13.5: Consideraciones prácticas - Capacitores

Voltaje de trabajo del condensador

Voltaje de trabajo: Dado que los condensadores no son más que dos conductores separados por un aislante (el dieléctrico), se debe prestar atención al voltaje máximo permitido a través de él. Si se aplica demasiado voltaje, se puede exceder la clasificación de “ruptura” del material dieléctrico, lo que resulta en que el condensador se cortocircuite internamente.

Polaridad del Capacitor

Polaridad: Algunos capacitores están fabricados por lo que solo pueden tolerar el voltaje aplicado en una polaridad pero no en la otra. Esto se debe a su construcción: el dieléctrico es una capa microscópicamente delgada de aislamiento depositada sobre una de las placas por una tensión de CC durante la fabricación. Estos se llaman condensadores electrolíticos, y su polaridad está claramente marcada.

Invertir la polaridad del voltaje a un condensador electrolítico puede resultar en la destrucción de esa capa dieléctrica súper delgada, arruinando así el dispositivo. Sin embargo, la delgadez de ese dieléctrico permite valores extremadamente altos de capacitancia en un tamaño de paquete relativamente pequeño. Por la misma razón, los condensadores electrolíticos tienden a tener una clasificación de voltaje bajo en comparación con otros tipos de construcción de condensadores.

Circuito Equivalente a Capacitores

Circuito equivalente: Dado que las placas en un condensador tienen cierta resistencia, y como ningún dieléctrico es un aislante perfecto, no existe tal cosa como un condensador “perfecto”. En la vida real, un condensador tiene tanto una resistencia en serie como una resistencia paralela (fuga) interactuando con sus características puramente capacitivas:

Afortunadamente, ¡es relativamente fácil fabricar capacitores con resistencias en serie muy pequeñas y resistencias a fugas muy altas!

Tamaño físico del condensador

Tamaño Físico: Para la mayoría de las aplicaciones en electrónica, el tamaño mínimo es el objetivo de la ingeniería de componentes. Los componentes más pequeños se pueden hacer, más circuitos se pueden construir en un paquete más pequeño, y por lo general también se ahorra peso. Con los capacitores, hay dos factores limitantes principales para el tamaño mínimo de una unidad: voltaje de trabajo y capacitancia. Y estos dos factores tienden a estar en oposición entre sí. Para cualquier elección dada en materiales dieléctricos, la única manera de aumentar la clasificación de voltaje de un condensador es aumentar el grosor del dieléctrico. Sin embargo, como hemos visto, esto tiene el efecto de disminuir la capacitancia. La capacitancia se puede volver a subir aumentando el área de la placa. pero esto lo convierte en una unidad más grande. Es por esto que no se puede juzgar la clasificación de un condensador en Faradios simplemente por su tamaño. Un condensador de cualquier tamaño dado puede ser relativamente alto en capacitancia y bajo en voltaje de trabajo, viceversa, o algún compromiso entre los dos extremos. Tome las siguientes dos fotografías por ejemplo:

Este es un condensador bastante grande en tamaño físico, pero tiene un valor de capacitancia bastante bajo: solo 2 µF. No obstante, su voltaje de trabajo es bastante alto: ¡2000 voltios! Si este condensador fuera rediseñado para tener una capa más delgada de dieléctrico entre sus placas, podría alcanzarse al menos un aumento de cien veces en la capacitancia, pero a un costo de reducir significativamente su voltaje de trabajo. Compara la fotografía de arriba con la de abajo. El condensador que se muestra en la imagen inferior es una unidad electrolítica, similar en tamaño a la anterior, pero con valores muy diferentes de capacitancia y voltaje de trabajo:

La capa dieléctrica más delgada le da una capacitancia mucho mayor (20,000 µF) y un voltaje de trabajo drásticamente reducido (35 voltios continuos, 45 voltios intermitentes).

Muestras de diferentes tipos de capacitores

Aquí hay algunas muestras de diferentes tipos de condensadores, todos más pequeños que las unidades mostradas anteriormente:

Los capacitores electrolíticos y de tantalio están polarizados (sensibles a la polaridad), y siempre están etiquetados como tales. Las unidades electrolíticas tienen sus derivaciones negativas (-) que se distinguen por símbolos de flecha en sus casos. Algunos capacitores polarizados tienen su polaridad designada marcando el terminal positivo. La unidad electrolítica grande de 20,000 µF que se muestra en posición vertical tiene su terminal positivo (+) etiquetado con una marca “más”. Los condensadores de cerámica, mylar, película de plástico y aire no tienen marcas de polaridad, porque esos tipos no son polarizados (no son sensibles a la polaridad).

Los capacitores son componentes muy comunes en los circuitos electrónicos. Eche un vistazo de cerca a la siguiente fotografía: cada componente marcado con una designación “C” en la placa de circuito impreso es un condensador:

Algunos de los condensadores que se muestran en esta placa de circuito son electrolíticos estándar: C ₃₀ (parte superior de la placa, centro) y C ₃₆ (lado izquierdo, 1/3 desde la parte superior). Algunos otros son un tipo especial de condensador electrolítico llamado tantalio, porque este es el tipo de metal que se utiliza para hacer las placas. Los capacitores de tantalio tienen una capacitancia relativamente alta para su tamaño físico. Los siguientes condensadores en la placa de circuito que se muestran arriba son tántalo: C ₁₄ (justo a la parte inferior izquierda de C ₃₀), C ₁₉ (directamente debajo de R ₁₀, que está por debajo de C ₃₀), C ₂₄ (esquina inferior izquierda de la placa) y C ₂₂ (inferior derecha).

En esta fotografía se pueden ver ejemplos de capacitores aún más pequeños:

Los condensadores en esta placa de circuito son “dispositivos de montaje en superficie” al igual que todas las resistencias, por razones de ahorro de espacio. Siguiendo la convención de etiquetado de componentes, los capacitores se pueden identificar mediante etiquetas que comienzan con la letra “C”.