CAPACITORES

 

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CAPACITORES 

 

   CAPACIDAD DE UN CONDUCTOR.

Cuando un conductor se carga, es decir, se le comunica una carga eléctrica, adquiere un cierto potencial, que depende de consideraciones geométricas (de su forma). Pues bien;
a la relación entre carga y potencial se le llama CAPACIDAD  de ese conductor.

 Podemos entonces definir una magnitud llamada CAPACITA NCIA o CAPACIDAD, como la relación entre la carga almacenada (Q) y la tensión a la que se encuentra (V)

.

Escribimos entonces:

C = Q / V

Un conductor que, con la misma carga que otro, adquiera menor potencial, tendrá más capacidad que el segundo, y viceversa. 

La unidad de capacidad es el FARADIO. El faradio es una unidad tan sumamente grande que no resulta en absoluto práctica.. 

Los submúltiplos del Faradio son: 

·        El microfaradio (m F) = 0,000001 F. (10^-6 F )

·        El nanofaradio (nF) = 0,000000001 F. (10^-9 F)

·        El picofaradio (pF) = 0,000000000001 F. (10^-12 F)

Cuando se da la capacidad en "K", no quiere decir Kilofaradio, sino Kilopicofaradio (1000 picofaradios); y como 1000 picofaradios es igual a 1 nanofaradio, cuando alguien nos dice que un capacitor tiene 4K7, nos está diciendo que tiene 4,7 kilopicofaradio, que es lo mismo que decir 4,7 nanofaradio.

Recuerde: Los dispositivos que almacenan cargas eléctricas se denominan CAPACITORES.

En un Capacitor la relación carga / tensión es constante y se llama CAPACITANCIA, y su unidad es el Faradio.

Símbolos

TIPOS DE CAPACITORES:

CAPACITORES FIJOS

Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado.

De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:

• Cerámicos.
• Plástico.
• Mica.
• Electrolíticos.
• De doble capa eléctrica.

Capacitores cerámicos

El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos:

Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.

Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento.
Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico.

Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes:

·         Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF

·         Tensión de trabajo desde 3 V. a 15.000 Volts o más.

·         Tolerancia entre 1% y 5%

·         Relativamente chicos en relación a la Capacitancia.

·         Amplia banda de tensiones de trabajo.

·         Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia.

·         Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisión.

Capacitores cerámicos

Capacitores de plástico

Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de funcionamiento.
Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo).

Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales:

KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como dieléctrico.

KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno.

MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado.

MKY: dieléctrico de polipropileno de gran calidad y láminas de metal vaporizado.

MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno (poliéster).

MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el dieléctrico.

A nivel orientativo estas pueden ser las características típicas de los capacitores de plástico:

TIPO	CAPACIDAD	TOLERANCIA	TENSION	TEMPERATURA
KS	2pF-330nF	+/-0,5% +/-5%	25V-630V	-55ºC-70ºC
KP	2pF-100nF	+/-1% +/-5%	63V-630V	-55ºC-85ºC
MKP	1,5nF-4700nF	+/-5% +/-20%	0,25KV-40KV	-40ºC-85ºC
MKY	100nF-1000nF	+/-1% +/-5%	0,25KV-40KV	-55ºC-85ºC
MKT	680pF-0,01mF	+/-5% +/-20%	25V-630V	-55ºC-100ºC
MKC	1nF-1000nF	+/-5% +/-20%	25V-630V	-55ºC-100ºC

Capacitores de mica

El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo.

Capacitores electrolíticos

En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos son polarizados.

Podemos distinguir dos tipos:

• Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armónico.
• Electrolíticos de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo más elevado.

Las principales características de los capacitores electrolíticos son:

Capacitor electrolítico: Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo con el signo - .  El terminal negativo es el de menor longitud.

Hay que asegurarse de no conectar el  capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensión supere la máxima que soporta el capacitor.

• • Capacitancia en la gama de 1uF a 220.000 uF.
  • Tensiones de trabajo entre 2 y 1.000 V.
  • Tolerancia entre –20% y +50%, generalmente.
  • La corriente de fuga es relativamente alta o sea que la aislamiento no es excelente.
  • Son polarizados, se debe respetar la polaridad.
  • La capacidad aumenta a medida que el capacitor envejece.
  • Tienen una duración limitada.
  • La Capacitancia varía ligeramente con la tensión.
  • Los capacitores electrolíticos no se usan en circuitos de alta frecuencia, se usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continua.

Capacitores de doble capa eléctrica

Estos capacitores también se conocen como supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los capacitores convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son muy delgados. Las características eléctricas más significativas desde el punto de su aplicación como fuente acumulada de energía son: altos valores capacitivos para reducidos tamaños, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y pequeños valores de tensión.

CAPACITORES VARIABLES Y AJUSTABLES

Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto).
La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentadas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida.

                                   

Capacitor Ajustable: Trimmer                                Capacitor Variable: Tandem

          Ambos Capacitores poseen dieléctrico de aire.                                                      

IDENTIFICACIÓN DE CAPACITORES

Vamos a disponer de un código de colores, cuya lectura varía según el tipo de condensador, y un código de marcas, particularizado en los mismos. Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o variable) y el tipo concreto dentro de estos.
Las principales características que nos vamos a encontrar en los capacitores van a ser la capacidad nominal, tolerancia, tensión y coeficiente de temperatura, aunque dependiendo de cada tipo traerán unas características u otras.
En cuanto a las letras para la tolerancia y la correspondencia número-color del código de colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que la fuente más fiable a la hora de la identificación son las características que nos proporciona el fabricante.

Capacitores cerámicos tipo placa, grupo 1 y 2.

Capacitores cerámicos tipo disco, grupo 1.

Capacitores cerámicos tipo disco, grupo 2.

 

Capacitores cerámicos tubulares.

CÓDIGO DE COLORES

CÓDIGO DE MARCAS

 

 

                                   
 Capacitor de 100 nF con diferentes códigos                           Capacitor de 22 nF con diferentes códigos.

Capacitores de plástico.

CÓDIGO DE COLORES

CÓDIGO DE MARCAS

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.
Tenemos que poner especial atención en la identificación de la polaridad. Las formas más usuales de indicación por parte de los fabricantes son las siguientes:

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 +:

 

Estos capacitores electrolíticos de tantalio, tienen un costo más elevado, debido a que poseen mejores características y tienen mayor precisión y estabilidad.

LECTURA DE CONDENSADORES

Uno de los mayores problemas entre los principiantes en el área de la electrónica, sin duda es la lectura del "enigmático" mundo de los capacitores. Ya hemos vistos como muchos montajes han sido afectados por este inconveniente que ocaciona aveces un mal funcionamiento debido justamente a la utilización de valores errados en capacitores cerámicos, y todo gracias a la mala lectura de sus códigos.

En la lectura de valores de capacitores se usan diferentes submúltiplos de la unidad básica denominada Farad (F) la cual es la unidad de capacidad.

Los submúltiplos más comúnes son:

- El microfarad (uF) equivalente a la millonésima parte de un Farad, es decir, 10^-6F (0.000001 F).

- El nanofarad (nF) equivalente a la billonésima parte de un Farad, es decir, 10^-9F (0.000000001 F).

- El picofarad (pF) equivalente a la trillonésima parte de un Farad, es decir, 10^-12F (0.000000000001 F).

Para convertir una unidad en otra podemos consultar la siguente tabla:

Para convertir	en	multiplique por:
microfarad	nanofarad	1000
nanofarad	picofarad	1000
microfarad	picofarad	1 000 000
nanofarad	microfarad	0.001
picofarad	nanofarad	0.001
picofarad	microfarad	0.000 001

 

Los capacitores cerámicos, de poliéster y de polipropileno pueden venir en capacidades que van desde 1 pF hasta 1 uF. Existen varios tipos de marcación sobre la superficie del capacitor.

En capacitores con valores pequeños, el valor dado sería en picofarads y va desde 1 pF hasta 4700pF. Ej.:

Fig. (a)	Fig. (b)	Fig. (c)

47pF - 5%

4.7 pF - 20%

4700 pF - 100%

La "letra" representa la tolerancia, pero debemos tener cuidado con la letra k, pues en este caso la "K" mayúscula significa "kilo" o x 1000.

Letra	Tolerancia
F	1%
H	3%
k	10%
S	+50%/-20%
P	+100%/-0%
G	2%
J	5%
M	20%
Z	+80%/-20%

En algunos capacitores aveces se consiguen letras adicionales referidas a características de temperatura y variación máxima de capacidad.

Estas características normalmente se representan con tres letras y estan debajo de la capacidad.

Hay otras formas posibles de marcado de capacidad en un capacitor cerámico, por ejemplo usted puede conseguir la expresión directa del valor seguido de la letra "n" la cual indíca el submúltiplo nanofarad. La letra seguida a la "n" es la tolerancia. Por ejemplo, 22nZ sería 22 nanofarad y 80% de tolerancia, aveces podemos conseguir seguido de este valor otro que indíca la tensión de trabajo del capacitor, por ejemplo 50V (fig. d).

Fig. (d)	Fig. (e)	Fig. (f)

22 nF - 1%

0.01 uF 32 Voltios

0.05 uF 50 Voltios

El código más confuso para los lectores es el de tres cifras (figuras g, h, i). Para esta configuración la tercera cifra indica la cantidad de ceros que debemos agregar o lo que es lo mismo, el factor de multiplicación. Por ejemplo, para la fig. (g) el valor corresponde a 220000 pF. Para la fig. (h) el valor es 100000 pF. Para la fig. (i) el valor es 3300 pF.

Fig. (g)	Fig. (h)	Fig. (i)

220000 pF - 80%

100000 pF - 80%

3300 pF

ASOCIACION DE CAPACITORES

Los capacitores se pueden conectar en serie, en paralelo o en asociación mixta.

Asociación de capacitores en serie.

Si, del negativo de la batería, fluyen hacia la armadura de la derecha, por ejemplo, tres electrones, estos inducen en la placa enfrentada a ella tres cargas positivas, es decir, la abandonan tres electrones, que irán a parar a la armadura siguiente, que, a su vez, inducirá una carga  de +3 en la siguiente, étc.
La conclusión final es que la CARGA que adquieren los capacitores es LA MISMA para todos.  

q₁ = q₂ = q₃ = q

Las DIFERENCIAS DE POTENCIAL, en cambio, al estar en serie se SUMAN, y dicha suma será igual al potencial V de la batería. 

V = V₁ + V₂ + V₃ 

Teniendo en cuenta que la relación entre la carga q y la tensión V de un condensador es su capacidad C 

C = q / V

diremos que el potencial V que adquiere un condensador es: 

V = q / C

por lo que diremos que en nuestro circuito tendremos: 

V₁ = q₁ / C₁

V₂ = q₂ / C₂

V₃ = q₃ / C₃

pero como ya hemos dicho que: 

V = V₁ + V₂ + V₃ =  q₁ / C₁  +  q₂ / C₂  +   q₃ / C₃

como quiera que las cargas de los tres capacitores en serie es la misma q = q₁ = q₂ = q₃  

V =   q x[ 1/ C₁  +  1 / C₂  +  1 / C₃ ] 

por lo que: 

V / q =  1/ C_T  =   1/ C₁  +  1 / C₂  +  1 / C₃ 

Asociación de capacitores en paralelo.

En este caso, lo que es igual para todos los capacitores es, obviamente, la DIFERENCIA DE POTENCIAL, impuesta por el generador. 

V = V₁ + V₂ + V₃ 

En cambio, la CARGA TOTAL entregada por este debe ser igual a la SUMA de las cargas almacenadas en los capacitores

q_T  = q₁ + q₂ + q₃  

Como quiera que  q = C x V  y  V = V₁ + V₂ + V₃  tendremos para cada uno de los capacitores:

q₁ =  C₁  x V  

q₂ =  C₂  x V  

q₃ =  C₃  x V  

Así pues:

q_T  = q₁ + q₂ + q₃  = C₁  x V  + C₂  x V  + C₃  x V = V x (  C₁  + C₂   + C₃  )

q_T  / V = C_T = C₁  + C₂   + C₃ 

CAPACIDAD DE UN CONDUCTOR

Cuando un conductor se carga, es decir, se le comunica una carga eléctrica, adquiere un cierto potencial, que depende de consideraciones geométricas ( de su forma). Pues bien;
a la relación entre carga y potencial se le llama CAPACIDAD  de ese conductor. 

C = Q / V

Un conductor que, con la misma carga que otro, adquiera menor potencial, tendrá más capacidad que el segundo, y viceversa. 

La unidad de capacidad es el FARADIO. El faradio es una unidad tan sumamente grande que no resulta en absoluto práctica.. 

Los submúltiplos del Faradio son: 

·        El microfaradio (m F) = 0,000001 F. (10^-6 F )

·        El nanofaradio (nF) = 0,000000001 F. (10^-9 F)

·        El picofaradio (pF) = 0,000000000001 F. (10^-12 F)

Cuando se da la capacidad en "K", no quiere decir Kilofaradio, sino Kilopicofaradio (1000 picofaradios); y como 1000 picofaradios es igual a 1 nanofaradio, cuando alguien nos dice que un condensador tiene 4K7, nos está diciendo que tiene 4,7 kilopicofaradio, que es lo mismo que decir 4,7 nanofaradio. 

En algunos textos antiguos se representa el picofaradio (pF) como mmF (micro-microfaradio).

CONDENSADORES

Es sabido que cargas del mismo signo se repelen, y de signo contrario se atraen. Debido a ello, un conductor puede cargarse por influencia de otro, como indica la figura:

 

FIG. 1

Aproximando al conductor A, (previamente cargado con carga positiva), el conductor B (descargado, es decir que sus cargas negativas son las mismas que las positivas),  las cargas negativas de éste se ven atraídas por el potencial positivo del A, concentrándose éstas en el extremo izquierdo. Esta "fuga" de cargas negativas hacia el lado izquierdo deja el extremo derecho cargado positivamente.

 

FIG. 2

Si el conductor B, en vez de estar aislado, como en la figura 1, estuviera conectado a tierra, como en la figura 2, la carga positiva del extremo derecho se descargaría a tierra (es decir, fluirían electrones de tierra al conductor B, neutralizando su carga positiva, con lo que dicho conductor B quedaría cargado negativamente. 

Este es el principio del CONDENSADOR: dos conductores próximos, llamados armaduras, separados por un dieléctrico (aislante). 

Este conjunto, sometido a una diferencia de potencial V, adquiere en cada armadura una carga Q, lo que supone la existencia de una capacidad 

C = Q / V

Esta capacidad se denomina CAPACIDAD DEL CONDENSADOR, que es mayor que la que posee un solo conductor. 

Los condensadores se utilizan para almacenar carga eléctrica.

CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR PLANO

 El condensador plano está formado, como se ve en la figura 3, por dos armaduras metálicas (A y B) cada una con una superficie S, separadas por un dieléctrico (que puede ser aire u otro) de espesor d y constante dieléctrica e. Cuando se trata del aire, la constante dieléctrica es e_o). La capacidad resulta ser: 

C = e  x S / d

Lo que quiere decir que: 

·        cuanto más alta se la constante dieléctrica e  (también llamada permitividad dieléctrica) mayor será la capacidad.

·        cuanto más superficie S tengan las armaduras mayor capacidad

·        cuanto más separadas (d más grande) estén las armaduras, menor capacidad

 

FIG. 3

TIPOS DE CONDENSADORES. LIMITACIONES. CODIGO DE COLORES 

Se diferencian unos condensadores de otros por el dieléctrico. Así, hay condensadores de aire, papel, mica, styroflex, electrolíticos, tantalio, policarburo, cerámicos.
Por la forma exterior: tubulares, cilíndricos, planos, de lenteja, de perla, pin-up, pasachasis.
Hay además otra clasificación: fijos, variables y ajustables.
Condensadores fijos son aquellos cuya capacidad se fija en fábrica. Hay ocasiones en que se precisan condensadores cuya capacidad pueda ser regulada. Cuando disponen de un mando mecánico fácilmente accesible para tal fin, se llaman variables. Condensadores ajustables son un tipo especial de condensadores variables, generalmente de pequeña capacidad, cuyo mando mecánico es menos manejable, ya que, una vez ajustados no suelen volverse a retocar. Incluso se fija el ajuste por medio de una gota de lacre o cera. Se les llama generalmente padders y trimmers.
Para conseguir que un condensador se de capacidad variable, se puede hacer que varie cualquiera de las tres magnitudes de la que depende la capacidad como son: la superficie enfrentada de sus armaduras, la separación entre ellas o el dieléctrico (permitividad). Generalmente se varia la superficie, enfrentando más o menos las armaduras, por medio de un mando giratorio, aunque algunos padders varían la distancia. 

LIMITACIONES 

En un condensador, las armaduras están separadas por un aislante, lo que imposibilita el paso de la corriente eléctrica (excepto en casos particulares, como se verá más adelante). No obstante, no existe el aislante perfecto; por tanto, todo condensador llevará asociada una RESISTENCIA DE FUGAS, que dará idea de su mayor o menor calidad. Será tanto mejor cuanto menos fugas o pérdidas tenga (cuanto mayor sea su resistencia de fugas). Esta orientación se suele dar por medio de la TANGENTE DEL ANGULO DE PERDIDAS, cuyo concepto se ampliará en el estudio de la corriente alterna. 

De otro parte, el grosor del dieléctrico condicionará la máxima tensión que puede soportar el condensador entre sus armaduras antes de que se perfore el mismo (la perforación se produce cuando salta una chispa entre las armaduras; una característica de cada aislante en particular es su campo de ruptura, expresado en tensión / distancia; por ejemplo, el campo de ruptura del aire seco es de unos 30000 V/cm. Esto quiere decir que para que salte una chispa a 1 cm. de distancia se necesita una diferencia de potencial de 30000 voltios. Por lo tanto, el espesor y tipo de dieléctrico determinarán la máxima tensión admisible). Esta orientación, para cada condensador en particular, nos la proporciona el fabricante, indicándonos cuál es su TENSIÓN DE TRABAJO. 

Las variaciones de temperatura alteran el comportamiento del dieléctrico, de tal manera que la capacidad varía, aunque poco, con la temperatura. En aplicaciones en las que se requiera alta precisión habrá que tener este punto en consideración. Así pues, otra característica de un condensador es, el COEFICIENTE DE TEMPERATURA, que expresa la variación relativa de la capacidad sobre su valor nominal a temperatura ambiente por cada grado de temperatura. 

En los condensadores ELECTROLITICOS, debido al proceso químico de formación del dieléctrico, habrá que considerar, además, que tienen POLARIDAD: el polo positivo del condensador debe ir conectado al positivo del circuito y, el negativo, al negativo del circuito. 

CODIGO DE COLORES EN LOS CONDENSADORES 

Al igual que ocurría con los resistores, algunos tipos de condensadores llevan su valor impreso en la envoltura (principalmente los electrolíticos y los cilíndricos), pero la mayoría utilizan un código de colores que, en lo que se refiere al valor de la capacidad (expresada en PICOFARADIOS, como ya se dijo) y a la tolerancia, sigue el mismo criterio que aquellos. Algunos condensadores de alta calidad llevan, además, otras franjas de color para expresar el COEFICIENTE DE TEMPERATURA y la TANGENTE DEL ANGULO DE PERDIDAS, según un determinado código.

 

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