Condensadores: Tipos, piezas y ejemplos

¿Qué son los condensadores?

Es posible que haya visto el tipo de dispositivo que se usa ampliamente en los circuitos electrónicos y uno de los componentes pasivos más fundamentales que utilizamos. La pieza o dispositivo eléctrico de dos terminales se llama condensador y se utiliza para almacenar energía eléctrica y tiene la habilidad o capacidad de almacenar energía de forma electrostática en un campo eléctrico. Consta de dos conductores, y estos conductores están muy cerca y aislados entre sí. Podemos decir que un capacitor es como una batería eléctrica completamente cargada solo que en lugar de producir electrones en una reacción química solo puede almacenar energía.

Los condensadores se utilizan ampliamente en diferentes aplicaciones como circuitos digitales para almacenar información en grandes memorias de computadoras. Durante la falla temporal de energía eléctrica, la energía eléctrica almacenada en el capacitor preserva la información. Algunos usos comunes son:

• Circuitos de giro de radio
• Circuitos de temporizador como relojes, alarmas y contadores.
• Utilizado para alta frecuencia como en antenas, rayos X y máquinas de resonancia magnética.
• Los supercondensadores se pueden utilizar para impulsar coches eléctricos e híbridos

Como sabemos, los condensadores son dispositivos de almacenamiento de energía y todos los condensadores constan de la misma estructura básica que son dos placas conductoras eléctricas separadas por una distancia. El espacio entre los condensadores podría ser simplemente un vacío, por lo que este condensador se conoce como condensador de vacío. Sin embargo, el espacio suele llenarse con un material aislante conocido como dieléctrico. El dieléctrico también se denomina aislante, mejora la capacidad de carga del condensador y puede polarizarse mediante la aplicación de un campo eléctrico.

Los condensadores se utilizan con frecuencia para bloquear la corriente continua (CC) y al mismo tiempo permitir el flujo de corriente alterna (CA). La función de un condensador se puede explicar como la capacidad de recolectar energía cuando la corriente fluye a través de un circuito eléctrico. Ambas placas tendrán cargas iguales y, a medida que la placa positiva acumula una carga, una carga igual fluye hacia la placa negativa. Cuando se apaga el circuito, un condensador utilizará la energía que ha recogido, con sólo una ligera fuga.

Algunas de las características generales más destacadas de todo tipo de condensadores son:

• Capacitancia nominal
• Tensión de trabajo
• Tolerancia
• Corriente de fuga
• Temperatura de trabajo
• Polarización
• Alta resistencia de aislamiento

Capacidad

La capacitancia es un factor que determina el efecto de un capacitor, que es la cantidad de almacenamiento en un capacitor. También puede conocerse como la capacidad de almacenar una carga eléctrica por unidad de voltaje, por lo que podemos decir que la capacitancia es la relación entre la carga eléctrica de cada uno de los dos conductores y la diferencia de potencial entre ellos. Las placas conductoras de un condensador tienen cargas Q, y la carga aplicada a las placas conductoras determinará el campo eléctrico entre las placas eléctricas y este campo eléctrico es proporcional a la diferencia de potencial V. Esto se puede mostrar como en la fórmula

{eq}C=\frac{Q}{V} {/eq}

donde C es capacitancia, Q es carga eléctrica y V es voltaje o diferencia de potencial.

Podemos reorganizar esta fórmula y encontrar la carga Q y el voltaje V como se ve en la fórmula

{eq}Q=CV {/eq}

{eq}V=\frac{Q}{C} {/eq}

La unidad de capacitancia del SI se llama faradio (F), donde un faradio es la cantidad de capacitancia cuando un culombio de carga se almacena con un voltio entre sus placas.

El valor de capacitancia que se encuentra en los condensadores más utilizados en electrónica se especifica en microfaradios (μF) y picofaradios (pF). Un microfaradio consta de una millonésima parte de un faradio y un picofaradio es una billonésima de faradio.

La capacitancia se puede aumentar cuando las placas están más juntas, usando placas más grandes que ofrecen más superficie o usando aislamiento, es decir, dieléctrico.

Piezas del condensador

Piense en un delicioso sándwich de helado, de manera similar, un capacitor tiene una composición de dos capas externas y una capa interna, las dos capas externas son las dos placas conductoras, la capa interna es un material aislante, un dieléctrico rodeado de aislamiento, y la Terminales externos que conectan las dos placas al circuito. El dieléctrico puede estar hecho de papel, caucho, cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire, y las placas conductoras pueden estar hechas de aluminio, plata o cualquier metal, y estas placas metálicas se colocan cerca unas de otras en paralelos, y en el medio está el dieléctrico que evita que se toquen.

En combinación en paralelo, el terminal positivo de la batería está conectado a la placa izquierda de cada capacitor mientras que el terminal negativo de la batería está conectado a la placa derecha de cada capacitor usando un cable conductor. La diferencia de potencial es la misma en todos los condensadores conectados a una batería, lo que significa que

{eq}V_{1}=V_{2}=V {/eq}

mientras que la carga será diferente debido a diferentes valores de capacitancia, por lo que la carga total Q se dividirá entre los diferentes capacitores, de modo que

{eq}Q=Q_{1}+Q_{2} {/eq}

O

{eq}Q=C_{1}V+C_{2}V {/eq}

{eq}\frac{Q}{V}=C_{1}+C_{2} {/eq}

Esta combinación paralela de condensadores se puede reemplazar por un condensador equivalente que tenga una capacitancia como

{eq}C_{eq}=C_{1}+C_{2} {/eq}

La capacitancia equivalente es siempre mayor que la capacitancia individual, en el caso de n capacitores en combinación en paralelo el Ceq ​​será

{eq}C_{eq}=C_{1}+C_{2}….+C_{n} {/eq}

En la combinación en serie, los condensadores se conectan uno al lado del otro, por ejemplo, la placa izquierda de un condensador se conecta a la placa derecha del siguiente condensador y así sucesivamente mediante un cable conductor.

La diferencia de potencial es diferente entre todos los condensadores conectados a la misma batería, lo que significa que

{eq}V_{1}+V_{2}=V {/eq}

mientras que la carga será la misma por lo que la carga total Q será

{eq}Q=Q_{1}=Q_{2} {/eq}

O

{eq}V=V_{1}+V_{2} {/eq}

{eq}V=\frac{Q}{C_{1}}+\frac{Q}{C_{2}} {/eq}

{eq}\frac{V}{Q}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}} {/eq}

Esta combinación en serie de capacitores se puede reemplazar por un capacitor equivalente que tenga una capacitancia como

{eq}\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}} {/eq}

La capacitancia equivalente es siempre mayor que la capacitancia individual, en el caso de n capacitores en combinación en serie el Ceq ​​será

{eq}\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+…..\frac{1}{ C_{n}} {/eq}

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Aplicaciones del condensador

Hay varios propósitos detrás del uso de condensadores:

• Los capacitores se pueden usar para almacenar energía eléctrica, como en una batería temporal donde su propósito principal es almacenar energía eléctrica cada vez que se conecta a un circuito eléctrico más adelante, incluso si el capacitor se desconecta del circuito eléctrico, todavía tiene esa energía y puede consumirla.. Los condensadores se utilizan comúnmente en dispositivos eléctricos para manipular el suministro de energía al mismo tiempo que se modifican las baterías. Por tanto, permite detener la pérdida de registros en la memoria volátil.
• El acondicionamiento de energía es otra aplicación importante de los capacitores. Puede dividir fácilmente dos tipos de señales para proporcionar un suministro limpio de energía, bloqueando la señal de CC y permitiendo que la señal de CA pase mientras se carga. Por lo tanto, los condensadores también se utilizan en dispositivos de audio de vehículos, mientras que un condensador de refuerzo cumple con la resistencia de la batería del motor del automóvil.
• Para generar señales de CA a partir de señales de CC, el condensador aquí se llama oscilador.
• Para medir la humedad del aire, los niveles de combustible y la tensión mecánica se utilizan condensadores como sensores.
• Para detectar señales o componentes eléctricos indeseables.

También se utilizan en miles de aplicaciones adicionales. De hecho, incluso los objetos ordinarios, incluido nuestro cuerpo, tienen capacitancia. Cuando caminas sobre una alfombra y acumulas una carga estática, ésta se almacena en la capacitancia de tu cuerpo.

Tipos de condensadores

Existe una amplia gama de diversas formas de condensadores disponibles, es decir, diferentes en formas y tamaños, y cada uno tiene su conjunto de características y aplicaciones.

Hay dos tipos principales de condensadores:

1) Condensadores fijos:

Como su nombre indica, los condensadores fijos son aquellos que tienen valores de capacitancia fijos cuyo valor no se puede modificar. En un condensador fijo, las placas conductoras no son ajustables, lo que almacena una cantidad fija de carga eléctrica. Los condensadores fijos también se dividen en dos tipos: condensadores polares y condensadores no polares.

• Condensadores polares: las formas de condensadores cuyos electrodos tienen polaridad positiva y negativa se denominan condensadores polares o condensadores polarizados. En los condensadores polarizados, el terminal positivo está conectado al suministro positivo y el terminal negativo al suministro negativo. Estos tipos de condensadores se utilizan con mayor eficacia en aplicaciones de CC.
• Condensadores no polares: las formas de condensadores cuyos electrodos no tienen polaridad fija se denominan condensadores no polares o condensadores no polarizados. Se pueden utilizar de ambas maneras en un circuito. Debido a sus terminales no polarizados, se pueden utilizar en circuitos de CC además de en circuitos de CA.

2) Condensadores variables:

Como su nombre indica, los condensadores variables son aquellos cuya capacitancia se puede modificar tanto eléctrica como mecánicamente. En lugar de tener valores de capacitancia fijos, ofrecen una variedad de valores. Se han utilizado para sintonizar circuitos LC para un receptor de radio y hacer coincidir la impedancia en antenas. Según el mecanismo de funcionamiento, los condensadores variables se dividen en varios tipos:

• Condensadores mecánicos
• Condensadores electrónicos

Ejemplos de condensadores

Si una computadora se queda sin energía, no podrá apagarse de manera segura. Pero se puede utilizar una red de condensadores para proporcionar tiempo suficiente para guardar archivos críticos y limitar el daño causado por un corte de energía. Los condensadores se cargan automáticamente cuando se enciende la computadora. Si la computadora pierde energía, los capacitores se descargan automáticamente a través del circuito, lo que brinda un breve período de tiempo para que la computadora pueda guardar archivos críticos, etc.

Condensador fijo

De la definición anterior sabemos que en un condensador fijo las placas conductoras no son ajustables, lo que significa que almacena una cantidad fija de carga eléctrica. Los condensadores fijos pueden ser polarizados y no polarizados.

Según el material dieléctrico utilizado en los condensadores fijos, las distintas variedades de condensadores fijos son:

1) Condensador electrolítico

Los condensadores electrolíticos se utilizan normalmente cuando se requieren valores de capacitancia grandes. El dieléctrico utilizado es una fina capa de óxido. Esta capa aislante es tan delgada que es factible fabricar condensadores con un valor de capacitancia enorme para un tamaño físico pequeño, ya que hay una distancia muy pequeña entre las placas. Estos son capacitores polarizados, lo que significa que la polaridad del voltaje de CC aplicado al capacitor debe ser correcta, como un terminal positivo con el suministro positivo y un terminal negativo con el suministro negativo; de lo contrario, cualquier conexión incorrecta destruirá la capa de óxido aislante que puede resultar en daños permanentes. En todos los condensadores electrolíticos polarizados está marcado un signo negativo para indicar el terminal negativo. Por lo general, se utilizan en circuitos eléctricos de CC debido a su gran capacitancia y pequeña longitud para ayudar a reducir el voltaje de ondulación o para aplicaciones de acoplamiento y desacoplamiento. Los electrolíticos suelen estar disponibles en formas simples, condensadores electrolíticos de aluminio y condensadores electrolíticos de tantalio.

2) Condensador de mica

El tipo de condensador que se utiliza cuando cambia la capacitancia baja y se requiere una precisión muy excesiva se llama condensadores de mica. El dieléctrico aplicado en el condensador de mica es mica, que es un mineral de silicato que se encuentra en granitos y diferentes rocas. Este dieléctrico se opone al flujo de corriente eléctrica o cargas eléctricas. A menudo se utiliza como aislante eléctrico en aplicaciones eléctricas. El condensador de mica, como su nombre indica, es un condensador no polar que puede funcionar con éxito a frecuencias excesivas. Los condensadores de mica son condensadores estables, confiables y de excesiva precisión. Estos condensadores están disponibles desde voltajes bajos hasta voltajes inmoderados. normalmente se implementan en circuitos de acoplamiento, LÁSER y filtros espaciales.

3) Condensador de papel

Uno de los tipos de condensadores que se utilizan para almacenar energía en forma de campo eléctrico se conoce como condensador de papel. Los condensadores de papel pueden proporcionar alto voltaje y alta corriente cuando sea necesario. El material dieléctrico utilizado en los condensadores de papel es papel que se utiliza para almacenar una carga eléctrica. Ese papel puede ser una lámina de aluminio o una lámina de papel. Los condensadores de papel no están polarizados y ofrecen altas corrientes de fuga. Estos se utilizan en sistemas de audio para automóviles para proporcionar energía adicional a amplificadores, sensores o sistemas de procesamiento de señales, como parlantes, receptores de radio y DRAM (memoria dinámica de acceso aleatorio).

4) Condensador de plástico

Esta forma de condensador se utiliza en circuitos donde se necesitan bajas pérdidas y una resistencia de aislamiento excesiva. Los condensadores de plástico también se conocen como condensadores de película. El material dieléctrico utilizado es una película plástica y los electrodos utilizan aluminio o zinc para almacenar carga eléctrica. Este condensador no está polarizado, lo que los hace apropiados para señales de CA y uso de energía. Este condensador ofrece varias ventajas, que incluyen una vida útil casi ilimitada, la capacidad de hacer frente a sobretensiones sin sufrir daños y una baja autoinductancia.

5) Condensador cerámico

Este tipo de condensador se utiliza cuando se requiere un tamaño físico pequeño y un gran almacenamiento de carga. El condensador cerámico es un condensador no polar en el que el dieléctrico utilizado es un material cerámico. Consiste en cerámica que puede ser paraeléctrica o ferroeléctrica dentro de dos capas de metal que suelen ser níquel y cobre. La fuerza del dieléctrico especifica la tensión nominal del condensador. Los condensadores cerámicos son los condensadores más utilizados en circuitos electrónicos junto con el filtrado de control de volumen automático, el circuito resonante, el acoplamiento de antena y los balastos de iluminación.

Símbolo de condensador fijo

Como sabemos, los condensadores fijos pueden estar polarizados y no polarizados, por lo que se utilizan diferentes símbolos para representar los condensadores polarizados y los condensadores no polarizados.

En la Figura 1, la imagen con una placa curva representa un condensador polarizado. El cátodo (negativo) del condensador está representado por la placa curva y la placa alternativa es el ánodo (positivo). A veces, en el lado positivo también se añade un signo más.

condensador variable

Como su nombre indica, los condensadores variables son aquellos cuya capacitancia se puede modificar tanto eléctrica como mecánicamente. En lugar de tener valores de capacitancia fijos, ofrecen una variedad de valores. Se han utilizado para sintonizar circuitos LC para un receptor de radio y hacer coincidir la impedancia en antenas.

Según el mecanismo de funcionamiento, los condensadores variables se dividen en varios tipos:

1) Controlado mecánicamente

El tipo de condensador en el que se puede modificar el espacio entre las placas, o la cantidad de superficie de la placa que se superpone, se conoce como condensadores variables controlados mecánicamente. Estos capacitores tienen una perilla que además está conectada a un conjunto de placas, la ventaja de esto es que cuando sea necesario, la capacitancia del capacitor se puede alterar fácilmente. Estos son confiables a la vez que mecánicos ya que no son demasiado complicados.

Las formas especiales de condensadores mecánicamente variables son:

• Varias secciones:

Varias secciones del estator están espalda con espalda en el mismo eje, lo que permite sintonizar múltiples circuitos sintonizados con el mismo controlador. Por ejemplo, en el circuito receptor el oscilador correspondiente. La capacitancia de esas secciones puede ser igual o diferente.

• Condensadores de mariposa:

El tipo de capacitor tiene la forma de un capacitor rotatorio variable con unidades independientes de placas de estator opuestas entre sí, y un rotor en forma de mariposa organizado de manera que al girar el rotor se variarán las capacitancias entre el rotor y cada estator, también llamados capacitores de mariposa. Estos se utilizan en circuitos sintonizados simétricos, por ejemplo, niveles de amplificador de potencia de RF en configuración push-pull. En un condensador de mariposa, los estatores y cada mitad del rotor solo pueden cubrir la perspectiva máxima de 90 grados, un giro de solo 90 grados cubre todo el rango de capacitancia.

• Estator dividido:

El condensador variable de estator dividido consta de dos paquetes de electrodos de rotor separados, dispuestos axialmente uno detrás del otro y, por lo tanto, no tiene limitación de ángulo de 90 grados. A diferencia de los condensadores de mariposa, un condensador de estator dividido tiene placas de rotor montadas en lados opuestos. El eje del rotor, mientras que el condensador del estator dividido se beneficia de electrodos más grandes y un ángulo de rotación de hasta 180 grados. En comparación con el condensador de mariposa, la separación de las placas del rotor introduce algunas pérdidas de RF. La corriente debe fluir a través del eje del rotor y no directamente a través de cada pala del rotor.

• Condensadores variables diferenciales:

Consta de dos estatores independientes. Para mantener la capacitancia estator a estator constante, la capacidad de una sección aumentará mientras que la de la otra sección disminuirá. Por lo tanto, los condensadores variables diferenciales se pueden utilizar en circuitos potenciométricos capacitivos.

2) Capacitancia controlada electrónicamente:

Estos incluyen capacitancia sintonizada por voltaje y capacitancia sintonizada digitalmente.

• Capacitancia sintonizada por voltaje:

En Capacitancia sintonizada por voltaje, la capacitancia de los capacitores se puede cambiar aplicando un voltaje de CC al diodo. Las aplicaciones de estos condensadores incluyen multímetro, resistencia y corriente. DC (corriente continua) es el tipo de corriente suministrada por una batería. Como la capacitancia se vería afectada por el cambio en el voltaje de la señal, su uso se limita a amplitudes de señal bajas para evitar una distorsión obvia, lo que impide su uso en el extremo frontal de receptores de comunicaciones de RF de alta calidad, donde agregarían niveles más altos. Los dispositivos BST se basan en titanita de bario y estroncio y varían la capacitancia aplicando alto voltaje al dispositivo.

• Capacitancia sintonizada digitalmente:

Un condensador sintonizado digitalmente es un condensador variable de circuito integrado basado en diversas tecnologías. Los dispositivos de sistemas microelectromecánicos están disponibles a través de una variedad de proveedores y varían en rango de capacitancia, factor de calidad y resolución para diferentes aplicaciones de sintonización de RF. Tienen el factor de calidad más alto, lo que los hace adecuados para la sintonización de apertura de antena, adaptación de impedancia dinámica, filtros sintonizables y adaptación de carga de amplificadores de potencia.

3) Transductores:

El transductor es un tipo de dispositivo que se utiliza para convertir energía de una forma a otra. De vez en cuando se utiliza capacitancia variable para convertir fenómenos físicos en señales eléctricas. Estas señales eléctricas sin control de errores de fricción, amplificación y atenuación son simples y requieren poca energía para funcionar. Las señales eléctricas se transmiten y procesan fácilmente para su medición. Algunos tipos de sensores industriales utilizan un elemento condensador para almacenar cantidades físicas, como la humedad relativa, para convertirlas en una señal eléctrica con fines de medición. También se pueden utilizar sensores capacitivos en lugar de interruptores, por ejemplo, en teclados de ordenador para ascensores que no tienen partes móviles por el usuario.

Símbolo de condensador variable

El símbolo utilizado para representar el condensador variable es simple. Consta de una flecha encima para indicar que es una variable.

¿De qué están hechos los condensadores?

En su forma principal, un condensador incluye dos o más placas conductoras paralelas que no están relacionadas ni se tocan, pero que están separadas eléctricamente por aire o cualquier buen material aislante, como papel encerado, mica, etc. Cerámica, plástico o alguna forma de gel líquido. Los condensadores están hechos de diversos tipos de dieléctricos. El dieléctrico utilizado en los condensadores electrolíticos es una fina capa de óxido metálico. El material dieléctrico utilizado en los condensadores de papel es el papel, que se utiliza para almacenar una carga eléctrica. Este papel puede ser una lámina de aluminio o una hoja de papel. El material dieléctrico utilizado en el condensador de plástico es una película de plástico, y se utiliza aluminio o zinc en los electrodos (terminales) para almacenar carga eléctrica, mientras que el dieléctrico utilizado en los condensadores cerámicos es un material cerámico. Está fabricado de cerámica, que puede ser paraeléctrica o ferroeléctrica, dentro de dos capas de metal, normalmente de níquel y cobre. Los tipos comerciales de condensadores consisten en láminas metálicas entrelazadas con láminas delgadas de papel impregnado de parafina o Mylar como material dieléctrico. Algunos condensadores parecen tubos porque las láminas de metal se enrollan formando un cilindro para formar un pequeño paquete con el material dieléctrico aislante en el medio. El material cerámico se utiliza a menudo para construir pequeños condensadores y luego se sumergen en epoxi para sellarlos.

Resumen de la lección

Podemos decir que un capacitor es como una batería eléctrica completamente cargada solo que en lugar de producir electrones en una reacción química solo puede almacenar energía. El dieléctrico también se denomina aislante, mejora la capacidad de carga del condensador y puede polarizarse mediante la aplicación de un campo eléctrico. La función de un condensador se puede explicar como la capacidad de recolectar energía cuando la corriente fluye a través de un circuito eléctrico. Cuando se apaga el circuito, un condensador utilizará la energía que ha recogido, con sólo una ligera fuga. La capacidad de un componente para almacenar una carga eléctrica por unidad de voltaje se conoce como capacitancia. La unidad de capacitancia del SI es Farad (F), donde un faradio es la cantidad de capacitancia cuando un culombio de carga se almacena con un voltio a través de sus placas. Un condensador tiene dos placas conductoras exteriores, una capa interior de material dieléctrico y terminales externos que conectan las dos placas al circuito. Estas placas de metal se pueden colocar una cerca de la otra en combinación paralela o una al lado de la otra en combinación en serie. En combinación en paralelo, el terminal positivo de la batería está conectado a la placa izquierda de cada capacitor mientras que el terminal negativo de la batería está conectado a la placa derecha de cada capacitor usando un cable conductor. En la combinación en serie, los condensadores se conectan uno al lado del otro, por ejemplo, la placa izquierda de un condensador se conecta a la placa derecha del siguiente condensador y así sucesivamente mediante un cable conductor. La capacitancia equivalente es siempre mayor que la capacitancia individual. En nuestra vida diaria, los condensadores se utilizan comúnmente en dispositivos eléctricos para manipular el suministro de energía al mismo tiempo que se modifican las baterías.

Los condensadores fijos y variables son dos tipos principales de condensadores. Los capacitores fijos tienen valores de capacitancia fijos que no se pueden cambiar y, además, se dividen en dos tipos: capacitores polares que son capacitores electrolíticos y capacitores no polares que son capacitores cerámicos, capacitores de mica, capacitores de papel y capacitores de plástico. Los condensadores variables tienen una capacitancia que se puede cambiar tanto eléctrica como mecánicamente. La capacitancia controlada mecánicamente de condensadores variables incluye secciones múltiples, mariposa, estator dividido y diferencial. La capacitancia controlada electrónicamente de capacitores variables incluye capacitancia sintonizada por voltaje y capacitancia sintonizada digitalmente. Los transductores convierten la energía de una forma a otra. La capacitancia variable se utiliza para convertir fenómenos físicos en señales eléctricas. Estas señales eléctricas sin control de errores de fricción, amplificación y atenuación son simples y requieren poca energía para funcionar.