Condensador: dispositivo, principio de funcionamiento, aplicación.

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 acumulada depende de la capacidad y el cuadrado del voltaje en sus placas, dividido por 2. En este caso, la corriente fluye a través de él solo durante el proceso de carga. Pero lo primero es lo primero.

E = (CU²)/2

En pocas palabras, un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en campo eléctrico. En la versión más simple, consta de dos conductores (placas) separados por un dieléctrico. En la siguiente figura, verá un diagrama simplificado de un dispositivo capacitor plano externo. El símbolo en el diagrama es 2 líneas de 8 mm de alto, 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 MT se precipitan hacia las placas y se acumulan en ellas.

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

Las cargas acumuladas en cada una de las placas son opuestas. En consecuencia, la placa que estaba conectada al terminal positivo de la fuente de alimentación está cargada positivamente y la que está cargada negativamente. El principio de funcionamiento de este producto se basa en la atracción de cargas diferentes en un circuito eléctrico.

En palabras simples, el condensador almacenará la energía que se transfirió desde la fuente de alimentación; este es su propósito. Sin embargo, en la práctica existen varias pérdidas y fugas.

¡Interesante! El Leiden Bank es el prototipo de condensadores modernos, nacido en 1745. Este dispositivo era capaz de almacenar energía y extraer chispas cuando sus placas estaban cerradas. Puede ver la apariencia y la construcción a continuación.

Y en la siguiente figura puede ver el diseño 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 capacitancia, los ingenieros han desarrollado otras formas de capacitores. Por ejemplo, las placas se enrollaron en espiral, por lo que su área se hizo muchas veces más grande con las mismas dimensiones generales, así como soluciones cilíndricas y esféricas.

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

Puntos de vista

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 variconds).

Por polaridad de la tensión aplicada:

• No polar: puede funcionar en circuitos de CA.
• Polar: si el voltaje está conectado con la polaridad incorrecta, fallará.

Dependiendo de dónde se utilicen estos componentes, se distinguen diferentes opciones de materiales:

• Los condensadores de papel y metal-papel son familiares para muchos, comunes en la época soviética en forma de ladrillos rectangulares con marcas como "MBGCH". Puede ver la apariencia de este tipo de condensador a continuación. Son no polares.
• Cerámica: a menudo filtran la interferencia de alta frecuencia y la permitividad relativa le permite fabricar componentes multicapa con una capacidad comparable a los electrolitos (caro), no sensibles a polaridad.
• Películas: comunes en forma de almohadillas marrones, económicas, utilizadas en todas partes. Se caracterizan por una baja corriente de fuga, pequeña capacidad, alta tensión de funcionamiento e insensibilidad a la polaridad de la tensión aplicada.
• Con dieléctrico de aire. El mejor ejemplo de dicho elemento es un condensador de sintonización de un circuito resonante de un receptor de radio, la capacidad de dichos elementos es pequeña, pero es conveniente cambiarla.
• Electrolítico: estos son elementos en forma de barriles; la mayoría de las veces se instalan como un filtro de ondas de red en una unidad de fuente de alimentación. El diseño y el principio de funcionamiento le permiten obtener una gran capacidad con un tamaño pequeño, pero con el tiempo pueden secarse, perder capacidad o hincharse. Puede ver cómo se ven estos productos en buenas condiciones a continuación. Se utiliza una fina capa de óxido metálico como dieléctrico. Si la fuente de alimentación usa condensadores con un dieléctrico de AL₂O₃ - la llamada "Electrolitos de aluminio", luego tantalio (Ta₂0₅ - también pertenecen a los condensadores de electrolitos), porque tienen menor corriente de fuga, mayor resistencia a las influencias externas, a diferencia de los anteriores, de aluminio.
• Polímero: capaz de soportar altas corrientes de impulso, trabajando a bajas temperaturas.

Principales caracteristicas tecnicas

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

Capacidad nominal. Caracteriza el propósito principal de un componente: qué 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 fracciones:

• Milifaradios, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfaradios, μF - 0,00001 F (10^-6);
• Nanofaradios, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofaradios, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

La tensión nominal es la tensión hasta la que se puede garantizar que el condensador funcione normalmente. Cuando se excede este valor, es probable que ocurra una ruptura dieléctrica. Puede ser desde unidades de voltios (para electrolitos) y hasta miles de voltios (película y cerámica). Durante las reparaciones, este valor no debe ser más bajo que el de una averiada, más alto, ¡puede hacerlo!

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

Coeficiente de temperatura de capacidad: este parámetro es importante para los electrolitos. Con los condensadores de aluminio, con una disminución de la temperatura, la capacidad disminuye y la resistividad eléctrica aumenta. ESR)

La ESR, resistencia en serie equivalente, también es importante para los electrolitos. En términos simples, cuanto más grande es, peor. Para conductos hinchados, la ESR aumenta.

En la siguiente tabla puede ver los valores de ESR permitidos para varias capacidades nominales y voltajes.

¿Dónde y por qué se utilizan?

Aún así, respondamos la pregunta "¿para qué es el condensador?" desde un punto de vista práctico. Para hacer esto, considere varios esquemas.

Los condensadores electrolíticos son los más utilizados como el filtro ya mencionado de ondulación de la red en las fuentes de alimentación. El siguiente diagrama muestra exactamente dónde está instalado el electrolito. Cuanto mayor sea la carga, mayor será la capacidad de electrolito que se necesita para suavizar las pulsaciones.

El siguiente lugar donde se utilizan condensadores son los filtros de paso alto y paso bajo. El siguiente diagrama muestra inclusiones típicas. Así, en los sistemas acústicos, los graves, medios y agudos se distribuyen a través de los altavoces sin el uso de componentes activos.

Las fuentes de alimentación de balasto se utilizan a menudo para cargar baterías pequeñas y alimentar dispositivos de baja potencia como bombillas LED baratas, radios y otros. El condensador de película se instala 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 amortiguadores son dispositivos diseñados para proteger los interruptores de semiconductores y los contactos de relé de las cargas que surgen de la conmutación. En las fuentes de alimentación de alta frecuencia pulsadas modernas, se utilizan amortiguadores de una resistencia y un condensador, como De esta manera, se mejoran los parámetros principales del circuito y se reduce la carga en las teclas, así como la pérdida de potencia en sus calor. El principio de funcionamiento del amortiguador es ralentizar los flancos ascendentes y descendentes del voltaje en la tecla utilizando la constante de tiempo de la carga del condensador.

Conclusión

Examinamos qué es un condensador, cómo funciona y qué función realiza. Para un estudio más profundo, debe familiarizarse de cerca con los tipos de condensadores y sus características prácticas de trabajo en varios circuitos y aplicaciones. Entonces, por ejemplo, en los casos en que se requiere una precisión y confiabilidad especiales, se usan electrolitos de baja ESR o de tantalio, mientras que no hay mucha diferencia en el filtro del rectificador qué colocar.

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• ¿Qué es la capacidad eléctrica?
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