¿Qué es un condensador cerámico? El capacitor cerámico es uno de los tipos más comunes de capacitores utilizados en la mayoría de los instrumentos eléctricos debido a su alta confiabilidad y bajo costo. De esta forma, los discos de cerámica o porcelana se utilizan para fabricar condensadores no polarizados y se utilizan en diversas industrias. La baja conductividad de los materiales cerámicos los hace excelentes dieléctricoasí como partidarios efectivos de los campos electrostáticos.
Tabla de contenido
- Conceptos básicos de los condensadores cerámicos.
- Tipos de capacitores cerámicos
- Polaridad de condensadores cerámicos.
- Construcción de condensadores cerámicos.
- Tipos de dieléctricos cerámicos
- Aplicaciones de los capacitores cerámicos
- Ventajas de los condensadores cerámicos.
- Desventajas de los capacitores cerámicos
Conceptos básicos de los condensadores cerámicos.
Los condensadores cerámicos son condensadores de valor fijo hechos de material cerámico como dieléctrico. Consta de dos o más capas de cerámica y una capa de metal que actúa como electrodos. El comportamiento eléctrico y por tanto la aplicación de los materiales cerámicos está determinada por la composición del material cerámico. Los cerámicos son compuestos inorgánicos, no metálicos, de óxido cristalino, nitruro o carburo, como el carbono y el silicio. Un capacitor cerámico, específicamente un capacitor cerámico multicapa (MLCC), es uno de los componentes eléctricos más comunes en la actualidad.
Los condensadores cerámicos suelen tener un rango de capacitancia de 10 pF a 0,1 μF.
La siguiente figura muestra el símbolo de un capacitor cerámico:
Un capacitor de cerámica con tres dígitos, 101, 102, 103, etc., indica que se mide en picofaradios. Sin embargo, cuando el mismo capacitor usa letras en lugar de números, el valor es AB x 10C picofaradios.
Tipos de capacitores cerámicos
Hay cuatro tipos principales de condensadores cerámicos:
Condensadores cerámicos de clase 1
Estos capacitores son muy estables y tienen bajas pérdidas en circuitos resonantes. Debido a su baja pérdida, pueden usarse en osciladores y filtros. Sus coeficientes de temperatura estables los hacen adecuados para capacitores de alta tolerancia.
Condensadores cerámicos de clase 2
Según el voltaje aplicado, los condensadores tienen una cierta capacidad. El coeficiente de temperatura de los dieléctricos de clase 2 no es lineal. Las aplicaciones de estos condensadores incluyen acoplamiento y desacoplamiento.
Condensadores cerámicos de clase 3
Los dieléctricos de clase 3 tienen valores de permitividad que son hasta 50.000 veces más altos que los dieléctricos de clase 2. Los capacitores dependen del voltaje y tienen pérdidas altas.
Condensadores cerámicos de clase 4
Los condensadores de clase 4 también se denominan condensadores de capa de barrera.
Polaridad de condensadores cerámicos.
La polaridad del capacitor es una de las consideraciones más importantes cuando se conectan capacitores en un circuito eléctrico. Según su polaridad, los condensadores se pueden dividir en dos grupos:
Condensadores polarizados
Los condensadores polarizados tienen dos terminales, conocidos como ánodo y cátodo.
Condensadores no polarizados
A diferencia de los capacitores polarizados, los capacitores no polarizados tienen un terminal y, por lo tanto, pueden usarse en ambas direcciones. Un dispositivo no polar se refiere a la ausencia de polaridad en el capacitor.
Construcción de condensadores cerámicos.
Los condensadores cerámicos consisten en gránulos de paraeléctrico o ferroeléctrico materiales, que se combinan con otros materiales para producir el comportamiento deseado. A altas temperaturas, estas mezclas de polvo se sinterizan en cerámica. Las cerámicas dieléctricas se utilizan como soporte para electrodos metálicos. El tamaño de grano del polvo cerámico determina el espesor mínimo de la capa dieléctrica. Para capacitores con voltajes más altos, la rigidez dieléctrica del capacitor determina el espesor del dieléctrico.
Se aplica una temperatura alta después de la estratificación y el material se sinteriza, dando como resultado un material cerámico con las propiedades deseadas. Como resultado, se forma un capacitor conectando muchos capacitores más pequeños en paralelo, lo que resulta en un aumento de la capacitancia.
Un capacitor cerámico viene en tres formas básicas, aunque hay otros tipos:
Condensadores cerámicos con disco de plomo
Están recubiertos con resina para montaje de orificio pasante. Los discos cerámicos están cubiertos con contactos plateados en ambos lados. Los capacitores de disco tienen valores de capacitancia entre 10pF y 100μF con voltajes que van desde 16V a 15KV. Los dispositivos pueden estar compuestos por múltiples capas para obtener mayores capacidades.
El tipo de disco de capacitor cerámico consta de dos discos conductores a cada lado de un aislador cerámico. Estas placas están recubiertas de una composición cerámica impermeable, a la que se unen los cables. Este tipo de capacitor cerámico está disponible hasta 0.01F. Pueden soportar 750 voltios CC y 350 voltios CA.
Condensadores cerámicos multicapa (MLCC)
Los MLCC son bloques rectangulares compuestos por una mezcla de componentes paraeléctricos y ferroeléctricos revestidos con contactos metálicos y diseñados para montaje en superficie. Más de 500 capas están presentes en MLCC, con un espesor de capa mínimo de alrededor de 0,5 micras. Es tecnológicamente posible reducir el espesor de la capa aumentando la capacidad en el mismo volumen.
Los capacitores MLCC tienen una capacitancia (C) que usa la fórmula de un capacitor de placa con un mayor número de capas.
C=\varepsilon \frac{nA}{d}
En la ecuación anterior, ε representa la permitividad dieléctrica; A indica la superficie del electrodo; n es el número de capas y d muestra la distancia entre los electrodos.
Condensadores cerámicos de disco sin plomo
Los condensadores cerámicos de microondas especialmente diseñados encajan en las ranuras de las PCB.
Tipos de dieléctricos cerámicos
A diferencia de los condensadores electrolíticos y de tantalio, los condensadores cerámicos pueden estar hechos de una variedad de materiales dieléctricos. Diferentes dieléctricos dan propiedades muy diferentes a los condensadores. Entonces, además de elegir un capacitor cerámico, es posible que se necesite otra decisión sobre qué tipo de dieléctrico usar. Muchos dieléctricos de capacitores cerámicos se mencionan en las listas de distribuidores, incluidos C0G, NP0, X7R, I5V, Z5U y muchos otros. El mejor tipo, sin embargo, necesita más investigación.
Aplicaciones de los capacitores cerámicos
Los capacitores cerámicos tienen numerosas aplicaciones, que incluyen:
- En estaciones transmisoras en un circuito resonante
- En fuentes de alimentación láser de alto voltaje
- Hornos de inducción
- Interruptores eléctricos
- Tableros impresos
- Aplicaciones de alta densidad
- Estos condensadores también se pueden utilizar como condensadores de uso general y como escobillas para motores de CC para reducir el ruido de RF.
Ventajas de los condensadores cerámicos.
Los condensadores cerámicos tienen las siguientes ventajas:
- Es confiable y tiene buenas características de respuesta de frecuencia incluso cuando opera a frecuencias más altas.
- Pueden soportar voltajes más altos de hasta 100 voltios.
- Pesan menos que otros condensadores.
- El costo de estos artículos es bajo.
- Varias formas y tamaños están disponibles.
- Tienen baja ESR (resistencia en serie efectiva) y baja ESL (inductancia en serie efectiva) en comparación con otros capacitores.
Desventajas de los capacitores cerámicos
A continuación se presentan algunas de las desventajas de los condensadores cerámicos:
- Con su diseño, no es posible fabricar capacitores de mayor valor. El valor máximo de capacitancia es de 150 µF.
- Los capacitores cerámicos con una construcción similar a la anterior no están disponibles en voltajes más altos. Los potentes condensadores cerámicos se fabrican con formas y tamaños más grandes. Pueden soportar tensiones de 2 kV a 100 kV.
- Tienen un coeficiente de temperatura más alto.
- Los valores de tolerancia de los condensadores cerámicos son más altos.
- Algunos circuitos de suministro de energía pueden tener problemas con los capacitores cerámicos como capacitores de salida.
- Se utiliza una serie de condensadores más pequeños en paralelo porque las unidades más grandes se agrietan con la flexión de la placa de circuito impreso.
