Electrónica básica: condensadores
Un condensador es un componente pasivo que tiene la capacidad de almacenar la energía en forma de diferencia de potencial entre sus placas. Resiste un cambio brusco de voltaje. La carga se almacena en forma de diferencia de potencial entre dos placas, que se vuelven positivas y negativas dependiendo de la dirección de almacenamiento de la carga.
Una región no conductora está presente entre estas dos placas que se denomina como dielectric. Este dieléctrico puede ser vacío, aire, mica, papel, cerámica, aluminio, etc. El nombre del condensador viene dado por el dieléctrico utilizado.
Símbolo y unidades
Las unidades estándar de capacitancia son Faradios. Generalmente, los valores de los condensadores disponibles estarán en el orden de micro-faradios, pico-faradios y nano-faradios. El símbolo de un condensador se muestra a continuación.
La capacitancia de un capacitor es proporcional a la distancia entre las placas e inversamente proporcional al área de las placas. Además, cuanto mayor sea la permitividad de un material, mayor será la capacitancia. lospermittivityde un medio describe cuánto flujo eléctrico se genera por unidad de carga en ese medio. La siguiente imagen muestra algunos capacitores prácticos.
Cuando dos placas que tienen la misma área A e igual ancho se colocan paralelas entre sí con una separación de distancia d, y si se aplica algo de energía a las placas, entonces la capacitancia de ese capacitor de placas paralelas se puede denominar como
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
Dónde
C = Capacitancia de un condensador
$ \ varepsilon_ {0} $ = permitividad de espacio libre
$ \ varepsilon_ {r} $ = permitividad del medio dieléctrico
d = distancia entre las placas
A = área de las dos placas conductoras
Con algo de voltaje aplicado, la carga se deposita en las dos placas paralelas del capacitor. Esta deposición de carga ocurre lentamente y cuando el voltaje a través del capacitor es igual al voltaje aplicado, la carga se detiene, ya que el voltaje que entra es igual al voltaje que sale.
La tasa de carga depende del valor de capacitancia. Cuanto mayor sea el valor de la capacitancia, más lenta será la tasa de cambio de voltaje en las placas.
Funcionamiento de un condensador
Un condensador puede entenderse como un componente pasivo de dos terminales que almacena energía eléctrica. Esta energía eléctrica se almacena en un campo electrostático.
Inicialmente, las cargas negativa y positiva en dos placas del capacitor están en equilibrio. No hay tendencia a que un condensador se cargue o descargue. La carga negativa está formada por la acumulación de electrones, mientras que la carga positiva está formada por el agotamiento de los electrones. Como esto sucede sin ninguna carga externa dada, este estado eselectrostaticcondición. La siguiente figura muestra el condensador con cargas estáticas.
La acumulación y el agotamiento de electrones de acuerdo con los ciclos positivos y negativos variables del suministro de CA, se puede entender como "flujo de corriente". Esto se llama comoDisplacement Current. La dirección de este flujo de corriente sigue cambiando ya que es CA.
Carga de un condensador
Cuando se proporciona un voltaje externo, la carga eléctrica se convierte en carga electrostática. Esto sucede mientras se carga el condensador. El potencial positivo de la fuente atrae los electrones de la placa positiva del condensador, haciéndola más positiva. Mientras que el potencial negativo de la fuente, fuerza a los electrones a la placa negativa del condensador, haciéndola más negativa. La siguiente figura explica esto.
Durante este proceso de carga, los electrones se mueven a través del suministro de CC pero no a través del dielectric que es un insulator. Este desplazamiento es grande cuando el condensador comienza a cargarse pero se reduce a medida que se carga. El capacitor deja de cargarse cuando el voltaje a través del capacitor es igual al voltaje de suministro.
Veamos qué le sucede al dieléctrico cuando el condensador comienza a cargarse.
Comportamiento dieléctrico
A medida que las cargas se depositan en las placas del condensador, se forma un campo electrostático. La fuerza de este campo electrostático depende de la magnitud de la carga en la placa y la permitividad del material dieléctrico.Permittivity es la medida del dieléctrico si es hasta dónde permite que las líneas electrostáticas pasen a través de él.
El dieléctrico es en realidad un aislante. Tiene electrones en la órbita más externa de los átomos. Observemos cómo se ven afectados. Cuando no hay carga en las placas, los electrones en el dieléctrico se mueven en órbita circular. Esto es como se muestra en la siguiente figura.
Cuando tiene lugar la deposición de carga, los electrones tienden a moverse hacia la placa con carga positiva, pero siguen girando como se muestra en la figura.
Si la carga aumenta más, las órbitas se expanden más. Pero si aún aumenta, el dieléctricobreaks downcortocircuito del condensador. Ahora, con el condensador completamente cargado, está listo para descargarse. Es suficiente si les proporcionamos un camino para que viajen de la placa negativa a la positiva. Los electrones fluyen sin ningún suministro externo, ya que hay demasiados electrones en un lado y apenas electrones en el otro. Este desequilibrio es ajustado por eldischarge del condensador.
Además, cuando se encuentra una ruta de descarga, los átomos del material dieléctrico tienden a alcanzar su nivel normal. circular orbity por lo tanto fuerza a los electrones a descargarse. Este tipo de descarga permite a los condensadores entregar altas corrientes en un corto período de tiempo, como en el flash de una cámara.
Codificación de color
Para conocer el valor de un condensador, generalmente se etiqueta de la siguiente manera:
n35 = 0.35nF o 3n5 = 3.5nF o 35n = 35nF y así sucesivamente.
A veces, las marcas serán como 100K, lo que significa que k = 1000pF. Entonces el valor será 100 × 1000pF = 100nF.
Aunque estas marcas de números se utilizan hoy en día, hace mucho tiempo que se desarrolló un esquema de codificación de colores internacional para comprender los valores de los condensadores. Las indicaciones de codificación de colores son las que se indican a continuación.
| Color de la banda | Dígito A y B | Multiplicador | Tolerancia (t)> 10pf | Tolerancia (t) <10pf | Coeficiente de temperatura |
|---|---|---|---|---|---|
| Negro | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2.0pF | |
| marrón | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0,1 pF | -33 × 10 -6 |
| rojo | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25 pF | -75 × 10 -6 |
| naranja | 3 | × 1000 | ± 3% | -150 × 10 -6 | |
| Amarillo | 4 | × 10,000 | ± 4% | -220 × 10 -6 | |
| Verde | 5 | × 100.000 | ± 5% | ± 0,5 pF | -330 × 10 -6 |
| Azul | 6 | × 1,000000 | -470 × 10 -6 | ||
| Violeta | 7 | -750 × 10 -6 | |||
| gris | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
| Blanco | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1.0pF | |
| Oro | × 0,1 | ± 5% | |||
| Plata | × 0,01 | ± 10% |
Estas indicaciones se utilizaron para identificar el valor de los condensadores.
En estos condensadores de cinco bandas, las dos primeras bandas representan dígitos, la tercera indica multiplicador, la cuarta para tolerancia y la quinta representa voltaje. Veamos un ejemplo para comprender el proceso de codificación por colores.
Example 1 - Determine el valor de un condensador con un código de color amarillo, violeta, naranja, blanco y rojo.
Solution- El valor del amarillo es 4, el violeta es 7, el naranja es 3, que representa el multiplicador. El blanco es ± 10, que es el valor de tolerancia. El rojo representa el voltaje. Pero para conocer la tensión nominal, tenemos otra tabla, de la cual se debe conocer la banda particular a la que pertenece este capacitor.
Por lo tanto, el valor del condensador es 47nF, 10% 250v (voltaje para la banda V)
La siguiente tabla muestra cómo se determina el voltaje según las bandas a las que pertenecen los condensadores.
| Color de la banda | Clasificación de voltaje (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| Negro | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| marrón | 6 | 200 | 100 | 1,6 | |
| rojo | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| naranja | 15 | 400 | 40 | ||
| Amarillo | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| Verde | 25 | 600 | dieciséis | 15 | |
| Azul | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Violeta | 50 | 800 | |||
| gris | 900 | 25 | 25 | ||
| Blanco | 3 | 1000 | 2.5 | 3 | |
| Oro | 2000 | ||||
| Plata | |||||
Con la ayuda de esta tabla, se conoce la clasificación de voltaje para cada banda de condensadores según el color dado. El tipo de tensión nominal también indica el tipo de condensadores. Por ejemplo, los de TIPO J son condensadores de tantalio sumergidos, los de TIPO K son condensadores de mica, los de TIPO L son condensadores de poliestireno, los de TIPO M son condensadores de banda electrolítica 4 y los de TIPO N son condensadores de banda electrolítica 3. En estos días, la codificación de colores ha sido reemplazada por una simple impresión del valor de los condensadores como se mencionó anteriormente.
Reactancia capacitiva
Este es un término importante. La reactancia capacitiva es la oposición que ofrece un capacitor al flujo de corriente alterna, o simplemente corriente alterna. Un capacitor resiste el cambio en el flujo de corriente y, por lo tanto, muestra cierta oposición que se puede denominar comoreactance, ya que la frecuencia de la corriente de entrada también debe considerarse junto con la resistencia que ofrece.
Symbol: XC
En un circuito puramente capacitivo, la corriente IC leads la tensión aplicada en 90 °
Coeficiente de temperatura de los condensadores
El cambio máximo en Capacitancede un condensador, en un rango de temperatura especificado, se puede conocer por el coeficiente de temperatura de un condensador. Establece que cuando la temperatura excede cierto punto, el cambio de capacitancia de un capacitor que pudiera ocurrir se entiende como eltemperature coefficient of capacitors.
Todos los condensadores suelen fabricarse considerando una temperatura de referencia de 25 ° C. Por lo tanto, se considera el coeficiente de temperatura de los condensadores para los valores de temperaturas que están por encima y por debajo de este valor.