El condensador es un componente que tiene la capacidad o «capacidad» de almacenar energía en forma de una carga eléctrica que produce una diferencia de potencial (voltaje estático) a través de sus placas, al igual que una pequeña batería recargable.

Hay muchos tipos diferentes de condensadores disponibles, desde perlas de condensadores muy pequeños utilizados en circuitos de resonancia hasta condensadores de corrección de factor de potencia grandes, pero todos hacen lo mismo, almacenan carga.,

en su forma básica, un condensador consiste en dos o más placas conductoras paralelas (metálicas) que no están conectadas ni se tocan entre sí, sino que están separadas eléctricamente por aire o por alguna forma de un buen material aislante como papel encerado, mica, cerámica, plástico o alguna forma de gel líquido como se usa en condensadores electrolíticos. La capa aislante entre las placas de condensadores se denomina comúnmente dieléctrico.,

debido a esta capa aislante, la corriente continua no puede fluir a través del condensador, ya que lo bloquea, lo que permite que en su lugar un voltaje esté presente a través de las placas en forma de carga eléctrica.

Las placas metálicas conductoras de un condensador pueden ser cuadradas, circulares o rectangulares, o pueden ser de forma cilíndrica o esférica con la forma general, el tamaño y la construcción de un condensador de placa paralela dependiendo de su aplicación y clasificación de voltaje.,

Cuando se usa en un circuito de corriente continua o CC, un condensador se carga hasta su voltaje de alimentación pero bloquea el flujo de corriente a través de él porque el dieléctrico de un condensador no es conductor y básicamente es un aislante. Sin embargo, cuando un condensador está conectado a un circuito de corriente alterna o CA, el flujo de la corriente parece pasar directamente a través del condensador con poca o ninguna resistencia.

Hay dos tipos de carga eléctrica, una carga positiva en forma de protones y una carga negativa en forma de electrones., Cuando se coloca un voltaje de CC a través de un condensador, la carga positiva (+ve) se acumula rápidamente en una placa mientras que una carga negativa (-ve) correspondiente y opuesta se acumula en la otra placa. Por cada partícula de carga + ve que llega a una placa, una carga del mismo signo saldrá de la placa-ve.

entonces las placas permanecen neutras de carga y se establece una diferencia de potencial debido a esta carga entre las dos placas., Una vez que el condensador alcanza su condición de estado estacionario, una corriente eléctrica no puede fluir a través del condensador y alrededor del circuito debido a las propiedades aislantes del dieléctrico utilizado para separar las placas.

el flujo de electrones en las placas se conoce como la corriente de carga de los condensadores que continúa fluyendo hasta que el voltaje a través de ambas placas (y por lo tanto el condensador) es igual al voltaje aplicado Vc. En este punto se dice que el condensador está «completamente cargado» con electrones.,

la fuerza o velocidad de esta corriente de carga está en su valor máximo cuando las placas están completamente descargadas (condición inicial) y reduce lentamente su valor a cero a medida que las placas se cargan hasta una diferencia de potencial a través de las placas de condensadores igual a la tensión de la fuente.

la cantidad de diferencia de potencial presente a través del condensador depende de cuánta carga se depositó en las placas por el trabajo que se realiza por el voltaje de la fuente y también por cuánta capacitancia tiene el condensador y esto se ilustra a continuación.,

El condensador de placas paralelas es la forma más simple de condensador. Se puede construir utilizando dos placas metálicas o metalizadas a una distancia paralela entre sí, con su valor de capacitancia en Farads, siendo fijado por la superficie de las placas conductoras y la distancia de separación entre ellas. La alteración de cualquiera de estos valores altera el valor de su capacitancia y esto forma la base de operación de los condensadores variables.,

Además, debido a que los condensadores almacenan la energía de los electrones en forma de una carga eléctrica en las placas, cuanto más grandes sean las placas y/o menor sea su separación, mayor será la carga que el condensador mantiene para cualquier voltaje dado a través de sus placas. En otras palabras, placas más grandes, menor distancia, más capacitancia.,

aplicando un voltaje a un condensador y midiendo la carga en las placas, la relación de la carga Q A la tensión V dará el valor de capacitancia del condensador y por lo tanto se da como: C = Q/V esta ecuación también se puede reorganizar para dar la fórmula familiar para la cantidad de carga en las placas como: Q = C X v

aunque hemos dicho que la carga se almacena en las placas de un condensador, es más exacto decir que la energía dentro de la carga se almacena en un «campo electrostático» entre los dos platos., Cuando una corriente eléctrica fluye hacia el condensador, se carga, por lo que el campo electrostático se vuelve mucho más fuerte a medida que almacena más energía entre las placas.

del mismo modo, a medida que la corriente que fluye fuera del condensador, descargándolo, la diferencia de potencial entre las dos placas disminuye y el campo electrostático disminuye a medida que la energía se mueve fuera de las placas.

La propiedad de un capacitor para almacenar carga en sus placas en forma de un campo electrostático se llama la Capacitancia del condensador., No solo eso, sino que la capacitancia es también la propiedad de un condensador que resiste el cambio de voltaje a través de él.

La Capacitancia de un condensador

La capacitancia es la propiedad eléctrica de un condensador y es la medida de la capacidad de un condensador para almacenar una carga eléctrica en sus dos placas con la unidad de capacitancia siendo el Farad (abreviado como F) nombrado después del físico Británico Michael Faraday.

La Capacitancia se define como que un condensador tiene la capacitancia de un Farad cuando una carga de un Coulomb se almacena en las placas por un voltaje de un voltio., Tenga en cuenta que la capacitancia, C es siempre positiva en valor y no tiene unidades negativas. Sin embargo, el Farad es una unidad de medida muy grande para usar por sí sola, por lo que los sub-múltiplos del Farad se usan generalmente como micro-farads, nano-farads y pico-farads, por ejemplo.

unidades estándar de capacitancia

capacitancia de un condensador de placa paralela

La Capacitancia de un condensador de placa paralela es proporcional al área, A en metros 2 de la más pequeña de las dos placas e inversamente proporcional a la distancia o separación, d (i. e., el espesor dieléctrico) expresado en metros entre estas dos placas conductoras.

la ecuación generalizada para la capacitancia de un condensador de placa paralela se da como: C = ε(A/d) donde ε representa la permitividad absoluta del material dieléctrico utilizado. La constante dieléctrica, eo también conocida como la» permitividad del espacio libre » tiene el valor de la constante 8.84 x 10-12 Farads por metro.,

para hacer las matemáticas un poco más fáciles, esta constante dieléctrica de espacio libre, eo, que se puede escribir como: 1/(4π x 9×109), también puede tener las unidades de picofaradas (pF) por metro como la constante que da: 8.84 para el valor del espacio libre. Nota a pesar de que el valor de capacitancia será en picofaradios y no en faradios.

generalmente, las placas conductoras de un condensador están separadas por algún tipo de material aislante o gel en lugar de un vacío perfecto., Al calcular la capacitancia de un condensador, podemos considerar la permitividad del aire, y especialmente del aire seco, como el mismo valor que un vacío, ya que están muy cerca.

ejemplo de capacitancia No1

un condensador está construido a partir de dos placas metálicas conductoras de 30 cm x 50 cm que están espaciadas 6 mm entre sí, y utiliza aire seco como su único material dieléctrico. Calcular la capacitancia del condensador.,

entonces el valor del condensador que consiste en dos placas separadas por aire se calcula como 221pF o 0.221 nF

el dieléctrico de un condensador

así como el tamaño total de las placas conductoras y su distancia o espaciamiento entre sí, otro factor que afecta la capacitancia total del dispositivo es el tipo de material dieléctrico siendo usado. En otras palabras, la Permitividad» (ε) del dieléctrico.,

Las placas conductoras de un condensador generalmente están hechas de una lámina metálica o una película metálica que permite el flujo de electrones y carga, pero el material dieléctrico utilizado siempre es un aislante. Los diversos materiales aislantes utilizados como dieléctrico en un condensador difieren en su capacidad para bloquear o pasar una carga eléctrica.

Este material dieléctrico se puede hacer de una serie de materiales aislantes o combinaciones de estos materiales con los tipos más comunes utilizados: aire, papel, poliéster, polipropileno, Mylar, cerámica, vidrio, aceite o una variedad de otros materiales.,

el factor por el cual el material dieléctrico, o aislante, aumenta la capacitancia del condensador en comparación con el aire se conoce como la constante dieléctrica, k y un material dieléctrico con una constante dieléctrica alta es un mejor aislante que un material dieléctrico con una constante dieléctrica más baja. La constante dieléctrica es una cantidad adimensional ya que es relativa al espacio libre.,en las placas es entonces el producto de la permitividad del espacio libre (eo) y la permitividad relativa (er) del material que se utiliza como el dieléctrico y se da como:

permitividad compleja

En otras palabras, si tomamos la permitividad del espacio libre, eo como nuestro nivel para uno, cuando el vacío del espacio libre es reemplazado por algún otro tipo de material aislante, su permitividad de su dieléctrico se hace referencia al dieléctrico base del espacio libre dando un factor de multiplicación conocido como «permitividad relativa», er., Así que el valor de la permitividad compleja, ε siempre será igual a la permitividad relativa veces uno.

Las unidades típicas de permitividad dieléctrica, ε O constante dieléctrica para materiales comunes son: vacío puro = 1.0000, aire = 1.0006, papel = 2.5 a 3.5, vidrio = 3 a 10, Mica = 5 a 7, madera = 3 a 8 y polvos de óxido metálico = 6 a 20, etc., Esto nos da una ecuación final para la capacitancia de un condensador como:

un método utilizado para aumentar la capacitancia general de un condensador mientras mantiene su tamaño pequeño es «intercalar» más placas juntas dentro de un solo cuerpo de condensador. En lugar de solo un conjunto de placas paralelas, un condensador puede tener muchas placas individuales conectadas entre sí aumentando así el área de superficie, A de las placas.

para un condensador de placa paralela estándar como se muestra arriba, el condensador tiene dos placas, etiquetadas A y B., Por lo tanto como el número de placas del condensador es dos, podemos decir que n = 2, donde «n» representa el número de placas.

entonces nuestra ecuación anterior para un solo condensador de placa paralela debería ser:

Sin embargo, el condensador puede tener dos placas paralelas, pero solo un lado de cada placa está en contacto con el dieléctrico en el medio, ya que el otro lado de cada placa forma el exterior del condensador. Si tomamos las dos mitades de las placas y las unimos, efectivamente solo tenemos «una» placa entera en contacto con el dieléctrico.,

ahora supongamos que tenemos un condensador compuesto por 9 placas intercaladas, luego n = 9 como se muestra.

Multi-placa de Condensador

Ahora tenemos cinco placas conectadas a un cable conductor (A) y cuatro placas para el otro (B). Entonces ambos lados de las cuatro placas conectadas al plomo B están en contacto con el dieléctrico, mientras que solo un lado de cada una de las placas externas conectadas a A está en contacto con el dieléctrico., Entonces como arriba, la superficie útil de cada juego de placas es solo ocho y su capacitancia se da como:

Los condensadores modernos se pueden clasificar de acuerdo con las características y propiedades de su dieléctrico aislante:

• baja pérdida, alta estabilidad como Mica, cerámica Low-K, poliestireno.
• Pérdida Media, estabilidad Media como papel, película de Plástico, Cerámica De alta K.
• condensadores polarizados tales como electrolíticos, tantalio.,

Voltaje nominal de un condensador

todos los condensadores tienen un voltaje nominal máximo y al seleccionar un condensador se debe tener en cuenta la cantidad de voltaje que se aplicará a través del condensador. La cantidad máxima de voltaje que se puede aplicar al condensador sin dañar su material dieléctrico generalmente se indica en las hojas de datos como: WV, (voltaje de trabajo) o como WV DC, (Voltaje de trabajo de CC).,

si el voltaje aplicado a través del condensador se vuelve demasiado grande, el dieléctrico se descompondrá (conocido como ruptura eléctrica) y se producirá un arco entre las placas del condensador, lo que resultará en un cortocircuito. La tensión de trabajo del condensador depende del tipo de material dieléctrico utilizado y su espesor.

el voltaje de funcionamiento de CC de un condensador es solo eso, el voltaje máximo de CC y no el voltaje máximo de CA, ya que un condensador con una clasificación de voltaje de CC de 100 voltios CC no puede someterse de forma segura a un voltaje alterno de 100 voltios., Dado que un voltaje alterno que tiene un valor RMS de 100 voltios tendrá un valor máximo de más de 141 voltios! (√2 x 100).

entonces un condensador que se requiere para operar a 100 voltios de CA debe tener una tensión de trabajo de al menos 200 voltios. En la práctica, un condensador debe seleccionarse de manera que su voltaje de funcionamiento, ya sea CC o CA, sea al menos un 50 por ciento mayor que el voltaje efectivo más alto que se le aplique.

otro factor que afecta el funcionamiento de un condensador es la fuga dieléctrica., La fuga dieléctrica ocurre en un condensador como resultado de una corriente de fuga no deseada que fluye a través del material dieléctrico.

generalmente, se asume que la resistencia del dieléctrico es extremadamente alta y que un buen aislante bloquea el flujo de corriente continua a través del condensador (como en un condensador perfecto) de una placa a la otra.,

sin embargo, si el material dieléctrico se daña debido a un voltaje excesivo o una temperatura excesiva, la corriente de fuga a través del dieléctrico se volverá extremadamente alta, lo que resultará en una pérdida rápida de carga en las placas y un sobrecalentamiento del condensador que finalmente resultará en una falla prematura del condensador. Entonces nunca utilice un condensador en un circuito con voltajes más altos que el condensador está clasificado porque de lo contrario puede llegar a ser caliente y explotar.,

Introducción a condensadores resumen

hemos visto en este tutorial que el trabajo de un condensador es almacenar carga eléctrica en sus placas. La cantidad de carga eléctrica que un condensador puede almacenar en sus placas se conoce como su valor de capacitancia y depende de tres factores principales.

• superficie-el área de superficie, A de las dos placas conductoras que componen el condensador, cuanto mayor es el área, mayor es la capacitancia.
• distancia-la distancia, d entre las dos placas, cuanto menor es la distancia, mayor es la capacitancia.,
• material dieléctrico: el tipo de material que separa las dos placas llamadas «dieléctricas», cuanto mayor sea la permitividad del dieléctrico, mayor será la capacitancia.

también hemos visto que un condensador consiste en placas de metal que no se tocan entre sí, sino que están separadas por un material llamado dieléctrico. El dieléctrico de un condensador puede ser aire, o incluso un vacío, pero generalmente es un material aislante no conductor, como papel encerado, vidrio, mica, diferentes tipos de plásticos, etc., El dieléctrico proporciona las siguientes ventajas:

• La Constante dieléctrica es la propiedad del material dieléctrico y varía de un material a otro aumentando la capacitancia por un factor de k.
• el dieléctrico proporciona soporte mecánico entre las dos placas permitiendo que las placas estén más juntas sin tocar.
• la Permitividad del dieléctrico aumenta la capacitancia.
• El dieléctrico aumenta la tensión máxima de funcionamiento en comparación con el aire.,

Los condensadores se pueden usar en muchas aplicaciones y circuitos diferentes, como bloquear la corriente continua mientras pasan señales de audio, pulsos o corriente alterna u otras formas de onda que varían en el tiempo. Esta capacidad de bloquear las corrientes de CC permite que los condensadores se utilicen para suavizar los voltajes de salida de las fuentes de alimentación, para eliminar picos no deseados de las señales que de otro modo tenderían a causar daños o activación falsa de semiconductores o componentes digitales.,

Los condensadores también se pueden usar para ajustar la respuesta de frecuencia de un circuito de audio, o para acoplar etapas de amplificador separadas que deben protegerse de la transmisión de corriente continua.

en DC un condensador tiene impedancia infinita (circuito abierto), a muy altas frecuencias un condensador tiene impedancia cero (cortocircuito). Todos los condensadores tienen una clasificación de voltaje de trabajo máximo, su WV DC así que seleccione un condensador con una clasificación al menos 50% más que la tensión de alimentación.,

hay una gran variedad de estilos y tipos de condensadores, cada uno con su propia ventaja, desventaja y características particulares. Incluir todos los tipos haría que esta sección del tutorial sea muy grande, por lo que en el siguiente tutorial sobre la introducción a los condensadores los limitaré a los tipos más utilizados.