Condensadores simplificados al estilo Hackaday

Si construye circuitos electrónicos con regularidad, es probable que haya usado condensadores muchas veces. Son un componente estándar junto con la resistencia cuyos valores se sacan del estante sin pensarlo dos veces. Los usamos para el suavizado y desacoplamiento de la fuente de alimentación, el bloqueo de CC, los 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 se puede acumular en las placas, pero no puede fluir entre ellas debido a la naturaleza aislante del dieléctrico. Por lo 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 tiene un culombio de carga. Un faradio es como muchas unidades SI, de un tamaño bastante poco práctico, por lo que fuera del estrecho ámbito de los supercondensadores que están más allá del alcance de este artículo, es más probable que encuentre micro, nano o picofaradios. Puede derivar la capacitancia de cualquier capacitor dado 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 necesita memorizarlo a menos que esté estudiando para un examen de física de la escuela secundaria, pero oculta un punto importante que debe recordar. La capacitancia es proporcional a la constante dieléctrica εr del dieléctrico que se usa, lo que ha dado lugar a una amplia variedad de capacitores disponibles comercialmente que usan diferentes materiales dieléctricos para lograr rangos de capacitancia más altos o mejores características de manejo de voltaje.

Hay un inconveniente en el uso de materiales dieléctricos en un condensador, junto con las características deseables de un dieléctrico viene con una serie de molestos efectos secundarios. Todos los condensadores del mundo real tienen una 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 condensadores que puede encontrar y le presentaremos sus diversas propiedades, tanto buenas como malas. No pretendemos cubrir todas las tecnologías de capacitores posibles, sin embargo, revisaremos las tecnologías de capacitores comunes y examinaremos cualquier subtipo que pueda encontrar.

Los condensadores electrolíticos prácticos tienen sus placas en forma de sándwich de papel de aluminio enrollado en un cilindro y alojado 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, que van desde alrededor de 0,1 hasta muchos miles de µF. Debido a esa celda electroquímica fuertemente enrollada, tienen una alta inductancia en serie equivalente, por lo que no son adecuados 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 desde alrededor de 0,1 hasta varios cientos de µF. Tienen una resistencia a las fugas y una resistencia en serie equivalentes mucho más bajas que sus contrapartes 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 a tener en cuenta, tienen la reputación 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 capacitor de tantalio, por ejemplo, al aplicarle demasiada corriente de entrada, puede hacer que el dieléctrico cambie de una forma a otra, lo que provoca un gran aumento en la corriente a través del capacitor. Afortunadamente, no todas las noticias son malas, sin embargo, su reputación de incendios proviene de una generación mucho más antigua de condensadores de tantalio, y las técnicas de fabricación mejoradas han entregado un producto mucho más confiable.

polipropileno Los condensadores se utilizan en circuitos que requieren una buena temperatura y estabilidad de frecuencia. También los encontrará utilizados en supresión de red y otros circuitos de alimentación, 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 polietilenoLos condensadores una vez más 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 puede encontrarpolicarbonatoypoliestirenocondensadores en equipos más antiguos, sin embargo, estos dos dieléctricos no se usan comúnmente en la actualidad.

Al observar los capacitores cerámicos, es mejor considerarlos por el dieléctrico cerámico utilizado, ya que de estos 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 por estos códigos que nos referiremos a los más comunes aquí.

C0G Los dieléctricos tienen la mejor estabilidad de capacitancia con respecto a la temperatura, frecuencia y voltaje. Encontrará condensadores C0G utilizados en alta frecuencia resonante 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 desacoplamiento y aplicaciones de propósito general.

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

Dado que las cerámicas también suelen ser piezoeléctricas, algunos condensadores cerámicos también exhiben microfonía. Si trabaja con altos voltajes y frecuencias audibles, por ejemplo en el mundo de los amplificadores de válvulas o la electrostática, a veces puede escuchar este efecto en acción, ya que un condensador puede "cantar". Si utiliza un condensador piezoeléctrico para proporcionar estabilidad de frecuencia, puede encontrar 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 le hemos abierto el apetito por más resúmenes de componentes, tal vez podamos llamar su atención sobre nuestro artículo sobre inductores.