Eletrônica Básica - Capacitores
Um Capacitor é um componente passivo que tem a capacidade de armazenar a energia na forma de diferença de potencial entre suas placas. Ele resiste a uma mudança repentina de voltagem. A carga é armazenada na forma de diferença de potencial entre duas placas, que passam a ser positivas e negativas dependendo da direção do armazenamento da carga.
Uma região não condutora está presente entre essas duas placas que é chamada de dielectric. Este dielétrico pode ser vácuo, ar, mica, papel, cerâmica, alumínio etc. O nome do capacitor é dado pelo dielétrico utilizado.
Símbolo e unidades
As unidades padrão para capacitância são Farads. Geralmente, os valores dos capacitores disponíveis serão da ordem de micro-farads, pico-farads e nano-farads. O símbolo de um capacitor é mostrado abaixo.
A capacitância de um capacitor é proporcional à distância entre as placas e é inversamente proporcional à área das placas. Além disso, quanto maior for a permissividade de um material, maior será a capacitância. opermittivityde um meio descreve quanto fluxo elétrico está sendo gerado por unidade de carga nesse meio. A imagem a seguir mostra alguns capacitores práticos.
Quando duas placas com a mesma área A e largura igual são colocadas paralelas entre si com uma separação da distância d, e se alguma energia é aplicada às placas, a capacitância desse capacitor de placa paralela pode ser denominada como
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
Onde
C = Capacitância de um capacitor
$ \ varepsilon_ {0} $ = permissividade do espaço livre
$ \ varejpsilon_ {r} $ = permissividade do meio dielétrico
d = distância entre as placas
A = área das duas placas condutoras
Com alguma tensão aplicada, a carga se deposita nas duas placas paralelas do capacitor. Essa deposição de carga ocorre lentamente e quando a voltagem através do capacitor é igual à voltagem aplicada, o carregamento para, pois a voltagem que entra é igual à voltagem que sai.
A taxa de carregamento depende do valor da capacitância. Quanto maior o valor da capacitância, mais lenta é a taxa de variação da tensão nas placas.
Trabalho de um capacitor
Um capacitor pode ser entendido como um componente passivo de dois terminais que armazena energia elétrica. Esta energia elétrica é armazenada em campo eletrostático.
Inicialmente, as cargas negativas e positivas em duas placas do capacitor estão em equilíbrio. Não há tendência de um capacitor ser carregado ou descarregado. A carga negativa é formada pelo acúmulo de elétrons, enquanto a carga positiva é formada pelo esgotamento dos elétrons. Como isso acontece sem qualquer carga externa fornecida, este estado éelectrostaticdoença. A figura abaixo mostra o capacitor com cargas estáticas.
O acúmulo e o esgotamento de elétrons de acordo com os ciclos positivos e negativos variáveis do fornecimento de CA podem ser entendidos como “fluxo de corrente”. Isso é chamado deDisplacement Current. A direção deste fluxo de corrente continua mudando, pois é AC.
Carregamento de um capacitor
Quando uma tensão externa é fornecida, a carga elétrica é convertida em carga eletrostática. Isso acontece enquanto o capacitor está carregando. O potencial positivo da alimentação, atrai os elétrons da placa positiva do capacitor, tornando-a mais positiva. Enquanto o potencial negativo da alimentação, força os elétrons para a placa negativa do capacitor, tornando-a mais negativa. A figura abaixo explica isso.
Durante este processo de carregamento, os elétrons se movem através do fornecimento DC, mas não através do dielectric que é um insulator. Esse deslocamento é grande, quando o capacitor começa a carregar, mas diminui à medida que carrega. O capacitor para de carregar quando a tensão no capacitor é igual à tensão de alimentação.
Vamos ver o que acontece com o dielétrico quando o capacitor começa a carregar.
Comportamento dielétrico
Conforme as cargas se depositam nas placas do capacitor, um campo eletrostático é formado. A intensidade desse campo eletrostático depende da magnitude da carga na placa e da permissividade do material dielétrico.Permittivity é a medida do dielétrico se ele permite que as linhas eletrostáticas passem por ele.
O dielétrico é na verdade um isolante. Ele tem elétrons na órbita mais externa dos átomos. Vamos observar como eles são afetados. Quando não há carga nas placas, os elétrons no dielétrico se movem em órbita circular. Isso é mostrado na figura abaixo.
Quando ocorre a deposição de carga, os elétrons tendem a se mover em direção à placa carregada positiva, mas ainda assim continuam girando como mostrado na figura.
Se a carga aumenta ainda mais, as órbitas se expandem mais. Mas se ainda aumentar, o dielétricobreaks downencurtando o capacitor. Agora, com o capacitor totalmente carregado, ele está pronto para ser descarregado. É o suficiente se fornecermos um caminho para que eles viajem da placa negativa para a positiva. Os elétrons fluem sem nenhum suprimento externo, pois há muitos elétrons de um lado e quase nenhum elétron do outro. Este desequilíbrio é ajustado pelodischarge do capacitor.
Além disso, quando um caminho de descarga é encontrado, os átomos no material dielétrico tendem a voltar ao normal circular orbite, portanto, força os elétrons a serem descarregados. Esse tipo de descarga permite que os capacitores forneçam altas correntes em um curto período de tempo, assim como em um flash de câmera.
Codificação de Cores
Para saber o valor de um capacitor, ele geralmente é rotulado como abaixo -
n35 = 0,35nF ou 3n5 = 3,5nF ou 35n = 35nF e assim por diante.
Às vezes, as marcações serão como 100K, o que significa k = 1000pF. Então, o valor será 100 × 1000pF = 100nF.
Embora essas marcações numéricas estejam sendo usadas hoje em dia, um esquema de codificação de cores internacional foi desenvolvido há muito tempo para entender os valores dos capacitores. As indicações do código de cores são as fornecidas abaixo.
| Cor da banda | Dígito A e B | Multiplicador | Tolerância (t)> 10pf | Tolerância (t) <10pf | Coeficiente de temperatura |
|---|---|---|---|---|---|
| Preto | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2,0pF | |
| Castanho | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0,1pF | -33 × 10 -6 |
| Vermelho | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25pF | -75 × 10 -6 |
| laranja | 3 | × 1.000 | ± 3% | -150 × 10 -6 | |
| Amarelo | 4 | × 10.000 | ± 4% | -220 × 10 -6 | |
| Verde | 5 | × 100.000 | ± 5% | ± 0,5pF | -330 × 10 -6 |
| Azul | 6 | × 1.000000 | -470 × 10 -6 | ||
| Tolet | 7 | -750 × 10 -6 | |||
| cinzento | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
| Branco | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1,0pF | |
| Ouro | × 0,1 | ± 5% | |||
| Prata | × 0,01 | ± 10% |
Essas indicações foram utilizadas para identificar o valor dos capacitores.
Nestes capacitores de cinco bandas, as duas primeiras bandas representam dígitos, a terceira indica o multiplicador, a quarta representa a tolerância e a quinta representa a tensão. Vejamos um exemplo para entender o processo de codificação de cores.
Example 1 - Determine o valor de um capacitor com código de cores amarelo, violeta, laranja, branco e vermelho.
Solution- O valor de amarelo é 4, violeta é 7, laranja é 3 que representa o multiplicador. O branco é ± 10, que é o valor de tolerância. O vermelho representa a tensão. Mas para saber a tensão nominal, temos outra tabela, a partir da qual a banda particular a que este capacitor pertence, deve ser conhecida.
Portanto, o valor do capacitor é 47nF, 10% 250v (tensão para banda V)
A tabela a seguir mostra como a tensão é determinada dependendo das bandas às quais os capacitores pertencem.
| Cor da banda | Classificação de tensão (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| Preto | 4 | 100 | 10 | 10 | |
| Castanho | 6 | 200 | 100 | 1,6 | |
| Vermelho | 10 | 300 | 250 | 4 | 35 |
| laranja | 15 | 400 | 40 | ||
| Amarelo | 20 | 500 | 400 | 6,3 | 6 |
| Verde | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| Azul | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Tolet | 50 | 800 | |||
| cinzento | 900 | 25 | 25 | ||
| Branco | 3 | 1000 | 2,5 | 3 | |
| Ouro | 2000 | ||||
| Prata | |||||
Com a ajuda desta tabela, a tensão nominal para cada banda de capacitores é conhecida de acordo com a cor fornecida. O tipo de tensão nominal também indica o tipo de capacitores. Por exemplo, os do TIPO J são capacitores de tântalo mergulhados, os do TIPO K são capacitores de mica, os do TIPO L são capacitores de poliestireno, os do TIPO M são capacitores eletrolíticos de banda 4 e os do TIPO N são capacitores eletrolíticos de banda 3. Hoje em dia, o código de cores foi substituído pela simples impressão do valor dos capacitores, conforme mencionado anteriormente.
Reatância capacitiva
Este é um termo importante. Reatância capacitiva é a oposição oferecida por um capacitor ao fluxo de corrente alternada, ou simplesmente corrente alternada. Um capacitor resiste à mudança no fluxo de corrente e, portanto, mostra alguma oposição que pode ser denominada comoreactance, já que a frequência da corrente de entrada também deve ser considerada junto com a resistência que ela oferece.
Symbol: XC
Em um circuito puramente capacitivo, a corrente IC leads a tensão aplicada em 90 °
Coeficiente de temperatura dos capacitores
A mudança máxima em Capacitancede um capacitor, ao longo de uma faixa de temperatura especificada, pode ser conhecido pelo coeficiente de temperatura de um capacitor. Afirma que quando a temperatura ultrapassa determinado ponto, a mudança na capacitância de um capacitor que pode ocorrer é entendida comotemperature coefficient of capacitors.
Todos os capacitores são normalmente fabricados considerando uma temperatura de referência de 25 ° C. Portanto, o coeficiente de temperatura dos capacitores é considerado para os valores de temperaturas acima e abaixo desse valor.