las primeras, será la capacidad, vale decir que la capacidad de estos se determina, por ejemplo, 10 - 100, de 5 - 50 µF.(valores de ejemplo), si las placas estan en el medio la capacidad será la media y si están completamente fuera sería la mínima.
Redacción: Blanco e Iglesias
La capacidad mínima de un capacitor variable normal es generalmente de un 10% de la capacidad máxima. Dado que el circuito se forma por conductores, pistas de circuito impreso a relativa poca distancia unos de otros, a la capacidad mínima habrá que agregarle aproximadamente un 10% más.
Redacción: Blanco e Iglesias
Hay muchas aplicaciones para capacitores variables, sobre todo en el campo de lascomunicaciones.
El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap)
es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que el
ancho de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión
inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta dicho
ancho de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se
obtiene un capacitor variable controlado por tensión. Los valores de capacidad
obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V.
Redacción: Blanco e Iglesias
La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensión).
Redacción : Blanco e Iglesias
En tecnología de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensión en el diodo, su capacidad varía, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.Redacción: Blanco e Iglesias
