Componentes Electrónicos
2. Capacitores o condensadores Los condensadores son componentes comunes de los circuitos electrónicos, utilizados casi con tanta frecuencia como las resistencias. Una diferencia básica entre los dos, es el hecho de que la “Resistencia” del condensador (llamada reactancia) depende de la frecuencia de la señal que se aplica al componente. La reactancia se indica como Xc se puede calcular utilizando la siguiente fórmula: Donde f representa la frequencia en Hz (Hertz – ciclos por segundo) y C representa la capacidad en Faradios. Por ejemplo, la reactancia de un capacitor capacitor de 5nF (nF ≡1 x 10-9 F), a f=125 KHz (K = 1000 Hz) es igual a:
Mientras que a f=1.25MHz, f=1.25MHz, es igual a:
Un capacitor tiene una reactancia infinita en corriente continua, porque f = 0; lo que significa que es igual a un circuito abierto y por él no circula corriente. Los condensadores se utilizan en los circuitos para muchos propósitos diferentes. Ellos son componentes comunes de: filtros, osciladores, fuentes de alimentación, amplificadores, etc. La característica básica de un condensador es su capacidad - cuanto mayor sea la capacidad, mayor es la cantidad de electricidad que puede almacenar. La capacidad se mide en faradios (F). Como un Faradio representa bastante alta capacidad, se utilizan comúnmente los valores más pequeños, como microfaradios (uF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF). (pF). Como recordatorio, las relaciones entre las unidades son:
6
9
12
1F = 10 µF = 10 nF = 10 pF,
Esto es, 1µF=1000nF y 1nF=1000pF. 1nF=1000pF. Es esencial esencial recordar esta notación, notación, ya que algunos valores se indican en distintas unidades, en diferentes circuitos. Por ejemplo, 1500pF es lo mismo que 1.5nF, o 100nF son 0.1µF. Se usa un sistema de notación simple para indicar los valores: Cuando se indica 120, el valor es 120 pF; si aparece 1n2, será 1,2 nF; para n22, tendremos 0,22 nF; mientras que .1µ (o .1u), el valor es 0,1 µF. Los condensadores vienen en diferentes formas formas y tamaños, t amaños, en función de su capacidad, voltaje de funcionamiento, tipo de aislamiento, coeficiente de temperatura y otros factores. Todos los condensadores pueden dividirse en dos grupos: los que tienen valores de capacidad variable y aquellos con valores de capacidad fija, estos son los siguientes que veremos.
2.1
Capacitores fijos
Los condensadores con valores fijos (llamados simplemente condensadores o capacitores) consisten en dos placas metálicas delgadas (estos se llaman "electrodos" o "placas"), separados por un delgado material aislante, como el plástico. El material más común para las "placas" es el aluminio, mientras que los materiales comunes usados como aislante, incluyen papel, cerámica, mica, distintos tipos de polímeros (plasticos) etc. que a veces dan nombre al condensador. Por ejemplo capacitors cerámicos; de polyester; entre muchos, Una serie de diferentes condensadores fijos se muestran en la foto de abajo. El símbolo de un condensador está en la esquina superior derecha de la imagen y no posee polaridad. Componentes electrónicos
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Fig. 2.1: Capacitores fijos
La mayoría de los condensadores fijos, son componentes no polarizados, lo que significa que sus terminales son indistintos con respecto a la forma en que se colocan en un circuito. Los condensadores electrolíticos representan la excepción, ya que su polaridad es importante, de esto trata en el capítulo siguiente.
2.1.1 Identificación de los condensadores fijos Comúnmente, los condensadores están marcados por un conjunto de números que representan el valor de capacidad. Al lado de este valor hay otro número que representa la tensión de trabajo máxima, y a veces la tolerancia, coeficiente de temperatura y otros valores. Pero en los condensadores más pequeños (por ejemplo, los de montaje superficial) no hay marcas en absoluto ya que no deben sacarlos de sus cintas de protección hasta que se necesiten. El tamaño de un capacitor nunca es una indicación de su valor como dieléctrico y el número de capas o "placas" pueden variar de un fabricante a otro. El valor de un condensador en un diagrama de circuito, marcado como 4n7/40V, significa que el condensador es 4.700 pF y su tensión de trabajo máxima es 40v. Cualquier otro condensador de 4n7 con una mayor tensión de trabajo máxima se puede usar, pero serán más grandes y más caros. A veces, los condensadores se identifican con los colores, de forma similar al sistema de 4 bandas utilizada para las resistencias (figura 2.2). Los primeros dos colores (A y B) representan los dos primeros dígitos, tercero de color (C) es el multiplicador, cuarto color (D) es la tolerancia, y el quinto color (E) es la t ensión de trabajo. Con condensadores de disco de cerámica (figura 2.2b) y condensadores tubulares (figura 2.2c), la tensión de trabajo no se especifica, ya que estos se utilizan en los circuitos de baja tensión de corriente continua. Si un condensador tubular tiene cinco bandas de color en él, el primer color representa el coeficiente de temperatura, mientras que los otros cuatro especifican la capacidad de la manera descrita anteriormente.
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Fig 2.2: Indicación de la capacidad con el uso de colores
La Fig 2.3 muestra cómo se indica con colores la capacidad de condensadores electrolíticos de tantalio. Los primeros dos colores representan los dos primeros dígitos y con las mismas equivalencias de las resistencias. El tercer color representa el multiplicador, para obtener la capacidad expresada en μF. El cuarto color representa la tensión de trabajo máxima.
COLOR Negro Marrón
DIGITO 0 1
MULTIPLICADOR x 1 µF x 10 µF
Rojo
2
x 100 µF
Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Rosa
3 4 5 6 7 8 9
VOLTAJE 10V
6.3V 16V 20V x .01 µF x .1 µF
25V 3V 35V
Fig. 2.3: Indicadores de capacitores electrolíticos de tantalio
Una nota importante sobre la tensión de de trabajo: El voltaje en un condensador no debe exceder de la tensión de de trabajo máxima, ya que el condensador puede ser destruido. Cuando se desconoce la tensión de trabajo, el "peor de los casos" se debe adoptar. Donde exista está posibilidad, la tensión del condensador será igual a la tensión del suministro de energía. Si, por ejemplo, la fuente de alimentación es de 12V, la tensión de de trabajo máxima para el condensador de debe ser mayor a 12V.
2.1 condensadores electrolíticos Los condensadores electrolíticos representan un tipo especial de condensadores con valor de capacidad fija. Gracias a su construcción especial, pueden tener un alto valor de capacidad, que van desde uno a varios miles de μF. Se utilizan con mayor frecuencia en los circuitos de filtrado, sin embargo, también tienen otras aplicaciones. Los condensadores electrolíticos son componentes polarizados, lo que significa que tienen terminales positivos y negativos, lo que es muy importante cuando se conecta en un circuito. El terminal positivo tiene que ser conectado en un punto con un voltaje positivo más alto que el terminal negativo. Si está conectado al revés, la capa aislante en el interior del condensador se "disuelve" y el condensador se daña permanentemente. También se puede producir una explosión, si el condensador está conectado a un voltaje que excede su tensión de trabajo. Con el fin de prevenir tales casos, uno de los conectores del condensador es muy claramente marcada con un + o -, mientras que la tensión de trabajo está impresa. Varios modelos de condensadores electrolíticos, así como sus sí mbolos, se muestran en la siguiente imagen: Componentes electrónicos
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Fig. 2.4: Capacitores Electrolíticos
Los condensadores de tantalio constituyen un tipo especial de condensadores electrolíticos. Su inductancia parásita es mucho más baja que los condensadores electrolíticos de aluminio estándar, por lo que los condensadores de tantalio pueden sustituir completamente a un condensador electrolítico de aluminio con hasta diez veces menor capacidad, en determinadas aplicaciones. Su tolerancia estándar, es del 10%, aunque se encuentran valores de entre 5% a 20%, mientras que un electrolítico de aluminio (los comunes), tienen tolerancias normales de -20% a +50% y pueden llegar de -20% a +80%.
2.3
Condensadores variables
Los condensadores variables permiten variar su capacidad dentro de un determinado rango. Sus capacidades pueden ir desde un mínimo de 1pF a un máximo de cientos pF (500pF máx). Los condensadores variables se fabrican en varias formas y tamaños, pero las características comunes en ellos es un conjunto de placas fijas (llamado estator) y un conjunto de placas móviles. Estas últimas placas se unen entre sí y pueden moverse a través de la rotación de un eje, de ahí el nombre de condensador variable. El aislante (dieléctrico) entre las placas es aire o una capa delgada de plástico. Cuando se realiza el ajuste de estos condensadores, es importante que las placas no se toquen. A continuación se presentan figuras de condensadores de dieléctrico de aire, así como condensadores variables con aislación de mylar (2.5a).
Fig. 2.5: a, b, c. Capacitores variables, d. Capacitores Trimmer o ajustables.
La primera figura muestra un "condensador tandem", en el que dos condensadores se hacen girar a la misma vez. Este tipo de condensador se utiliza en los receptores de radio. El más grande se utiliza para el circuito de sintonización de antena, y el más pequeño en el oscilador local (un circuito interno del receptor). El símbolo para estos condensadores también se muestra en las figuras. Componentes electrónicos
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Al lado de los condensadores con dieléctrico de aire, también hay condensadores variables con aislante sólido. Con estos, un material aislante delgado tal como mylar, ocupa el espacio entre el estator y el rotor. Estos condensadores son mucho más resistentes a los daños mecánicos y se muestran en la figura 2.5b. Los dispositivos más comunes que usan condensadores variables son los receptores de radio, y se utilizan para el ajuste de la frecuencia a recibir. Los condensadores ajustables o trimmers son condensadores miniatura, con una capacidad que va desde varios pF a varias decenas de pF. Se utilizan para sintonía fina en los receptores de de radio, transmisores de radio, osciladores, etc. Tres condensadores de ajustables o trimmers, se muestran en la figura 2.5d, junto con su símbolo.
2.4
Ejemplos prácticos
Varios ejemplos prácticos que utilizan condensadores se muestran en la figura 2.6. Un condensador electrolítico 5μF se utiliza para bloquear la DC (Corriente continua). Se permite que la señal pase de una etapa a la siguiente, mientras que se evita que la DC pase a la siguiente etapa y modifique su normal funcionamiento. Esto ocurre debido a que el condensador actúa como una resistencia muy baja para las señales y como una resistencia muy alta para DC.
Fig. 2.6: a. Amplificador con auriculares, b. Filtros en un Bafle (Z1 es un parlante de frecuencias bajas y medias y Z2, un parlante de alta frecuencia ( Tweeter).
La figura 2.6b representa un diagrama de un filtro con dos altavoces, con Z1 utilizado para la reproducción de señales de frecuencias bajas y medias, y Z2 para señales de alta frecuencia. 1 y 2 están conectados a la salida del amplificador de audio. Las bobinas L1 y L2 y el condensador C aseguran que las corrientes de baja y media frecuencia lleguen al altavoz Z1, mientras que las de alta frecuencia a Z2. ¿Cómo funciona esto exactamente?, Si la frecuencia es alta, la impedancia (resistencia) de las bobinas es alta, mientras que la reactancia del condensador es baja. Es claro que en este caso, la corriente fluirá a través de Z2. De manera similar, en el caso de las señales de baja frecuencia, la corriente fluirá a través de Z1, debido a la baja impedancia de la bobina y la alta reactancia del capacitor.
La figura 2.6c representa el circuito para un simple detector de receptor de radio (comúnmente llamado un " de cristal"), donde el condensador variable de C, forma un circuito oscilante con la bobina L; se utiliza para la sintonizar la frecuencia. Girando el eje del condensador, cambia la frecuencia de resonancia del circuito, y cuando llega a una cierta frecuencia, la estación se puede escuchar.
Fig. 2.6: c. Receptor de radio con detector Componentes electrónicos
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