1. Dibuje la estructura típica de un capacitor. ¿Que factores físicos determinan la capacidad? Defina la capacidad en función de estos parámetros y de la constante del dieléctrico utilizado
C = K * Eo * S/d
Donde: C, es la capacidad del capacitor
K, es la constante del dieléctrico
Eo, es la constante dieléctrica del vacío
S, es la superficie de las placas
d, es la separación de las placas
*Factores que afectan la capacidad
a)La superficie de las placas: es un factor importantísimo para determinar la cantidad de capacitancia, puesto que la capacidad varía en proporción directa con la superficie de las placas. De este modo el aumento de la superficie de la placa incrementa la capacitancia, mientras que su disminución la hace mermar.
La mayor superficie de placa aumenta la capacidad.
b) La distancia entre las placas: el efecto que tiene dos cuerpos cargados entre ellos depende de la distancia que los separa .Como la acción de capacitancia depende de 2 placas y de la dif. De sus cargas, la capacidad varia cuando se modifica la distancia entre las placas.
La capacidad de 2 placas aumenta a medida que las placas se acercan y disminuye cuando se alejan.
C) Cambiando el material dieléctrico: la capacidad se modificara si se utilizan como dielectricos materiales distintos. El efecto de los distintos materiales, es comparable al del aire, o sea que si un condensador tiene una capacitancia dada cuando se utiliza aire como dieléctrico, otros materiales, en vez de aire, multiplicaran la capacidad en cierta medida. A esta medida se le denomina: constante dieléctrica.
2.
¿Que es la constante
dieléctrica? Tabla con constantes dieléctricas de distintos materiales
Definición de Permitividad relativa o Constante
dieléctrica
La Permitividad relativa o constante dieléctrica es
una constante física adimencional (no tiene unidades) que describe como un
campo eléctrico afecta un material. Ver Polarizazión de un dieléctrico
Dieléctrico de un capacitor
Se sabe que el valor de la capacidad de un capacitor está dada por la siguiente fórmula: C = Q / V
Determinando la
capacidad C en función de las características físicas del condensador.
Cuando un capacitor está
formando por dos placas separadas entre si y entre ellas hay un vacío. El valor
de la capacidad es: C = εo a/d.
Donde:
a = área de cada placa en m2
d = distancia entre placas en metros
εo = constante
dieléctrica (vacío), cuyo valor es: 8.85 x 10-12faradio/metro
Si se introduce un dieléctricoentre
las placas, la capacidad aumentará en un factor εr.
Entonces: C = εo εr a/d ó C = ε a/d
- εr es
la constante dieléctricarelativa
y depende de las propiedades físicas de la sustancia empleada.
- ε es la constante
dieléctricaabsoluta.
Existe gran diferencia entre los valores de las constantes dieléctricas de diferentes sustancias. Algunos ejemplos importantes de constantes dieléctricas
se muestran en la tabla anterior.
3.
Defina la capacidad
eléctrica y sus unidades (submúltiplos
más comunes)
En electromagnetismo y eléctronica, la capacitancia o capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:
donde:
es la capacidad, medida en faradios; esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o pico-faradio.
es la carga eléctrica almacenada, medida en coulomb;
es la diferencia de potencial (o tensión), medida en volt.
4.
Al comprar un capacitor ¿que
parámetros se indican comúnmente al vendedor?
El valor nominal (la capacidad), en pico-faradio, microfaradio, etc.
La máxima tensión de trabajo en voltios
Dependiendo del fabricante también puede venir indicados otros parámetros como:
La temperatura
La máxima frecuencia a la que pueden trabajar
5. Indique como se muestra el
valor de la capacidad y la tensión maxima de trabajo en distintos capacitores:
cerámica, tantalio, poliéster y electrolíticos.
Capacitores Ceramicos
En algunos casos el valor esta dado por tres números..
1º número = 1º guarismo de la capacidad.
2º número = 2º guarismo de la capacidad.
3º número = multiplicador (número de ceros)
Ejemplo:104 = 100.000 = 100.000 picofarad ó = 100 nanofarads
b) En otros casos esta dado por dos números y una letra mayúscula.
Igual que antes, el valor se da en picofarads.
Ejemplo:
47J = 47pF, 220M = 220pF
Para realizar la conversión de un valor a otro, te puedes guiar por la siguiente tabla...
Capacitores de Tantalio:
Actualmente estos capacitores no usan el código de colores. Con el código de marcas la capacidad se indica en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. El terminal positivo se indica con el signo +
Capacitor de Poliester:
Además de ir identificado como un sistema que ya hemos visto, pueden marcarse con otro sistema que utiliza la letra griega "µ". Así pues, un condensador de 100.000 picofaradios, lo podemos encontrar marcado indistintamente como 10nf - .01 - µ10.
En la practica la letra µ sustituye al "0", por tanto µ01 equivale a 0.01 microfaradios. Entonces, si encontramos condensadores marcados con µ1 - µ47 -µ82, tendremos que leerlo como 0.1µ - 0.47µ -0.82 microfaradios.
También en los capacitores de poliéster, al valor de la capacidad, le siguen otras siglas o números que pudieran despistar. Por ejemplo 1k, se puede interpretar como 1 kilo, es decir, 1000pf, ya que la letra "K" se considera el equivalente a 1000, mientras que su capacidad es en realidad 1 microfaradio.
La sigla .1M50 se puede interpretar erróneamente como 1.5 microfaradios porque la letra "M" se considera equivalente a microfaradios, o bien en presencia del punto, 150.000 picofaradios, mientras que en realidad su capacidad es de 100.000 picofaradios.
Las letras M, K o J presentes tras el valor de la capacidad, indican la tolerancia:
M = tolerancia del 20%
K = tolerancia del 10%
J = tolerancia del 5 %
Tras estas letras, aparecen las cifras que indican la tensión de trabajo.
Por ejemplo:
.15M50 significa que el condensador tiene una capacidad de 150.000 picofaradios, que su tolerancia es M = 20% y su tensión máxima de trabajo son 50 voltios
Capacitor electrolitico:
Estos capacitores siempre indican la capacidad en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. Dependiendo del fabricante también pueden venir indicados otros parámetros como la temperatura y la máxima frecuencia a la que pueden trabajar.
6.Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una fuente de alimentación continua. Explique que sucede en el instante de la conexión y después que el capacitor se cargó, haga gráficos
Al cerrar la llave los electrones se depositan en las placas del capacitor, cuando el capacitor esta cargado, teoricamente se dice que la tensión del capacitor es igual a la de la fuente de tensión.
En el circuito, hay corriente recorriendolo, pero no por el capacitor debido a que entre las placas del capacitor hay un dielectrico que no permite la circulación de corriente por el capacitor.
7.Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una fuente de alimentación alterna senoidal. Explique que sucede para cada hemiciclo ¿circula corriente por el capacitor? ¿y por el circuito?
Al conectar una CA senoidal a un condensador circulará una corriente, también senoidal, que lo cargará, originando en sus bornes una caída de tensión, cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de. Al decir que por el condensador "circula" una corriente, se debe puntualizar que, en realidad, dicha corriente nunca atraviesa su dieléctrico. Lo que sucede es que el condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de v(t), por lo que la corriente circula externamente entre sus armaduras.
(En el momento en el que el capacitor se carga, la corriente es 0. Luego en el semi-ciclo negativo, el capacitor se descarga y cuando el capacitor termina de descargarse, la tension vuelve a ser maxima).
8. Para que se utilizan los
capacitores en electrónica. De ejemplos.
Se llama condensador a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El condensador está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.
En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q -) y la otra positivamente (Q +) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el condensador se encuentra cargado con una carga Q.
9.Explique que limita el uso de los capacitores en
altas frecuencias. Cuales son los capacitores mas adecuados para ellas
El uso de capacitores en alta frecuencia se limita un poco al tamaño. El tiempo que tarda en cargar y descargar tiene que ser muy breve. Por eso para ese tipo de frecuencias los más adecuados son los capacitores cerámicos, que poseen un tamaño chico y por sus propiedades permite cargarse y dsecargarse rápido, otros que también pueden ser utilizados son los de mica.
A diferencia de los capacitores comunes, los capacitores electrolíticos se han desarrollado para lograr grandes capacidades en dimensiones físicas reducidas.Este capacitor se logra con un dieléctrico especial. La capacidad de un capacitor tiene la siguiente fórmula:C = EA / ddonde:
- A = superficie
- d = separación de placas
- E = constante dieléctrica
Si el valor de la constante dieléctrica (E) aumenta, también aumenta la capacitancia del capacitor.
Cuando se fabrica el capacitorelectrolítico, se arrollan dos láminas de aluminio, separadas por un papel absorbente impregnado con el electrolitico.
Después se hace circular una corriente entre las placas, con el propósito de provocar una reacción química que creará una capa de óxido de aluminio que será el dieléctrico (aislante). Ver diagrama.
Físicamente consta de un tubo dealuminio cerrado, dentro del cual se haya el capacitor.
Está provisto de una válvula de seguridad que se abre en caso de que que el electrolito (de allí viene el nombre) entre en ebullición y evitando el riesgo de explosión.
El capacitor electrolítico es un elemento polarizado, por lo que sus terminales no pueden ser invertidas. Generalmente el signo de polaridad viene indicado en el cuerpo del capacitor.
El inconveniente que tienen estos capacitores es que el voltajeltaje permitido entre sus terminales no es muy alto. Si fuera necesario cambiar este capacitor, se debe buscar uno de la misma capacidad y con un voltaje igual o mayor al del capacitor dañado, pero...
No se recomienda utilizar un capacitor de voltaje (dato de fabrica) muy superior al dañado pues, un capacitor que recibe un voltaje mucho menor que para la que fue diseñado, siente que no estuvo polarizado en corriente continua y la capa de óxido de aluminiodisminuye hasta que el elemento falla.
Nota: Este tipo de capacitores deben de utilizarse lo antes posible después de su fabricación.
Si el período de almacenamiento antes de usarlo es muy largo, al no recibir voltaje, se empieza a dañar (se reduce la capa de óxido de aluminio). Es conveniente tomar en cuenta siempre la fecha de fabricación.
Capacitor Electrolitico por fuera:
Capacitor por dentro:
11.Capacitores de tantalio, para que se usan, descríbalos .Comparelo con los electrolicos. Ilustre su estructura interior y exterior
Condensadores de tantalio (tántalos). Es otro condensador electrolítico, pero emplea tantalio en lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas bajas, mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor relación capacidad/volumen.
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.
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.
Capacitor Por Fuera :
Capacitor por dentro:
12.Capacitores sólidos. Usos.
Ilustre su estructura interior y exterior.
Los capacitores sólidos, para empezar estos no contienen ningún material liquido por lo que no se corre peligro de que estos se soplen, también tenemos que los capacitores sólidos presentan menor impedancia a mayores frecuencias por lo que generan menos calor en el circuito, con el beneficio que esto trae en el mundo de las computadoras, los capacitores sólidos también ofrecen una capacitancia más estable a mayores y menores temperaturas por lo que su promedio de vida es de hasta 4 o 5 veces mayor al de un capacitor electrolítico, estos también tienen la característica de ser más pequeños que los electrolíticos, cuando un fabricante los incluye en sus equipos estos se encuentran cerca del procesador o en toda la tarjeta madre.
Cuando falla un capacitor en la tarjeta madre de la PC algunos síntomas son que la maquina se reinicia, inicia pero en determinado tiempo la pantalla se pone negra aunque todo lo demás quede encendido como el fan de la fuente de poder y el led indicador de encendido, altas temperaturas, hay que apagar el equipo completamente y desconectarlo de la corriente para que este vuelva a encender, entre otros.
Capacitor por dentro
Capacitor por dentro
Capacitor por fuera:
13. Capacitores de poliéster. Usos.
Ilustre su estructura interior y exterio
Los condensadores de poliéster son ampliamente utilizados, dado que entre sus características más importantes se encuentran una gran resistencia de aislamiento que le permite conservar la carga por largos periodos de tiempo, un volumen reducido y un excelente comportamiento frente a la humedad y a las variaciones de temperatura. Adicionalmente, en caso de que un exceso de tensión los perfore, el metal se vaporiza en una pequeña zona rodeando la perforación evitando el cortocircuito, lo que le permite seguir funcionando, fenómeno conocido como autorregeneración o autoreparación.
En algunos países o publicaciones se los conoce como “MK”. Se fabrican con capacidades desde 1nF a 100uF y tensiones desde 25V a 4000V. Se los distingue por sus característicos colores vivos, generalmente rojo, amarillo o azul.
Capacitor por fuera:
Capacitor por dentro:
Este tipo de capacitor se utiliza en constantes de tiempo bajas del orden del uS o menores aun. La tolerancia mas común es del 5% y los de valores bajos hasta 100 pF no varían con la temperatura y se denominan NP0. Los valores mayores pueden tener coeficientes de variación con la temperatura positivos o negativos que algunas veces se utilizan para compensar el coeficiente del resistor y lograr una constante de tiempo fija que no varíe con la temperatura.
Por lo general estos capacitores están marcados con lo que se llama el método Japonés que consiste en utilizar un código de 3 cifras en donde las dos primeras cifras indican el valor absoluto del capacitor y la tercera indica la cantidad de ceros que se deben agregar a las dos primeras cifras, para obtener la capacidad en pF.
Capacitor por fuera
Capacitor por dentro:
En algunos casos el valor esta dado por tres números..
1º número = 1º guarismo de la capacidad.
2º número = 2º guarismo de la capacidad.
3º número = multiplicador (número de ceros)
Ejemplo:104 = 100.000 = 100.000 picofarad ó = 100 nanofarads
b) En otros casos esta dado por dos números y una letra mayúscula.
Igual que antes, el valor se da en picofarads.
Ejemplo:
47J = 47pF, 220M = 220pF
Para realizar la conversión de un valor a otro, te puedes guiar por la siguiente tabla...
15.Capacitores variables, Usos. Ilustre su estructura interior y exterior Diodos varicap, explique su funcionamiento, para que se usan, descríbalos su estructura interior y exterior-Dibuje un circuito que ejemplifique su funcionamiento
Un condensador variable es un condensador cuya capacidad puede ser modificada intencionalmente de forma mecánica o electrónica. Son condensadores provistos de un mecanismo tal que, o bien tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o bien tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman trimmers y los segundos condensadores de sincronización, y son muy utilizados en receptores de radio, TV, etcétera, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio.
Capacitor trimmer:
Capacitor Tandem:
El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que el ancho de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V
La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, cuando superman tiene hijos en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensión).
En tecnología de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensión en el diodo, su capacidad varía, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.
Diodo Varicap:
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