¿Qué es un condensador y para qué sirve?

Definición

La palabra condensador proviene del latín "condensatio", que se traduce como "acumulación". En física, este término se usa para describir un nicho completo de productos eléctricos cuyo propósito es funcionar como un dispositivo de almacenamiento de energía. La cantidad de energía almacenada depende de la capacidad y el cuadrado del voltaje en sus placas, dividido por 2. Además, la corriente fluye a través de él solo durante la carga. Pero lo primero es lo primero.

E = (CU²)/2

En términos simples, un condensador es un dispositivo que puede almacenar energía en campo electrico. En la versión más simple, consta de dos conductores (placas), separados por un dieléctrico. En la siguiente figura, verá un diagrama simplificado del dispositivo externo de un condensador plano. El símbolo en el diagrama representa 2 características de 8 mm de altura, a una distancia de 1,5 mm entre sí.

Principio de funcionamiento

Ahora que sabemos cómo se indica este elemento en los diagramas, debemos considerar el principio de funcionamiento del condensador. Cuando las placas del condensador están conectadas a una fuente de alimentación, las cargas eléctricas de los terminales positivo y negativo del IP se precipitan hacia las placas, acumulándose en ellas.

La corriente eléctrica se interrumpe después de cargar el condensador a la capacidad nominal, ya que hay una capa dieléctrica entre las placas, no puede fluir continuamente. Cuando se apaga la fuente de energía, las cargas permanecerán en el capacitor, lo que significa que el voltaje en sus terminales permanecerá.

Los cargos acumulados en cada una de las placas son opuestos. En consecuencia, la cubierta que estaba conectada al terminal positivo de la fuente de alimentación se carga positivamente, y la que está conectada al terminal negativo es negativa. El principio de funcionamiento de este producto se basa en la atracción de cargas opuestas en un circuito eléctrico.

En palabras simples, el condensador ahorrará la energía que se transfirió desde la fuente de energía; este es su propósito. Sin embargo, en la práctica hay una variedad de pérdidas y fugas.

Interesante! Leiden Bank es un prototipo de condensadores modernos nacidos en 1745. Este dispositivo pudo acumular energía y extraer chispas cuando se cerraron sus placas. Apariencia y diseño que ves a continuación.

Y en la figura a continuación puede ver la construcción del condensador plano más simple: dos placas separadas por un dieléctrico:

Dado que la capacitancia es directamente proporcional al área de las placas e inversamente proporcional a la distancia entre ellas, para aumentar la capacidad, los ingenieros desarrollaron una serie de otras formas de condensadores.Por ejemplo, placas envueltas en espiral, por lo que su área se hizo mucho más grande en las mismas dimensiones generales, así como soluciones cilíndricas y esféricas.

Una de las leyes de conmutación establece que el voltaje a través de las placas del condensador no puede cambiar abruptamente, como lo ilustra la siguiente miniatura.

Especie

Los condensadores se pueden clasificar según varios criterios.

Por constancia de capacidad:

• Permanente.
• Variables Su capacidad puede ser cambiada manualmente por el operador (usuario) del dispositivo, o bajo la influencia del voltaje (como en varicaps y varicondas).

Por polaridad del voltaje aplicado:

• No polar: puede funcionar en circuitos de corriente alterna.
• Polar: cuando se conecta el voltaje de la polaridad incorrecta, fallan.

Dependiendo de dónde se usen estos componentes, las diferentes opciones se distinguen por el material:

• El papel y el papel son comunes a muchos condensadores comunes en la época soviética en forma de ladrillos rectangulares con una marca como "MBGCH". La apariencia de este tipo de condensadores se ve a continuación. No son polares.
• Cerámica: a menudo filtran el ruido de alta frecuencia, y la permitividad relativa le permite hacer componentes multicapa con una capacidad comparable a los electrolitos (cara), no sensibles a la polaridad.
• La película, distribuida en forma de almohadillas marrones, de bajo costo, se usa en todas partes. Caracterizado por baja corriente de fuga, pequeña capacidad, alto voltaje de operación e insensibilidad a la polaridad del voltaje aplicado.
• Con un dieléctrico de aire. El mejor ejemplo de tal elemento es el condensador de sintonización del circuito resonante del receptor de radio, la capacidad de tales elementos es pequeña, pero es conveniente realizar su cambio.
• Electrolítico: estos son elementos en forma de barriles, se instalan con mayor frecuencia como un filtro de pulsaciones de red en la fuente de alimentación. El diseño y el principio de funcionamiento permiten obtener una gran capacidad con un tamaño pequeño, pero con el tiempo pueden secarse, perder capacidad o hincharse. Cómo se ven estos productos en buenas condiciones, puede ver a continuación. Como dieléctrico, se usa una capa delgada de óxido metálico. Si la fuente de alimentación utiliza condensadores con un dieléctrico de AL₂O₃ - llamado "Electrolitos de aluminio", luego para trabajar en circuitos de alta frecuencia - use tantalio (Ta₂0₅ - también se aplican a los electrolitos), ya que tienen menos corriente de fuga, mayor resistencia a las influencias externas, a diferencia de las de aluminio anteriores.
• Polímero - capaz de soportar grandes corrientes pulsadas, trabajar a bajas temperaturas

Especificaciones clave

Si está reparando o desarrollando un dispositivo electrónico, deberá seleccionar un condensador adecuado para reemplazar el que falla. Y para esto necesita familiarizarse con las principales características técnicas del condensador, de las cuales depende su funcionamiento en el circuito eléctrico.

Capacidad clasificada. Caracteriza el propósito principal del componente: qué tipo de carga puede almacenar. La característica principal se mide en faradios [f]. Sin embargo, dicha unidad de medida es demasiado grande, por lo tanto, se utilizan acciones:

• Milifaradios, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarads, microfarads - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

La tensión nominal es la tensión a la que se puede garantizar que el condensador funcione en modo normal. Si se excede este valor, es muy probable que se produzca una ruptura del dieléctrico. Puede ser de unidades de voltios (para electrolitos) y hasta miles de voltios (película y cerámica). Durante la reparación, este valor no debe ser menor que el de uno fallido, más alto: ¡es posible!

Tolerancia a la desviación: cuánto puede diferir la capacidad real de la capacidad nominal declarada. Puede alcanzar el 20-30%, pero también hay modelos de alta precisión con una tolerancia de hasta el 1%, para usar en circuitos donde se requiere una precisión especial.

Coeficiente de temperatura de capacitancia: este parámetro es importante para los electrolitos. En los condensadores de aluminio, cuando la temperatura disminuye, la capacitancia disminuye y la resistividad eléctrica aumenta (en ESR)

ESR - resistencia en serie equivalente, también es importante para electrolitos. En términos simples: cuanto más grande es, peor. En los cóndores hinchados, la ESR aumenta.

En la tabla a continuación, verá los valores de ESR permitidos para diferentes capacitancias y voltajes nominales.

Dónde y para qué se aplican

Aún así, responderemos la pregunta "¿para qué está diseñado el capacitor?" desde un punto de vista práctico. Para hacer esto, considere varios esquemas.

Los condensadores electrolíticos se usan más ampliamente como el filtro de ondulación de red ya mencionado en las fuentes de alimentación. El siguiente diagrama muestra dónde está instalado el electrolito. Cuanto mayor es la carga, mayor es la capacidad electrolítica necesaria para suavizar la ondulación.

El siguiente lugar donde se usan condensadores son los filtros de paso alto y bajo. El siguiente diagrama muestra inclusiones típicas. Por lo tanto, en los altavoces, las frecuencias graves, medias y altas se reproducen a lo largo de los altavoces sin el uso de componentes activos.

Las fuentes de alimentación de lastre a menudo se utilizan para cargar baterías pequeñas y alimentar dispositivos de baja potencia, como bombillas LED, radios y otros. Se instala un condensador de película en serie con el dispositivo de suministro, lo que limita la corriente debido a su reactancia; este es el principio de funcionamiento de un circuito tan simple.

Los Snabbers son dispositivos diseñados para proteger los interruptores de semiconductores y los contactos de relé de las cargas de conmutación. En las unidades de suministro de energía de alta frecuencia pulsadas modernas, se utilizan amortiguadores de una resistencia y un condensador, mejorando así los parámetros principales en el circuito y reduciendo la carga en las teclas, así como la pérdida de potencia en su calentamiento. El principio de funcionamiento del amortiguador es ralentizar los frentes de crecimiento y la disminución del voltaje en la llave debido al uso del tiempo de carga constante de la capacidad.

Conclusión

Examinamos qué es un condensador, cómo está diseñado y qué función realiza. Para un estudio más profundo, debe familiarizarse estrechamente con los tipos de condensadores y sus características prácticas en varios circuitos y aplicaciones. Entonces, por ejemplo, en los casos en que se requiere una precisión especial en la operación y confiabilidad, se usan electrolitos de bajo ESR o electrolitos de tantalio, mientras que no hay una diferencia especial en el filtro del rectificador sobre qué poner.

Al final, recomendamos ver videos útiles sobre el tema del artículo:

Lea también:

• ¿Qué son los conductores, semiconductores y dieléctricos?
• ¿Qué es la capacidad eléctrica?
• Métodos para determinar la capacitancia de un condensador