Un capacitor eléctrico es uno de los elementos del circuito eléctrico de cualquier dispositivo electrónico, cuya función principal es almacenar energía para luego devolverla al circuito. La industria ofrece una amplia variedad de condensadores, que difieren en tipos, capacidades, tamaños y aplicaciones.
Contenido
El principio de funcionamiento y características de los condensadores.
El dispositivo del condensador consta de dos placas de metal-placas separadas por una fina capa de dieléctrico. La relación entre los tamaños y la disposición de las placas y la característica del material dieléctrico determina el índice de capacitancia.
El desarrollo del diseño de cualquier tipo de capacitor está orientado a obtener la máxima capacitancia en base a las mínimas dimensiones para ahorrar espacio en la placa de circuito impreso del dispositivo. Una de las formas más populares en apariencia es la forma de un barril, dentro del cual se tuercen placas de metal con un dieléctrico entre ellas.El primer condensador, inventado en la ciudad de Leiden (Países Bajos) en 1745, se denominó "tarro de Leiden".
El principio de funcionamiento del componente es la capacidad de carga y descarga. La carga es posible debido a la presencia de las placas a una pequeña distancia entre sí. Las cargas cercanas, separadas por un dieléctrico, se atraen entre sí y permanecen en las placas, y el capacitor mismo almacena energía. Después de desconectar la fuente de alimentación, el componente está listo para el retorno de energía en el circuito, la descarga.
Parámetros y propiedades que determinan el rendimiento, la calidad y la durabilidad del trabajo:
- capacidad eléctrica;
- capacidad específica;
- desviación permitida;
- fuerza eléctrica;
- propia inductancia;
- absorción dieléctrica;
- pérdidas;
- estabilidad;
- fiabilidad.
La capacidad de almacenar carga determina la capacitancia de un capacitor. Al calcular la capacidad, necesita saber:
- área de cobertura;
- distancia entre placas;
- constante dieléctrica del material dieléctrico.
Para aumentar la capacitancia, es necesario aumentar el área de las placas, reducir la distancia entre ellas y utilizar un dieléctrico cuyo material tenga una constante dieléctrica alta.
Farad (F) se usa para denotar capacitancia, una unidad de medida que recibió su nombre en honor al físico inglés Michael Faraday. Sin embargo, 1 Farad es demasiado grande. Por ejemplo, la capacidad de nuestro planeta es inferior a 1 faradio. En radioelectrónica se utilizan valores más pequeños: microfaradio (µF, una millonésima de faradio) y picofaradio (pF, una millonésima de microfaradio).
La capacitancia específica se calcula a partir de la relación entre la capacitancia y la masa (volumen) del dieléctrico.Este indicador está influenciado por las dimensiones geométricas y se logra un aumento en la capacitancia específica al reducir el volumen del dieléctrico, pero esto aumenta el riesgo de ruptura.
La desviación permisible del valor de pasaporte de la capacidad del valor real determina la clase de precisión. Según GOST, existen 5 clases de precisión que determinan el uso futuro. Los componentes de la clase de precisión más alta se utilizan en circuitos de alta responsabilidad.
La rigidez dieléctrica determina la capacidad de mantener una carga y mantener las propiedades de trabajo. Las cargas que quedan en las placas tienden entre sí, actuando sobre el dieléctrico. La fuerza eléctrica es una propiedad importante de un condensador, que determina la duración de su uso. En el caso de una operación incorrecta, se producirá una ruptura del dieléctrico y el componente fallará.
La autoinducción se tiene en cuenta en los circuitos de CA con inductores. Para circuitos DC, no se tiene en cuenta.
Absorción dieléctrica: la aparición de voltaje en las placas durante una descarga rápida. El fenómeno de absorción se tiene en cuenta para el funcionamiento seguro de los dispositivos eléctricos de alta tensión, ya que en caso de cortocircuito, existe peligro de muerte.
Las pérdidas se deben a la baja transmisión de corriente del dieléctrico. Cuando se operan componentes de dispositivos electrónicos en diferentes condiciones de temperatura y humedad, el factor de calidad de las pérdidas influye. También se ve afectado por la frecuencia de operación. A bajas frecuencias, las pérdidas en el efecto dieléctrico, a altas frecuencias, en el metal.
La estabilidad es un parámetro del condensador que también se ve afectado por la temperatura ambiente.Sus efectos se dividen en reversibles, caracterizados por un coeficiente de temperatura, e irreversibles, caracterizados por un coeficiente de inestabilidad de temperatura.
La fiabilidad del condensador depende principalmente de las condiciones de funcionamiento. El análisis de averías sugiere que en el 80% de los casos la avería es la causa de la falla.
Según el propósito, el tipo y el campo de aplicación, los tamaños de los condensadores también difieren. Los más pequeños y más pequeños, que varían en tamaño desde unos pocos milímetros hasta varios centímetros, se utilizan en electrónica, mientras que los más grandes se utilizan en la industria.
Objetivo
La propiedad de almacenar y liberar energía ha determinado el uso generalizado de condensadores en la electrónica moderna. Junto con las resistencias y los transistores, son la base de la ingeniería eléctrica. No hay un solo dispositivo moderno en el que no se utilicen de alguna manera.
Su capacidad de carga y descarga, junto con una inductancia que tiene las mismas propiedades, se utiliza activamente en la tecnología de radio y televisión. Un circuito oscilatorio de un capacitor e inductancia es la base para transmitir y recibir señales. Cambiar la capacitancia del capacitor le permite cambiar la frecuencia del circuito oscilatorio. Por ejemplo, las estaciones de radio pueden transmitir en sus propias frecuencias y las radios pueden conectarse a esas frecuencias.
Una función importante es suavizar las ondas de CA. Cualquier dispositivo electrónico alimentado por corriente alterna necesita condensadores eléctricos filtrantes para producir una corriente continua de buena calidad.
El mecanismo de carga y descarga se utiliza activamente en equipos fotográficos.Todas las cámaras modernas usan un flash para disparar, lo cual se logra debido a la propiedad de descarga rápida. En esta área, no es rentable usar baterías que pueden almacenar bien la energía, pero que la liberan lentamente. Y los condensadores, por el contrario, liberan instantáneamente toda la energía almacenada, que es suficiente para un destello brillante.
La capacidad de generar pulsos de alta potencia mediante condensadores se utiliza en radares y en la creación de láseres.
Los condensadores desempeñan el papel de contactos de extinción de chispas en telegrafía y telefonía, así como en telemecánica y automatización, donde es necesaria la conmutación de relés altamente cargados.
La regulación de voltaje de líneas eléctricas largas se realiza mediante el uso de tanques de compensación.
Los condensadores modernos, debido a sus capacidades, se utilizan no solo en el campo de la radioelectrónica. Se utilizan en la metalurgia, la minería, la industria del carbón.
Variedades principales
Debido a la variedad de aplicaciones y condiciones de funcionamiento de los dispositivos electrónicos, existe una gran variedad de componentes que difieren en tipos y características. La división principal es por clase y por el tipo de dieléctrico utilizado.
Tipos de condensadores, divididos por clase:
- con capacidad constante;
- con capacidad variable;
- Afinación.
Los componentes de capacitancia constante se utilizan en todos los dispositivos electrónicos.
Para cambiar la capacitancia y los parámetros del circuito, por ejemplo, la frecuencia en los circuitos oscilatorios, se utilizan capacitores con capacitancia variable.En su dispositivo cuentan con varios tramos de placas metálicas móviles, lo que asegura la durabilidad de su trabajo.
Los condensadores de ajuste se utilizan para el ajuste único del equipo. Están disponibles en varias clasificaciones de capacitancia (desde unos pocos picofaradios hasta varios cientos de picofaradios) y están clasificados para voltajes de hasta 60 voltios. Sin su uso, es imposible poner a punto el equipo.
Tipos de condensadores, divididos por el tipo de dieléctrico:
- con dieléctrico cerámico;
- con película dieléctrica;
- electrolítico;
- ionizadores
Los cerámicos están hechos en forma de una pequeña placa de material cerámico, sobre la cual se rocían cables metálicos. Dichos capacitores tienen diferentes propiedades y se usan tanto para circuitos de alto voltaje como de bajo voltaje.
Para circuitos de baja tensión, se utilizan con mayor frecuencia componentes multicapa de tamaño pequeño en resina epoxi o cajas de plástico con una capacidad de decenas de picofaradios a unidades de microfaradios. Se utilizan en circuitos de alta frecuencia de equipos radioelectrónicos y pueden operar en condiciones climáticas severas.
Para circuitos de alto voltaje, se fabrican condensadores cerámicos más grandes con capacidades desde decenas de picofaradios hasta miles de picofaradios. Se utilizan en circuitos de impulso y equipos de conversión de tensión.
La película dieléctrica es de diferentes tipos. El más común de ellos es lavsan, que tiene una alta resistencia. Menos común es el polipropileno dieléctrico, que tiene menores pérdidas y se utiliza en circuitos de alta tensión, como circuitos de amplificación de sonido y circuitos de media frecuencia.
Se está arrancando un tipo separado de condensadores de película, que se utilizan en el momento de arrancar los motores y, debido a su alta capacitancia y material dieléctrico especial, reducen la carga en el motor eléctrico. Se caracterizan por una alta tensión de funcionamiento y potencia eléctrica reactiva.
Los condensadores electrolíticos están hechos en un diseño clásico. El cuerpo está hecho de aluminio, en el interior hay placas de metal laminado. El óxido de metal se deposita químicamente en una placa y un electrolito líquido o sólido se deposita en la segunda, formando un dieléctrico. Gracias a un dispositivo de este tipo, los condensadores electrolíticos tienen una gran capacidad, pero la peculiaridad de su uso a lo largo del tiempo es su cambio.
A diferencia de los condensadores cerámicos y de película, los condensadores electrolíticos tienen polaridad. Ellos, a su vez, se dividen en no polares, sin este inconveniente, radiales, en miniatura, axiales. El alcance de su aplicación es la computadora tradicional y la tecnología moderna de microcomputadoras.
Un tipo especial que ha aparecido relativamente recientemente son los ionistores. En su diseño, son similares a los condensadores electrolíticos, pero se distinguen por una gran capacidad (hasta unidades de Farad). Sin embargo, su uso está limitado a una pequeña tensión máxima de unos pocos voltios. Los supercondensadores se utilizan para almacenar memoria: si se agota la batería de un teléfono móvil o de una computadora en miniatura, la información almacenada no se perderá irremediablemente.
Además de los componentes en la versión de salida, que aparecieron hace mucho tiempo y que se usaban tradicionalmente, los componentes modernos se producen en la versión SMD o, como también se le llama, para montaje en superficie. Por ejemplo, la cerámica se puede producir en varios tamaños de cajas, desde la más pequeña (1 mm por 0,5 mm) hasta la más grande (5,7 mm por 5 mm), y con voltajes correspondientes desde decenas de voltios hasta cientos.
Los condensadores electrolíticos también se pueden producir en paquetes de montaje en superficie. Estos pueden ser capacitores electrolíticos de aluminio estándar, o pueden ser capacitores de tantalio, que se parecen un poco a los de cerámica, pero se diferencian de ellos en una capacitancia más alta y pérdidas bajas. Pueden ser SMD anclados y no anclados.
Una característica de los capacitores de tantalio es una larga vida útil y pérdidas mínimas con un límite de capacitancia ligeramente más bajo, pero al mismo tiempo se distinguen por un alto precio. Se utilizan en circuitos de alta responsabilidad donde se requiere alta capacitancia.
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