TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNTURA (BJT) · Condensador SMT: Utilizados en componentes SMD...
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CONDENSADORES
Ing. Raúl Rojas Reátegui
El estudiante podrá identificar los condensadores.
El estudiante podrá describir las principales características de los
condensadores.
El estudiante podrá demostrar el estado de los condensadores, con
el Capacimetro u Ohmímetro.
Objetivos de aprendizaje
Científico británico, nació en Newington en 1791 y murió en Londres en 1867.
Nació en el seno de una familia humilde a temprana edad tuvo que empezar a
trabajar, primero como repartidor de periódicos y a los catorce años en una
librería, donde tuvo la oportunidad de leer algunos artículos científicos que lo
impulsaron a realizar sus primeros experimentos.
Trabajo como asistente de laboratorio quimico de Sir Humphry Davy en la Royal
Institution, donde pronto se destacó descubriendo el benceno y las primeras
reacciones de sustitución orgánica conocidas, en las que obtuvo compuestos
clorados de cadena carbonada a partir de etileno.
Biografía de MICHAEL FARADAY
El científico danés Hans Christian Oersted descubrió los campos magnéticos
generados por corrientes eléctricas. Basándose en estos experimentos, Faraday
logró desarrollar el primer motor eléctrico conocido.
En 1831 colaboró con Charles Wheatstone e investigó sobre fenómenos de
inducción electromagnética. Observó que un imán en movimiento a través de una
bobina induce en ella una corriente eléctrica, lo cual le permitió describir
matemáticamente la ley que rige la producción de electricidad por un imán.
Se denomina condensador o capacitor al componente electrónico diseñado para
almacenar cargas sin que su voltaje se eleve demasiado.
La unidad de medida utilizado en este componente es el Faradio (F), si posee valores
pequeños se acompaña de los prefijos pico (p) o nano () o micro (µ).
Definición
CONCEPTOS PREVIOS
Materiales dieléctricos
Material no conductor (aislante), cuyas funciones principales son:
Aumentar la capacidad del condensador
Permite reducir la distancia entre las placas sin que estas hagan contacto
(se reduce aumenta C)
Permite aumentar el voltaje entre las placas, sin que el material se ionice
permitiendo la conducción de cargas a través de él
Proporciona mayor resistencia mecánica.
Constante dieléctrica (K)
La constante dieléctrica K para un material es la razón de la capacitancia C con este
material a la capacitancia Co en el vacío.
Constante dieléctrica:K = 1 para el aire
0
CK
C
K también se puede dar en términos de voltaje V, intensidad de campo eléctrico E
o permitividad e:
0 0
0
V EK
V E
e
e
Permitividad de un medio (e)
La capacitancia de un capacitor de placas paralelas con un dieléctrico se puede
encontrar de:
0 0 or or A A
C KC C K Cd d
e e
La constante e es la permitividad del medio que relaciona la densidad de las
líneas de campo.
2
2
-12 C0 0 Nm; 8.85 x 10Ke e e
Almacenamiento de Energía
Un capacitor de placas paralelas no cargado tiene una diferencia de potencial igual a
cero entre sus placas.
En un capacitor completamente cargado, la diferencia de potencial entre sus placas
es V = Q/C.
La carga total Q no es colocada en el capacitor instantáneamente. Mientras mas
carga tengan las placas más trabajo será necesario para transferir la carga de una
placa a otra.
dq
+
+
+
+
+
+
+
1
q
-
-
-
-
-
-
-
2
-q
∆V
Durante el proceso de carga, la carga positiva se transfiere del
conductor cargado negativamente al conductor cargado
positivamente.
++
El trabajo requerido para mover dq a la placa cargada positivamente (a un
potencial alto) es:
El trabajo necesario es el
área bajo la curvaEl trabajo para cargar el capacitor
a una carga final q = Q es:
Q q
V
dq
qV
C
qdW Vdq dq
C
2
02
Qq Q
W dqC C
El trabajo realizado durante la carga del capacitor puede ser considerado como la
energía potencial U almacenada en el capacitor.
Pero sabemos que:
Entonces:
QC
V
2
02
Qq Q
W dqC C
2
2
QU
C
221 1
( )2 2 2
QU Q V C V
C
Para un capacitor de placas paralelas la diferencia de potencial esta relacionada
con al campo a través de estas V = Ed, y C = e0A/d.
El volumen ocupado por el campo eléctrico (solo
entre las placas no es cero) es V = Ad.
Definimos la energía por unidad de volumen en
el campo eléctrico, uE = U/V, llamada densidad de
energía como:
Este es un resultado general
para cualquier campo eléctrico
en el espacio!!
2 2 200
1 1 1( ) ( ) ( )
2 2 2
AU C V Ed Ad E
d
ee
2
0
1
2Eu Ee
dq
+
+
+
+
+
+
+
1
q
-
-
-
-
-
-
-
2
-q
∆V
++
A
Condensador cilíndrico:
Se compone de un alambre de radio a y una corteza
cilíndrica de radio b concéntrica con el alambre.
b
ardEV
Siendo E el campo eléctrico en la zona entre
los dos conductores. Podemos calcular esta
campo eléctrico aplicando el Teorema de
Gauss.
o
qsdE
e
int
o
qrL E
e
int2
rL
q E
oe
2
b
a
b
adr ErdEV
a
b
L
q
r
dr
L
q V
o
b
ao
ln22 e
e
)/ln(
2
ab
L
V
qC oe
Cuanto mayor es la longitud del
cilindro más carga es capaz de
acumular
+ ++
+
+
+
++
+
+
+ + ++
+
+
++
+
+
+
++
- -
--
-
--
--
-
-
-
E
a
b
Condensador esférico:
Se compone de una esfera conductora interior de radio
R1 y una corteza esférica concéntrica de radio R2.
Si suponemos que la esfera interior tiene carga negativa y la
corteza está cargada positivamente, el campo eléctrico entre
ambas, a una distancia r, será el de una carga puntual
colocada en el centro.
2
1
2
1
2
1 21
122
R
R
R
R
R
R RR
RRkqdr
r
qkdr ErdEV
12
2
1
12
214
)( RR
RR
RRk
RRC o
e
2R Si Se define la capacidad de
un condensador esférico
aislado como
RC oe 4
-q
+q
R1R2
Capacitancia y formas
La densidad de carga sobre una superficie se afecta significativamente por la
curvatura. La densidad de carga es mayor donde la curvatura es mayor.
+ + + +++ + + + +
+++
+++
+++
++
+
+
+
+
+
++
+
La fuga (llamada descarga corona) ocurre con frecuencia en puntos
agudos donde la curvatura r es más grande.
2
mm
kQE
r
DENSIDAD DE ENEGIASe define como la cantidad de energía por unidad de volumen.
Para un condensador de placas
planas paralelas d EVy d
A C o
e
)(2
1
2
1
2
1 2222 AdEdEd
ACVU o
o ee
Volumen ocupado por
el campo eléctrico
2
2
1Eoe e
Si en un punto del espacio (en vacío) existe un
campo eléctrico, puede pensarse que también hay
almacenada una cantidad de energía por unidad
de volumen igual a esta expresión
EFECTOS DC Y AC EN EL CONDNENSADOR
Condensadores en corriente alterna
Cuando un condensador se le aplica una tensión alterna, debido a la frecuencia se
producirá una disminución de la capacidad.
Por lo tanto, en un condensador la capacidad disminuye cuando la frecuencia
aumenta.
En corriente alterna el condensador se comporta como un circuito cerrado.
Circulación de corriente alterna a través de un
condensador. A) Carga en el semiciclo positivo B) Carga
en el semiciclo negativo. Esta corriente alterna producirá
un desfase entre esta y la tensión aplicada.
Reactancia capacitiva
Condensadores en voltaje continua
Al aplicar un voltaje continua entre las dos armaduras del
condensador, se produce un efecto de acumulación de cargas
eléctricas en las armaduras, no existirá ningún paso de
corriente debido al dieléctrico y se comporta como un circuito
abierto en continua.
• Si se elimina la tensión que se le aplica, esta acumulación de carga se mantiene
debido a la fuerza de atracción eléctrica entre las armaduras cargadas.
• Si se juntan o cortocircuita exteriormente se producirá una corriente y se
descargará el condensador, quedando en las condiciones iniciales.
Proceso de carga y descarga de un condensador
• Consta de una fuente de alimentación en
corriente continua V.
• En serie con el condensador C se ha incluido una
resistencia de carga R, con objeto de hacer más
largo tanto el proceso de carga como el de
descarga.
• Un conmutador para la carga del condensador,
posición A, y la descarga posición B.
+
V
C
R
A B
Conmutador
Carga/descarga
Constante de tiempo de carga y descarga de un condensador
La constante de tiempo se designa por la letra
griega (Tau) cuyo valor se da en segundos.
no es más que el tiempo que tarda el
condensador en adquirir el 63,2 % de su carga
total (durante el proceso de carga).
Se considera que para que un condensador se
encuentre totalmente cargado o descargado, el
tiempo necesario será de 5 veces la constante de
tiempo, Tiempo carga/descarga = 5
= R . C
R = Valor de laResistencia (Ω)
C = Capacidad del condensador (F)
t = Constante de Tiempo en segundos (s)
Tiempo de carga y descarga total = 5
CLASIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS
1. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU VALOR:
Según este criterio de clasificación los condensadores o capacitores se
denominan:
1.1. Condensadores Variables: Son aquellas cuyo valor varia por
influencia de algún agente externo como por ejemplo el movimiento
mecánico.
1.2. Condensadores Fijos: Son aquellas cuyos valores permanecen
constante a pesar de la influencia de agentes externos.
Condensadores Variables
Condensadores Fijos
2. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO:
Según este criterio de clasificación los condensadores o capacitores se denominan:
2.1. Condensadores de baja capacidad: Son aquellas cuyas capacidades se
expresan en picos o nano Faradios. Son condensadores de tamaño pequeño
generalmente.
2.2. Condensadores de gran capacidad: Son aquellas cuyas capacidades se
expresa en micro Faradios. Son condensadores de tamaño mediano generalmente.
3. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA DE CONEXIÓN A LA PLACA IMPRESA:
Según este criterio de clasificación los condensadores o capacitores se denominan:
3.1. Condensadores de agujero pasante: Son aquellas cuya conexión a la placa
impresa necesita un agujero y la fijación eléctrica con la soldadura se realiza
debajo de la resistencia
2.2. Condensadores montada en superficie: Son aquellas cuya conexión a la
placa y la fijación eléctrica con la soldadura se realiza en el mismo lado de la
resistencia
4. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA DE ENCAPSULADO:
Según este criterio de clasificación los condensadores o capacitores se denominan:
4.1. Pack de Capacitivo: También denominadas resistencias integradas, tienen diferentes
tipos de encapsulados siendo los mas utilizados DIP, SIP
4.2. Condensador tipo disco: Son aquellas encapsulado tiene forma de disco,
generalmente utilizado en termistores y varistores.
4.3. Condensador SMT: Utilizados en componentes SMD (resistencias,
condensadores diodos, etc.)
4.4. Condensador cilíndrico: Son aquellas resistencias cuyos pines atraviesan el
circuito impreso.
PACK SIP PACK DIP
DISCOCILINDRO
5. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MATERIAL DIELÉCTRICO UTILIZADO:
Según este criterio de clasificación los condensadores o capacitores se denominan:
5.1. CONDENSADOR ELECTROLÍTICOS.
Utiliza como material dieléctrico el líquido iónico conductor.
Posee dos presentaciones tipo cilindro y tipo axial.
Son los condensadores de mayor capacidad de almacenamiento. Su
capacidad de expresa en micro faradios ( µF)
Trabajan bien en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja
frecuencia.
Poseen polaridad es decir el fabricante ha establecido un pin de polaridad
positiva y negativa.
Posee un código de marca, donde se establece la capacidad y voltaje de
ruptura.
5.2. CONDENSADOR DE ESTADO SOLIDO
Utiliza como material el polímero orgánico solido, cubierto por una carcasa de
aluminio laminado y sellados herméticamente.
Posee dos presentaciones tipo cilindro y axial .
Son los condensadores de mayor capacidad de almacenamiento. Su
capacidad de expresa en micro faradios ( µF)
Son resistentes a las variaciones de voltaje y altas temperaturas.
Son mas seguros y durables
5.3 ELECTROLÍTICOS DE TÁNTALO O DE GOTA
Utiliza como dieléctrico una finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con
un menor espesor tiene un poder aislante mucho mayor.
Tienen polaridad.
Su capacidad es superior a 1 µF.
Su encapsulado tiene forma de gota por lo que reciben el nombre.
5.4. POLIÉSTER METALIZADO MKT
Suelen tener capacidades inferiores a 1 µF.
Los voltajes de ruptura a partir de 63V.
Su estructura es de dos láminas de policarbonato recubierto por un depósito
metálico que se bobinan juntas.
5.5. POLIÉSTER.
Este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos
impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el nombre de
condensadores "de bandera".
Su capacidad suele ser como máximo de 470 nF.
5.5. CERÁMICO "DE LENTEJA" O "DE DISCO".
Utilizan la cerámica o siendo el material más utilizado el
dióxido de titanio como material dieléctrico.
Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5
pF y 47 nF.
Llevan sus datos impresos en código de marca.
CODIFICACIÓN MEDIANTE LETRAS
Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su
cuerpo.
Esta conformado por tres o dos numero y una letra.
Las dos primeros numero indican las dos primeras cifras y el tercer numero el
numero de ceros o el factor de potencia 10.
La letra expresa el valor de la tolerancia, según la tabla.
CODIFICACIÓN MEDIANTE BANDAS DE COLORES
Este es otro sistema se imprime bandas de colores sobre el encapsulado del
condensadores.
Esta conformado por cinco banda de colores: las tres primeras indican el valor
nominal de la capacidad, la cuarta el coeficiente de temperatura y el quinto la
tolerancia.
Las dos primeras bandas de color indican las dos primeras cifras y el tercera
banda el numero de ceros o el factor de potencia 10.
