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enero 06, 2011

Componentes Electrónicos: Condensadores

Los condensadores (también llamados capacitores), son componentes que están en capacidad de acumular energía eléctrica. Se tiene un condensador en cuanto se sitúan dos conductores próximos entre sí, pero separados por un aislante llamado dieléctrico. Los conductores se hacen generalmente de hojas delgadas de aluminio, y el dieléctrico es una pieza muy delgada o película de un material aislante.

La teoría electrónica de la acción de un condensador, dice que todas las sustancias están hechas por electrones y el flujo o movimientos de estos constituye la corriente eléctrica. Los materiales en los que los electrones son libre de moverse y que ofrecen poca resistencia al flujo de electrones se consideran conductores, en cambio los materiales en los que los electrones están fuertemente ligados a los a su núcleo y, por tanto no libres de alejarse de su núcleo se consideran aislantes.

La unidad de la capacidad  (C), es el faradio, llamado así en honor a Michael Faraday, uno de los primeros científicos.  El faradio se define como la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga de un coulomb, adquiere un potencial electrostático de un voltio. Su símbolo es "F". El faradio es una unidad demasiado grande para fines prácticos por lo que en general se utiliza el microfaradio, su abreviatura es µF. A continuación, se presenta una tabla con los múltiplos y submúltiplos del sistema internacional de unidades para el Faradio.

Tabla de múltiplos y submúltiplos de las unidades de los condensadores según el sistema internacional de unidades.
Existe una gran variedad de condensadores, aunque solo se pueden dividir en dos clases fundamentales: condensadores fijos y condensadores variables.
El condensador que esta construido de forma que solo tenga un valor de capacidad se llama condensador fijo. Dichos condensadores fijos se subdividen según el tipo de material utilizado como los dieléctrico en: condensadores de dieléctrico sólido y condensadores electrolíticos. En el caso de los condensadores de dieléctrico sólido se emplean varios materiales como dieléctrico, así tenemos: mica, papel, películas sintéticas, cerámicas, aceite, vidrio. Por su parte, los condensadores electrolíticos se dividen en: hoja de aluminio, hoja de tántalo, de tántalo húmedo, de tántalo seco o sólido y de niobio.  

Condensadores de dieléctrico de mica
Condensador de mica.
Los condensadores de mica se fabrican apilando placas de hojas de aluminio y láminas delgadas de mica en capas alternadas. Las ventajas de los condensadores de mica son: pérdidas bajas en el dieléctrico, factor de potencia bajo, voltajes de trabajo elevados, auto-inducción baja. Estos condensadores se adaptan a las aplicaciones de los circuitos de alta frecuencia. Los valores de los condensadores de mica suelen ser de 1pf a 1µF y voltajes de trabajo desde 50 a 50000 V.

Condensadores de dieléctrico de papel
Estructura de condensador de dieléctrico de papel.
Los condensadores de dieléctrico de papel son fabricados con hojas de aluminio como conductores y hojas delgadas de papel kraft (normalmente impregnado con cera, aceite, resina o un compuesto sintético) como dieléctrico. Los condensadores de papel se emplean mucho en aplicaciones no criticas donde el tamaño no es un factor importante, pero si lo es el bajo coste. Los condensadores de papel son menores en tamaño y de menor precio que los de mica de valores similares y se emplean en muchas aplicaciones de frecuencia baja y media. Para aplicaciones generales los hay de valores de 0,0001 a 1 µF, con voltajes de trabajo de 50 a 1000V. Para aplicaciones especiales también se obtienen de hasta 200 µF y 200000V.

Condensador de dieléctrico de película sintética
En este tipo de condensador se reemplaza el dieléctrico de papel por una película muy delgada de un material sintético tal como poliestireno, poliester o policarbonato; dos dieléctricos de poliester normalmente empleados son: el Du Pont Mylar y el Teflón. Las ventajas de estos condensadores son: factor de disipación bajo, absorción en el dieléctrico baja, resistencia de aislamiento elevada, buena estabilidad de la capacidad con la temperatura.

Condensador de dieléctrico metalizado
Las ventajas de los condensadores metalizados son: autorreparación, pequeño tamaño, factor de disipación bajo, garantía, cambio de capacidad relativamente pequeño dentro de una zona amplia de temperaturas de funcionamiento, coste relativamente bajo. Se usan en circuitos de filtros, derivación, desacoplo, aplacamiento; pero no se recomiendan para circuitos de acoplo, lógicos y otros donde no se puedan tolerar el efecto de una chispa ocasional.

Condensadores dieléctricos cerámicos
Condensadores cerámicos.
Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango amplío de constantes dieléctricas. Las ventajas de los condensadores cerámicos son: bajo coste, pequeño tamaño, pocas perdidas, muy poca auto-inducción, coeficiente de temperatura bajo, buena estabilidad de la capacidad, vida larga. Los hay en valores standard desde 1 a 20000 pf a voltajes de 500 a 5000 V y desde 0,005 a 2µF a voltajes de 3 a 50 V.

Condensadores compensadores de temperatura
El condensador de cerámica de alta frecuencia, también nombrado los condensadores del disco de la remuneración de temperatura, tiene un dieléctrico de cerámica que se formule para proporcionar un cambio lineal fiable de la capacitancia contra temperatura.

Condensadores de dieléctrico de aceite
Cuando se requiere que un condensador soporte voltajes muy altos, como en las emisoras de radio y televisión y en algunas aplicaciones industriales, se emplea como dieléctrico un papel impregnado de aceite. Los valores standard disponibles oscilan entre 0,1 y 10 µF, para voltajes desde 600 hasta 50000 V.

Condensadores de dieléctrico de vidrio
El primer condensador, fabricado en 1745, fue la botella de Leyden. En el desarrollo actual se ha vuelto al empleo del vidrio al utilizar cintas de este material con pocas perdidas y espesores de aproximadamente 0,03 mm. Se apilan capas de hojas de aluminio y vidrio para conseguir la superficie necesaria. Después de conectar los cables, el elemento se rodea de vidrio, que se funde con presión y calor hasta formar una unidad prácticamente indestructible. Los valores standard oscilan entre 1 y 10000 pf a voltajes desde 300 a 500 V. El coste elevado de este tipo de condensador ha limitado su empleo a aplicaciones militares, espaciales y otras criticas.

Condensadores Electrolíticos
Un condensador electrolítico o capacitor electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típica-mente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua.

Condensadores Electrolíticos.

Características de los condensadores fijos
Los condensadores fijos se emplean en gran número de aplicaciones: radio, televisión, electrónica industrial, calculadores, control de vehículos aeroespaciales y sistemas de comunicaciones. En cada caso tienen diferentes grados de importancia como: garantía, estabilidad del valor de la capacidad, temperatura de funcionamiento, irregularidad, tamaño físico, coste.

Condensadores variables
Diferentes tipos de condensadores variables.
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, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio.


Acá les dejo una tabla con los símbolos utilizados en los planos de circuitos electrónicos/eléctricos para los condensadores.
Simbología de los diferentes condensadores en planos de circuitos eléctricos/electrónicos.

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