Capacitores

Capacitores Un capacitor está compuestos de dos terminales cuyo propósito primario es introducir capacitancia a un circuito eléctrico. La capacitancia se define como la razón de carga almacenada a la diferencia de voltaje entre dos placas o alambres conductores. C=Q/V Q = carga almacenada V = diferencia de potencial entre bornes Un capacitor es un elemento de dos terminales que consta de dos placas conductoras separadas por un material no conductor. La carga eléctrica se almacena en las placas, y el espacio entre las placas se llena con un material dieléctrico. En su funcionamiento normal, las dos placas poseen el mismo valor de carga pero de signos contrarios. El valor de la capacitancia es proporcional al área superficial del material dieléctrico e inversamente proporcional a su espesor. Para obtener mayor capacitancia se requiere de una estructura muy delgada con un área grande. Simbolo del Capacitor

ASOCIACION DE CAPACITORES CAPACITORES EN SERIE Por ejemplo la capacidad equivalenete de 3 capacitores en serie es : 1/c equiv = (1/ c1)+ (1/ c2)+ (1/ c3) Como regla podemos pensar que es como resistencias en paralelo CAPACITORES EN PARALELO Por ejemplo la capacidad equivalenete de 3 capacitores en paralelo es : C equiv =C1 + C2 + C3 Como regla podemos pensar que es como resistencias en serie Capacitor Sólido: Este tipo de condensador es justamente el que se ha comenzado a utilizar en las placas madres, a diferencia del condensador de electrolito, el condensador sólido utiliza una combinación de Polímero orgánico sólido (Solid Organic Polymer), están recubiertos por una carcasa de aluminio laminado y sellados herméticamente, también son del tipo radial con 2 conectores polarizados.

Esta imagen podemos ver la composición de un capacitor sólido, la diferencia con el capacitor electrolítico a nivel estructural es el material dieléctrico usado y el revestimiento, que a la larga son los que hacen la diferencia entre ambos. Capacitor Electrolítico vs capacitor sólido. Composición.

En la imagen izquierda podemos ver la composición interna del condensador sólido, la sustancia verde representa el Polímero orgánico sólido, en la imagen de la derecha en tanto tenemos el condensador electrolítico, como pueden ver ambos tienen dos conectores de polaridad positiva y negativa, también están acompañados por una capa de aluminio y oxigeno (Al2O3) con 2 Átomos de aluminio y 3 átomos de Oxigeno, si es que las escasas lecciones de química que tuve tiempo atrás no me fallan. Estructuralmente son muy parecidos pero la diferencia la hace el compuesto interno que tienen polímero vs electrolito. Y desde luego el revestimiento de aluminio para el capacitor sólido. Ventajas del Capacitor Sólido sobre el electrolítico. Ya hemos visto las diferencias estructurales y de composición, pero que ventajas otorga el Capacitor sólido sobre el electrolítico para que los fabricantes de placas madres los utilicen como algo destacable, incluso más que el propio chipset de la placa. Bueno aquí mencionaremos algunas y mas adelante verán unos gráficos comparativos para avalar estos argumentos. • • •

Resistencia a la impedancia: Resistencia a las variaciones de energía Mucho más durables

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Resistencia a las Altas temperaturas No se revientan como los condesadores electrolíticos Debido a su composición orgánica son más amigables para el medio ambiente Son más seguros

Estas características son las que lleva a Fabricantes como GIGABYTE a prometer ciertas características en sus productos, como Placas más estables, durables, fiables, con mejor rendimiento en el overclock.

Existen diversos tipos de capacitores en los sistemas de car-audio. En este articulo vamos a hablar de los capacitores que se utilizan para "ayudar" a la batería cuando se precisan grandes cantidades de energía en momentos muy cortos. Un capacitor "de aguante" se conecta al amplificador casi de la misma manera a la que está conectada la batería. El polo positivo del capacitor está conectado al positivo de la batería, y el negativo a tierra

Los capacitores "de aguante", se utilizan como soporte cuando se requiere mucha cantidad de energía en un momento determinado. Cuando el voltaje sube, el capacitor absorbe esa energía sobrante, y la almacena. Cuando el voltaje comienza a bajar, el capacitor va a entregar esa energía acumulada, tratando de mantener el voltaje siempre alto. La capacidad del capacitor de entregar y absorver energía depende de la energía de entrada y de salida, las características especificas del transformador usado, etc. Fuente de poder sin un capacitor: Aquí observamos el diagrama de la salida de voltaje sin usar el capacitor: usted puede ver que el voltaje fluctua mucho, debido a que el alternador no puede entregar toda le energía que se le pide, o existe algún dispositivo en el auto que está consumiendo demasiada energía irregularmente, etc.

Fuente de poder con un capacitor: En este diagrama, usted puede ver que el capacitor está conectado a la fuente de poder. Usted puede ver que la salida de la fuente de poder, ahora es mucho mas suave, sin tantos saltos bruscos.

Fuente de poder con un capacitor y con una resistencia: Este diagrama nos muestra, como un capacitor en serie con una resistencia hace que el capacitor suavice mucho más los saltos en la salida de poder.

Los capacitores "de aguante" y los amplificadores: Este diagrama nos muestra como el voltaje de un alternador cae rápidamente, ya que el alternador no puede responder rapidamente para elevar el voltaje cuando el amplificador se lo pide.

Este diagrama nos muestra que es lo que un capacitor puede llegar ayudar en un sistema de audio de un auto: el capacitor se carga, y cuando el amplificador le pide mucha energía (supongamos que estamos escuchando marcha o rap, el amplificador al reproducir los golpes "booms" de la música, necesita mucha energía para mover el parlante), si el capacitor cumple su trabajo, la energía que el alternador no le puede dar, se la va a dar el capacitor, manteniendo el voltaje constante (si el voltaje no disminuye, la música no va a distorsionar) Anteriormente dije "si el capacitor cumple su trabajo", debido a esto: Siempre hubo una discusión de si el capacitor ayuda o no a tener un volumen mas alto. Creo que esto es falso, debido a que en tal caso, el capacitor lo que va a hacer es que cuando el amplificador le pida energía, se la va a dar. Si el amplificador no obtiene la energía necesaria, distorsiona. Si la obtiene, no distorsiona. Entonces un capacitor va a ayudar a

mejorar la calidad del sonido, pero me parece dificil que un capacitor incremente el poder de un equipo de audio.

GENERALIDADES Estos componentes deben operar a frecuencias altas, por lo que deben presentar bajas inductancias y pérdidas. En términos generales, se pueden utilizar capacitores con diélectrico plástico o cerámico, dependiendo de la aplicación. Sin embargo, en muchos casos se prefiere el uso de capacitores hechos especialmente para aplicaciones de conmutación. La frecuencia de resonancia de un capacitor se puede determinar por medio de los elementos parásitos, los cuales implican una resistencia y una inductancia propias del capacitor. En general, el capacitor se modela con el siguiente circuito equivalente:

Conectando varios capacitores en paralelo se logra una reducción de la impedancia. Por lo tanto, conectando n capacitores en paralelo se obtiene un capacitor con:

TIPOS DE CAPACITORES Existen diversos tipos de capacitores, los cuales posee propiedades y carcaterísticas físicas diferentes, entre los cuales se encustran: Característias de los capacitores eléctricos de aluminio: Son populares debido a su bajo costo y gran capacitancia por unidad de volumen Existen en el mercado unidades polarizadas y no polarizadas. Son del tipo de hojas metálicas, con un electrólito que puede ser acuoso, en pasta o "seco" (sin agua). La capacitancia está estrechamente relacionada con la temperatura y puede decrecer en un orden de magnitud desde la temperatura ambiente hasta -55° C. Esta variación se reduce en capacitores de primera calidad y en productos recientes con formulaciones electrolíticas más complicadas. No están diseñados para aplicaciones a frecuencias elevadas, y la impedancia puede alcanzar un valor mínimo a frecuencias tan bajas como 10 kHz. La corriente de fuga disminuye durante la operación. En el uso normal , la corriente de fuga aumenta con el voltaje aplicado y con la temperatura. Como guía muy general, la corriente se duplica a medida que el voltaje aplicado se incrementa del 50 al 100% del valor nominal, y se duplica por cada 25° C de aumento en la temperatura. Presentan un decremento gradual en capacitancia sobre un largo periodo, debido a la pérdida de electrólito a través de los sellos, aunque con los tipos recientes de empaque se ha reducido de manera significativa este deterioro, y los capacitores presentan en la actualidad un decremento del 10%, o menor, al cabo de 10 000 horas. Otro problema que debe observarse implica el empleo de ciertos agentes limpiadores en los tableros de circuitos impresos. El cloro de los solventes de hidrocarburos halogenados, como el freón, puede penetrar por los sellos y atacar la estructura interna del aluminio, provocando la falla en poco tiempo. Para la limpieza se recomienda xileno, alcoholes y ciertos tipos de detergentes exentos de cloro. Característica de los capacitores eléctricos de tantalio: Son más flexibles y confiables, y presentan mejores características que los electrolíticos de aluminio, pero también su costo es mucho más elevado. Existen tres tipos: Capacitores de hojas metálicas (láminas): Se elaboran del mismo modo que los electrolíticos de aluminio Los alambres conductores de tantalio se sueldan por puntos tanto a la lámina del ánodo como a la del cátodo,las cuales se arrollan después con separadores de papel en un rollo compacto. Este rollo se inserta dentro de una envoltura metálica y, a fin de mejorar el rendimiento, se agrega un electrólito idóneo, como etilenglicol o dimetilformamida con nitruro de amonio, pentaborato de amonio o polifosfatos. Capacitores de hojas de tantalio

Existen en el mercado en tamaños que varían de 0.12 hasta 3 500 mF a voltajes hasta de 450 V La mayor parte de las aplicaciones para este tipo de capacitor se encuentran en los intervalos de voltaje superiores, en los que no es posible aplicar los condensadores de tantalio húmedo, y cuando se requieren calidades superiores a las de los electrolíticos de aluminio, a pesar del mayor costo. Las desventajas, en comparación con otros tipos de capacitores de tantalio,son: gran tamaño, elevadas corrientes de fuga y gran variación en la capacitancia con la temperatura. La principal aplicación de estos condensadores se encuentra en filtros de fuentes de alimentación. Capacitores de tantalio sólido: Parecido a la versión húmeda, en cuanto a sus etapas iniciales de manufactura. No hay líquido que se evapore, y el electrólito sólido es estable. La variación de la capacitancia es muy pequeña: ±10% respecto de su valor a temperatura ambiente en todo el intervalo de temperatura desde -55 hasta 125° C. Por desgracia, ni el electrólito ni el dieléctrico presentan las cualidades de autorreparación asociadas con otros capacitores electrolíticos. Para proteger los condensadores de fallas tempranas debidas a defectos del óxido y del electrólito se recomienda su envejecimiento conectado durante 100 h a voltaje nominal y temperatura máxima, empleando una fuente de energía de baja impedancia. Además, se recomienda que el voltaje de operación no exceda el 60% del voltaje nominal. Características de los capacitores eléctricos de Cerámica Bajo costo, reducido tamaño, amplio intervalo de valor de capacitancia y aplicabilidad general en la electrónica. Son particularmente idóneos para aplicaciones de filtrado, derivación y acoplamiento de circuitos híbridos integrados, en las que es posible tolerar considerables cambios en la capacitancia. Se elaboran en forma de disco, como capacitores de capas múltiples o monolíticos, o en forma tubular. El material dieléctrico es principalmente titanato de bario, titanato de calcio o dióxido de titanio con pequeñas cantidades de otros aditivos para obtener las características deseadas. Caracteristicas de los capacitores eléctricos de papel o plastico: El papel, el plástico y las combinaciones de ambos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como filtrado, acoplamiento, derivación, cronometraje y suspensión de ruido Son capaces de funcionar a altas temperaturas, poseen alta resistencia de aislamiento, buena estabilidad. La propiedad de autorreparación de las películas metálicas es bastante útil en ciertas aplicaciones. La disponibilidad de películas extremadamente delgadas y la gran variedad de materiales proporciona la flexibilidad necesaria para un gran intervalo de aplicaciones. La capacitancia varía con la temperatura de un dieléctrico a otro. Los capacitores de papel y plástico pueden emplearse a altas frecuencias, según el tamaño y la longitud de las puntas.

Característica de los capacitores de mica y vidrio: Los capacitores con dieléctrico de mica y vidrio se aplican cuando se requiere carga eléctrica alta y excelente estabilidad con respecto a la temperatura y frecuencia. Los capacitores de mica existen en el mercado con una gran diversidad detamaños. Tanto los capacitores de mica como los de vidrio son estables con respecto a la temperatura. Para algunos valores de capacitancia es posible que el coeficiente de temperatura sea cero. Ambos tipos de capacitores pueden operar a alta frecuencia. La frecuencia de autorresonancia es de unos 10 MHz para grandes valores del capacitor y mayor de 100 MHz para valores más pequeños. En términos generales podemos decir que la capacitancia es la cualidad que tienen los diferentes tipos de condensadores para liberar una cierta cantidad de energía en un determinado momento. Hoy en día los condensadores son de mucha utilidad para la fabricación de equipos electónicos, como radios, ordenadores, televisores, etc., ellos proporcionan el almacenamiento temporal de la energía en un circuito. Todas esta teorias de la capacitancia de los condesadores que hoy se utilizan nacieron gracias a la iniciativa de el científico Michael Faraday, ya que su Experimental Researches in Electricity, a finales de siglo XIX pudo descubrir gran parte de lo que conocemos como la Leyes de Electricidad y Magnetismo. Capacitores Sólidos y Electrolíticos:

Actualmente este tipo de elementos los podemos encontrar en un sin fin de placas electrónicas o PCB (Printed Circuit Board/Placa de Circuito Impreso), utilizadas en aparatos como: Televisores, Radios, Reproductores DVD/VHS, Monitores, Fuentes de poder, tarjetas de video y desde luego las Placas madres (entre otros dispositivos), pero el más usado en las placas madres es el capacitor Electrolítico y hace algún tiempo y en menor medida se ha comenzado a utilizar el Capacitor sólido. Pero veamos que son cada uno de ellos, sus diferencias y como están conformados. Capacitor Electrolítico: Es más común, debe su nombre al material dieléctrico que contienen, el cual consiste en un acido llamado electrolito y que se aplica en estado líquido, si alguna vez has visto un condensador reventado o filtrado, el liquido que sale desde su interior es justamente el ácido electrolito. Están cubiertos por un delgado revestimiento con dos patillas de distinta polaridad.