Condensadores simplificados al estilo La-Tecnologia

Nov 03, 2023

Si construye circuitos electrónicos con regularidad, es probable que haya utilizado condensadores muchas veces. Son un componente estándar junto con la resistencia cuyos valores se sacan del estante sin pensarlo dos veces. Los utilizamos para suavizar y desacoplar el suministro de energía, bloquear CC, circuitos de temporización y muchas más aplicaciones.

Es mejor comenzar con lo básico y describir la capacitancia desde los primeros principios antes de mirar los capacitores reales. Un condensador ideal consta de dos placas conductoras separadas por un dieléctrico no conductor. La carga puede acumularse en las placas, pero no puede fluir entre ellas debido a la naturaleza aislante del dieléctrico. Por tanto, el condensador puede almacenar la carga.

La capacitancia se mide en faradios: un capacitor de un faradio mantiene un voltaje de un voltio cuando contiene un culombio de carga. Un faradio es como tantas unidades del SI, con un tamaño bastante poco práctico, por lo que fuera del estrecho ámbito de los supercondensadores, que están fuera del alcance de este artículo, es más probable que encuentre micro, nano o picofaradios. Puede derivar la capacitancia de cualquier capacitor determinado a partir de sus dimensiones y las propiedades de su dieléctrico usando una fórmula que probablemente valga la pena enviarle a Wikipedia si está interesado. No es necesario que lo memorices a menos que estés estudiando para un examen de física de la escuela secundaria, pero oculta un punto importante que debes aprender. La capacitancia es proporcional a la constante dieléctrica εr del dieléctrico que se utiliza, lo que ha dado lugar a una amplia variedad de condensadores disponibles comercialmente que utilizan diferentes materiales dieléctricos para lograr rangos de capacitancia más altos o mejores características de manejo de voltaje.

Existe un inconveniente en el uso de materiales dieléctricos en un condensador; junto con las características deseables de un dieléctrico, vienen una serie de molestos efectos secundarios. Todos los condensadores del mundo real tienen resistencia e inductancia parásitas internas y, aunque son pequeños, a veces pueden tener un efecto en el funcionamiento del condensador. Las constantes dieléctricas pueden variar con la temperatura o el voltaje, la piezoelectricidad o el ruido. Los diferentes tipos de condensadores pueden tener modos de falla alarmantes o incluso ser increíblemente caros. Y así llegamos a la parte principal de este artículo, la sección en la que lo guiaremos a través de algunos de los tipos de capacitores que puede encontrar y le presentaremos sus diversas propiedades, tanto buenas como malas. No pretendemos cubrir todas las tecnologías de capacitores posibles, sin embargo, analizaremos las tecnologías de capacitores comunes y examinaremos cualquier subtipo que pueda encontrar.

Los prácticos condensadores electrolíticos tienen sus placas en forma de sándwich de papel de aluminio enrollado en un cilindro y alojados en una lata de aluminio. Tendrán una tensión de trabajo cotizada que depende de la profundidad de la capa anodizada.

Los condensadores electrolíticos tienen la capacitancia más alta de los tipos que encontrará en el uso normal, desde alrededor de 0,1 hasta muchos miles de µF. Debido a esa celda electroquímica fuertemente enrollada, tienen una inductancia en serie equivalente alta, por lo que no son adecuadas para su uso a altas frecuencias. Por lo general, los encontrará utilizados para suavizar y desacoplar la fuente de alimentación, así como para acoplar frecuencias de audio.

Los condensadores de tantalio están disponibles con valores que van desde aproximadamente 0,1 hasta varios cientos de µF. Tienen una resistencia a las fugas mucho menor y una resistencia en serie equivalente que sus homólogos de aluminio, por lo que los encontrará en pruebas y mediciones, audio de alta gama y en otras aplicaciones donde esas propiedades son ventajosas.

Los condensadores de tantalio tienen un modo de falla al que hay que prestar atención: tienen fama de incendiarse. El óxido de tantalio amorfo es un buen dieléctrico, mientras que la forma cristalina del óxido de tantalio es un buen conductor. El maltrato de un condensador de tantalio al aplicarle, por ejemplo, demasiada corriente de entrada puede provocar que el dieléctrico cambie de una forma a otra, provocando un enorme aumento de la corriente a través del condensador. Afortunadamente, no todas las noticias son malas: su reputación de incendios proviene de una generación mucho anterior de condensadores de tantalio, y las técnicas de fabricación mejoradas han generado un producto mucho más confiable.

polipropileno Los condensadores se utilizan en circuitos que requieren buena estabilidad de temperatura y frecuencia. También los encontrará utilizados en supresión de red eléctrica y otros circuitos de energía, en versiones especialmente clasificadas para uso de CA de alto voltaje.

Poliéster Los condensadores no poseen las características de temperatura y frecuencia del polipropileno, sin embargo, son baratos y pueden soportar las elevadas temperaturas de la soldadura SMD. Por lo tanto, los encontrará utilizados como condensadores de uso general en aplicaciones no críticas.

naftalato de polietilenoUna vez más, los condensadores no tienen características estables de temperatura y frecuencia, pero pueden soportar temperaturas y voltajes mucho más altos que el poliéster.

Sulfuro de polifenilenoLos condensadores poseen toda la estabilidad de temperatura y frecuencia del polipropileno con la ventaja de poder soportar altas temperaturas.

También puedes encontrartepolicarbonatoypoliestirenocondensadores en equipos más antiguos; sin embargo, estos dos dieléctricos no se usan comúnmente en la actualidad.

Cuando se analizan condensadores cerámicos, es mejor considerarlos por el dieléctrico cerámico utilizado, ya que de ahí derivan sus propiedades. Los dieléctricos cerámicos se clasifican con un código de tres letras que indica su rango de temperatura y estabilidad de temperatura, y es mediante estos códigos que nos referiremos aquí a los más comunes.

c0g Los dieléctricos tienen la mejor estabilidad de capacitancia con respecto a la temperatura, la frecuencia y el voltaje. Encontrará condensadores C0G utilizados en circuitos resonantes de alta frecuencia y otros circuitos de alto rendimiento.

X7R Los dieléctricos no comparten las características de temperatura o voltaje de C0G y, por lo tanto, se utilizan en aplicaciones menos críticas. Por lo general, los encontrará utilizados para aplicaciones de desacoplamiento y de propósito general.

Y5V Los dieléctricos dan una capacitancia mucho mayor que X7R, pero con peores características de temperatura y un voltaje máximo más bajo. Al igual que X7R, los encontrará en circuitos de uso general y de desacoplamiento.

Dado que las cerámicas también suelen ser piezoeléctricas, algunos condensadores cerámicos también presentan microfonía. Si trabaja con altos voltajes y frecuencias audibles, por ejemplo en el mundo de los amplificadores de válvulas o la electrostática, es posible que a veces pueda escuchar este efecto en acción, ya que un condensador puede "cantar". Si utiliza un condensador piezoeléctrico para proporcionar estabilidad de frecuencia, es posible que descubra que está modulado por la vibración de su entorno.

Como dijimos anteriormente, este artículo no intenta cubrir todas las tecnologías de capacitores. Un vistazo rápido a un catálogo de suministros electrónicos le mostrará varias tecnologías que no se mencionan aquí, y hay muchas otras que están obsoletas o cuyo nicho es tan pequeño que rara vez las verá. En cambio, lo que esperamos haber logrado es haber desmitificado algunos de los tipos comunes que puede ver y ayudarlo en su selección cuando produzca sus propios diseños. Si hemos despertado su apetito por más resúmenes de componentes, tal vez podamos llamar su atención sobre nuestro artículo sobre inductores.