Aprenda todo lo que necesita saber sobre los capacitores, incluida la capacitancia, la medición de carga eléctrica y los diferentes tipos de capacitores

 

Los condensadores desempeñan un papel importante en la familia de componentes electrónicos pasivos y sus usos están en todas partes.

¿Recuerdas el flash de tu cámara digital? Los condensadores lo hacen posible. ¿O poder cambiar de canal en tu televisor? De nuevo, condensadores. Son las pequeñas baterías que "pueden", y necesitarás saberlo todo sobre ellas antes de empezar con tu primer proyecto de electrónica.

Es como un sándwich de helado.

En resumen, un condensador almacena una carga eléctrica , como una batería. También conocidos como condensadores , se encuentran en aplicaciones que requieren almacenamiento de energía, supresión de voltaje e incluso filtrado de señales. ¿Y qué aspecto tienen? ¡Pues, un sándwich de helado!

Imagina un delicioso sándwich de helado. Tiene la base en dos lados y una rebanada de helado de vainilla en el centro. Esta composición de dos capas exteriores y una interior es lo que parece un condensador.

¿Ves el parecido?

De esto están hechos:

• Empezando por el exterior. En la parte superior e inferior de un condensador, encontrará un conjunto de placas metálicas, también llamadas conductores. Una carga eléctrica encuentra estas placas metálicas muy atractivas.
• En el centro, entre estas dos placas metálicas, se encuentra un aislante o material que no atrae la electricidad. Este aislante se conoce comúnmente como dieléctrico y puede estar hecho de papel, vidrio, caucho, plástico, etc.
• Conexión. Las dos placas metálicas en la parte superior e inferior de un condensador están conectadas mediante dos terminales eléctricas que lo conectan al resto del circuito. Un extremo del condensador se conecta a la alimentación y el otro a tierra.

Se coloca un material dieléctrico entre dos electrodos conductores.

Condensadores de todas las formas y tamaños

Los condensadores vienen en una variedad de formas y tamaños, que determinan su capacidad para retener la carga. Los tres tipos más comunes de condensadores que encontrará son el condensador cerámico, el condensador electrolítico y el supercondensador.

condensadores cerámicos

Estos son los condensadores con los que probablemente trabajarás en tu primer proyecto electrónico con una placa de pruebas. A diferencia de sus homólogos electrolíticos, los condensadores cerámicos retienen menos carga, pero también tienen menos fugas de corriente. Además, son los condensadores más económicos de todos, ¡así que aprovéchalos! Puedes identificar rápidamente un condensador cerámico de orificio pasante buscando las pequeñas bombillas amarillas o rojas con dos terminales salientes.

condensadores electrolíticos

Estos condensadores se parecen a las pequeñas latas que se encuentran en una placa de circuito impreso y pueden contener una enorme carga eléctrica en su diminuto tamaño. Además, son el único tipo de condensador polarizado, lo que significa que solo funcionan cuando se conectan en una orientación específica. En estos condensadores electrolíticos, hay un pin positivo, llamado ánodo, y un pin negativo, llamado cátodo. El ánodo siempre debe estar conectado a un voltaje más alto. Si lo conectas al revés, con el cátodo recibiendo un voltaje más alto, ¡prepárate para una explosión!

A pesar de su capacidad para almacenar una gran cantidad de carga eléctrica, los condensadores electrolíticos también son conocidos por perder corriente con mayor rapidez que los condensadores cerámicos. Por ello, no son la mejor opción cuando se necesita almacenar energía.

supercondensadores

Los supercondensadores son los superhéroes de la familia de los condensadores y pueden almacenar una gran cantidad de energía. Desafortunadamente, no gestionan bien los excesos de voltaje, y te quedarás sin condensador si superas el voltaje máximo indicado en la hoja de datos. ¡Pum!

A diferencia de los condensadores electrolíticos, los supercondensadores se utilizan para almacenar y descargar energía, de forma similar a una batería. Sin embargo, a diferencia de una batería, los supercondensadores liberan su carga de una sola vez, por lo que nunca se obtendrá la misma vida útil que una batería normal.

Símbolos de condensadores

Identificar un condensador en tu primer esquema es facilísimo, ya que solo hay dos tipos: estándar y polarizado. Observa el símbolo del condensador estándar a continuación. Verás que son solo dos líneas simples con espacio entre ellas. Estas son las dos placas metálicas que encontrarás en la parte superior e inferior de un condensador físico.

El condensador polarizado tiene un aspecto ligeramente diferente e incluye una línea arqueada en la parte inferior, junto con un terminal positivo en la parte superior. Este terminal positivo es fundamental e indica cómo debe cablearse el condensador polarizado. El lado positivo siempre se conecta a la alimentación y el lado del arco a tierra.

¿Quién inventó estas cosas?

Aunque muchos atribuyen al químico inglés Michael Faraday la creación del condensador actual, no fue el primero en inventarlo. El trabajo de Faraday fue importante: demostró los primeros ejemplos prácticos del condensador y cómo usarlo para almacenar una carga eléctrica en sus experimentos. Y gracias a Faraday, también tenemos una forma de medir la carga que un condensador puede contener, conocida como capacitancia, ¡y medida en faradios!

Antes de Michael Faraday, algunos registros señalan al difunto científico alemán Ewald Georg von Kleist como el inventor del primer condensador en 1745. Meses después, un profesor holandés llamado Pieter van Musschenbroek ideó un diseño similar, ahora conocido como la botella de Leyden. Curiosa coincidencia, ¿verdad? Sin embargo, fue pura coincidencia, y a ambos científicos se les ha reconocido por igual la invención inicial del condensador.

El famoso Benjamin Franklin mejoró posteriormente el diseño de la botella de Leyden creado por Musschenbroek. Franklin también descubrió que usar un trozo de vidrio plano era una excelente alternativa a la botella entera. Así nació el primer condensador plano, conocido como Franklin Square.

Condensadores en acción

Analicemos en detalle cómo funcionan estos potentes condensadores con un ejemplo práctico. ¿Has usado una cámara digital antes? Entonces sabes que hay breves instantes entre que pulsas el botón para tomar una foto y que se dispara el flash.

¿Qué está pasando? El flash tiene un condensador que se carga al presionar el botón para tomar una foto. Una vez que la batería de la cámara carga completamente el condensador, ¡toda esa energía explota en un destello cegador!

Cómo funcionan

¿Cómo sucedió todo esto? Aquí les presentamos un vistazo al misterioso mundo del condensador:

1. Comienza con una carga. La corriente eléctrica de una fuente de energía fluye primero hacia un condensador y se atasca en la primera placa. ¿Por qué se atasca? Porque hay un aislante que impide el paso de componentes electrónicos con carga negativa.
2. Las cargas se acumulan. A medida que más electrones se adhieren a esta primera placa, esta se carga negativamente y termina expulsando todos los electrones sobrantes que no puede manejar hacia la otra placa. Esta segunda placa se carga positivamente.
3. La carga se almacena. A medida que las dos placas del condensador se cargan, los electrones negativos y positivos intentan unirse frenéticamente, pero el molesto aislante del centro no lo permite, creando un campo eléctrico. Por eso, el condensador continúa reteniendo y almacenando carga, ya que existe una tensión inagotable entre los lados negativo y positivo de las dos placas que no se resuelve.
4. La carga se libera. Tarde o temprano, las dos placas de nuestro condensador no pueden retener la carga al estar al límite de su capacidad. Pero ¿qué ocurre ahora? Si existe una ruta en el circuito para que la carga eléctrica fluya a otro lugar, todos los electrones del condensador se descargarán, liberando finalmente su tensión mientras buscan otra ruta para unirse.

Midiendo esa carga

¿Cómo se mide la carga almacenada en un condensador? Cada condensador está diseñado para contener una cantidad específica de capacitancia. Esta se mide en faradios, en honor al químico inglés Michael Faraday. Dado que un faradio contiene una tonelada de carga eléctrica, los condensadores se miden generalmente en picofaradios o microfaradios. Aquí tienes una tabla útil que muestra cómo se desglosan estas medidas:

Nombre	Abreviatura	Faradios
Picofarad	pF	0.000000000001 F
Nanofaradio	nF	0.000000001 F
Microfaradio	uF	0.000001 F
Milifarad	mF	0,001 F
Kilofaradio	kF	1000 F

Ahora, para calcular cuánta carga está almacenando actualmente un capacitor, necesitas esta ecuación:

Q = CV

En esta ecuación, la carga total se representa por (Q) , y la relación entre dicha carga se puede hallar multiplicando la capacitancia de un condensador ( C ) por el voltaje aplicado ( V ). Cabe destacar que la capacitancia de un condensador está directamente relacionada con su voltaje. Por lo tanto, cuanto más se aumente o disminuya la fuente de voltaje en un circuito, mayor o menor será la carga del condensador.

Capacitancia en circuitos en paralelo y en serie

Cuando colocas capacitores en paralelo en un circuito, puedes encontrar la capacitancia total sumando todas las capacitancias individuales.

Al conectar condensadores en serie, la capacitancia total del circuito es la inversa de la suma de todas las capacitancias. Por ejemplo, si se conectan dos condensadores de 10 F en serie, la capacitancia total será de 5 F.

Poniendo las tapas a trabajar

Un hombre está arreglando aparatos electrónicos

Ahora que comprendemos bien qué son los condensadores, cómo funcionan y cómo se miden, veamos tres aplicaciones comunes que los utilizan. Esto incluye condensadores de desacoplamiento, almacenamiento de energía y sensores táctiles capacitivos.

condensador de desacoplamiento

Hoy en día, será difícil encontrar un circuito que no incluya un circuito integrado (CI). En este tipo de circuitos, los condensadores desempeñan una función crucial: eliminar todo el ruido de alta frecuencia presente en las señales de la fuente de alimentación que alimentan un CI.

¿Por qué es necesaria esta función para nuestro condensador? Cualquier fluctuación de voltaje puede ser fatal para un circuito integrado e incluso provocar que el chip se apague inesperadamente. Al colocar condensadores entre el circuito integrado y una fuente de alimentación, se reducen las fluctuaciones de voltaje y también actúan como una segunda fuente de alimentación si la alimentación primaria cae lo suficiente como para apagar un circuito integrado.

Almacenamiento de energía

Los condensadores comparten muchas características similares a las baterías, incluyendo su capacidad para almacenar energía. Sin embargo, a diferencia de la batería, los condensadores no pueden almacenar tanta energía. Si bien no pueden mantener la misma cantidad, ¡la compensan con su afán de descargarse lo más rápido posible! Los condensadores pueden entregar energía mucho más rápido que una batería, lo que los convierte en la opción perfecta para alimentar el flash de una cámara, sintonizar una emisora ​​de radio o cambiar de canal en un televisor.

Sensores táctiles capacitivos

Uno de los avances más recientes en las aplicaciones de condensadores se relaciona con la explosión de las tecnologías de pantallas táctiles. Las pantallas de vidrio que componen estos sensores táctiles tienen un revestimiento metálico muy fino y transparente. Al tocar la pantalla con el dedo, se genera una caída de tensión que identifica la ubicación exacta del dedo.

Puesta en práctica: elección de un condensador

Hablemos de lo práctico y de qué buscar al elegir su próximo condensador. Hay cinco variables a considerar:

• Tamaño: Esto incluye tanto el tamaño físico del condensador como su capacitancia total. No se sorprenda si el condensador elegido es la parte más grande de su circuito impreso, ya que cuanto mayor sea la capacitancia necesaria, mayor será su tamaño.
• Tolerancia : Al igual que sus equivalentes, los capacitores, también tienen una tolerancia variable. Encontrará una tolerancia entre ±1 % y ±20 % de su valor anunciado.
• Voltaje máximo: Cada condensador tiene un voltaje máximo que puede soportar. De lo contrario, ¡explotará! Encontrarás voltajes máximos entre 1,5 V y 100 V.
• Resistencia en Serie Equivalente (ESR): Como cualquier otro material físico, las terminales de un condensador tienen una resistencia muy pequeña. Esto puede ser un problema si se debe tener cuidado con el calor y la pérdida de potencia.
• Corriente de fuga: a diferencia de nuestras baterías, los condensadores pierden la carga almacenada. Aunque esta se descarga lentamente, conviene prestar atención a la fuga del condensador si su función principal es almacenar energía.

Todo cargado

Aquí tienes todo lo que necesitas saber sobre condensadores para tu próximo proyecto electrónico. Los condensadores son un grupo fascinante, capaces de almacenar carga eléctrica para diversas aplicaciones, e incluso pueden actuar como fuente de alimentación secundaria para circuitos integrados sensibles. Al trabajar con condensadores, presta especial atención al voltaje máximo posible. De lo contrario, podrías terminar con condensadores explosivos,