Tipos de condensadores

Hay muchos tipos diferentes de condensadores en el mercado. Un factor importante para distinguir los diferentes tipos de condensadores es el dieléctrico utilizado en su construcción. Los tipos de condensadores más comunes son los cerámicos, los electrolíticos (incluidos los condensadores de aluminio, los condensadores de tantalio y los condensadores de niobio), las películas de plástico, el papel y la mica.

Cada tipo de condensador tiene sus propias ventajas y desventajas. Las características y aplicaciones varían de un condensador a otro. Por lo tanto, a la hora de elegir un condensador, entre muchos factores, hay que tener en cuenta varios factores.

tamaño: Tanto las dimensiones físicas como el valor de capacitancia son importantes.

Voltaje de funcionamiento: Es una característica importante de los condensadores. Especifica el voltaje máximo que se puede aplicar al condensador.

Corriente de fuga: Los dieléctricos no son aislantes perfectos, por lo que una pequeña cantidad de corriente fluye a través de ellos. Esto se denomina corriente de fuga.

Resistencia en serie equivalente: La resistencia de los terminales del condensador es pequeña (generalmente menos de 0,1 Ω). Esta resistencia es problemática cuando los condensadores se utilizan a altas frecuencias.

Estos factores determinan cómo y en qué aplicaciones se puede utilizar un tipo particular de condensador. Por ejemplo, la tensión nominal de un condensador electrolítico es mayor que la de un condensador cerámico en un rango de capacitancia similar.

Por lo tanto, se usa comúnmente en circuitos de suministro de energía. Del mismo modo, algunos condensadores tienen corrientes de fuga muy bajas, mientras que otros tienen corrientes de fuga muy altas. Dependiendo de la aplicación, se debe seleccionar el condensador adecuado.

Dieléctrico en condensadores

Los condensadores fijos son un tipo de condensador más común. Es difícil encontrar un circuito electrónico sin un condensador. La mayoría de los condensadores llevan el nombre del dieléctrico utilizado en su construcción. Algunos de los dieléctricos comunes utilizados en la construcción de condensadores son:

• cerámico
• papel
• Películas plásticas
• mica
• vidrio
• alúmina
• Pentóxido de tantalio
• Pentóxido de niobio

Los tres últimos se utilizan para condensadores electrolíticos. Se utilizan diferentes tipos de dieléctricos en la construcción de condensadores, pero la función de los condensadores sigue siendo la misma: almacenar energía en forma de carga eléctrica entre placas paralelas.

Condensadores variables

Los condensadores, al igual que las resistencias, están disponibles en tipos fijos y variables. Un condensador variable es un condensador cuya capacitancia se puede cambiar mecánica o electrónicamente. Dichos condensadores se usan comúnmente en circuitos resonantes (circuitos LC) para sintonización de radio y adaptación de impedancia de antena. Estos condensadores generalmente se denominan condensadores de sintonización.

Existe otro tipo de condensador variable llamado condensador de recorte. Estos se fijan a la placa de circuito impreso y se utilizan para calibrar el instrumento. Son condensadores no polares y son de tamaño muy pequeño. Por lo general, no está disponible para el público en general. La capacitancia de los condensadores variables es muy pequeña, generalmente del orden de unos pocos picofaradios (generalmente menos de 500 pF).

Figura 1.Símbolos de condensador variable y condensador de recorte.

Un condensador mecánico variable consiste en un conjunto de placas metálicas semicirculares fijadas en el eje del rotor. Esta configuración se coloca entre un conjunto de placas metálicas en el estator. El valor de capacitancia general (C) de este tipo de condensador se determina en función de la posición de la placa metálica móvil en relación con la placa metálica fija. Cuando se gira el eje, el área de superposición entre la placa del estator y la placa del rotor cambia, y la capacitancia cambia.

En este diseño, cuando dos pares de placas metálicas están perfectamente engranadas, el valor de capacitancia es generalmente el valor máximo. Los condensadores sintonizados de alto voltaje permiten que las placas con voltajes de ruptura relativamente grandes con grandes espacios y espacios de aire cedan en el orden de kilovoltios. Por esta razón, estos condensadores dieléctricos son muy útiles para sintonizar circuitos.

Los condensadores variables mecánicos generalmente usan aire o lámina de plástico como dieléctrico. Sin embargo, los condensadores variables de vacío se utilizan cada vez más, ya que ofrecen un mejor rango de voltaje de funcionamiento y mayores capacidades de manejo de corriente. La capacitancia en el caso de condensadores ajustados mecánicamente se puede cambiar usando el tornillo en la parte superior del condensador.

En el caso de condensadores variables controlados electrónicamente, se utiliza un diodo de polarización inversa, en el que el espesor de la capa de agotamiento cambia en función de la tensión continua aplicada. Dichos diodos se denominan diodos de capacitancia variable, o simplemente varicaps o varactores.

Condensadores cerámicos

Los condensadores cerámicos son los condensadores más utilizados en la industria electrónica. También es el condensador más producido, con más de 1 billón producido cada año. El nombre proviene del material cerámico, que es el dieléctrico utilizado en su construcción.

Los condensadores cerámicos son condensadores de tipo capacitancia fija que suelen ser muy pequeños (tanto en términos de dimensiones físicas como de capacitancia). La capacitancia de los condensadores cerámicos suele oscilar entre picofaradios y unos pocos microfaradios (menos de 10 μF). Dado que es un tipo de condensador no polar, se puede utilizar tanto en circuitos de CC como de CA.

La estructura de este tipo de condensadores es bastante sencilla. El pequeño disco cerámico está recubierto de plata por ambas partes. Por lo tanto, también se denominan condensadores de disco. La cerámica actúa como un dieléctrico (aislante) y el recubrimiento de plata forma los electrodos.

El espesor y la composición de la capa cerámica determinan las propiedades eléctricas del condensador. Para lograr grandes valores de capacitancia, dichos discos se apilan en múltiples capas para formar condensadores de chip cerámico (MLCC) multicapa. Los dispositivos electrónicos modernos generalmente consisten en condensadores MLCC.

La capacitancia de un condensador cerámico es grande en comparación con su tamaño. Para lograr esta gran capacitancia, la constante dieléctrica de los condensadores cerámicos es muy alta. Los condensadores cerámicos se dividen en dos clases en función de su aplicación.

Condensadores cerámicos de clase 1

Debido a su alta estabilidad y bajas pérdidas, se utiliza a menudo en circuitos resonantes. El tipo más común de cerámica utilizado en los condensadores de Clase 1 es el dióxido de titanio (TiO)₂Se utiliza una pequeña cantidad de zinc, magnesio como compuesto adicional. Estos se suman para lograr las máximas características lineales posibles.

Los condensadores de clase 1 tienen una constante dieléctrica baja, por lo que tienen una eficiencia relativamente baja en términos de volumen. Por lo tanto, los condensadores de clase 1 tienen un rango de capacitancia más pequeño. Los condensadores de clase 1 tienen pérdidas eléctricas muy bajas, con un factor de disipación del 0,15%. El valor de la capacitancia es independiente de la tensión aplicada.

Hay un coeficiente de temperatura del revestimiento. Todas estas características de los condensadores cerámicos de Clase 1 los hacen útiles para aplicaciones como filtros de alta Q y circuitos osciladores como PLL. No hay necesidad de preocuparse por el envejecimiento de los condensadores cerámicos de Clase 1.

Condensadores cerámicos de clase 2

A menudo se utiliza en amortiguadores, circuitos de acoplamiento, sistemas de derivación, etc., debido a su alta eficiencia en términos de volumen. Esta alta eficiencia de producción en masa se debe a su alta constante dieléctrica. La capacitancia de un condensador de Clase 2 depende del voltaje aplicado y cambia de forma no lineal con los cambios de temperatura.

La precisión y la estabilidad son inferiores en comparación con los condensadores cerámicos de Clase 1. Las cerámicas de condensadores de clase 2 están hechas de materiales de alta potencia como el titanato de bario (BaTiO).₃) con aditivos como silicato de aluminio u óxidos de magnesio y aluminio.

Los condensadores de clase 2 tienen una constante dieléctrica más alta, lo que permite valores de capacitancia más altos en tamaños más pequeños que los condensadores de clase 1 con la misma clasificación de voltaje. Por lo tanto, se utilizan en búferes, filtros y circuitos de acoplamiento donde los condensadores deben mantener una capacitancia mínima. Los condensadores de clase 2 pueden envejecer con el tiempo.

También hay otra clase de condensadores cerámicos disponibles, llamada Clase 3, que tiene una alta constante dieléctrica y una buena eficiencia volumétrica. Sin embargo, las características eléctricas de esta clase no solo son menos precisas y estables, sino que son aún peores.

En general, los condensadores cerámicos tienen menos ESR (resistencia en serie equivalente) y corriente de fuga en comparación con los condensadores electrolíticos. El voltaje de funcionamiento de los condensadores cerámicos de Clase 1 es de hasta 1000 V y el voltaje de funcionamiento de los condensadores cerámicos de Clase 2 es de hasta 2000 V.

La principal ventaja de los condensadores cerámicos es que no hay bobina en la estructura, por lo que no hay coeficiente de inductancia durante el funcionamiento del circuito. Por lo tanto, la cerámicaLos condensadores son adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.

Los condensadores cerámicos están disponibles en la estructura habitual de orificio pasante de dos conductores, el modo multicapa de montaje en superficie (SMT) y los condensadores de disco sin cables especiales diseñados específicamente para PCB. Tanto los condensadores cerámicos de orificio pasante como los de montaje en superficie se utilizan con frecuencia. Los condensadores cerámicos suelen tener un número de tres dígitos codificado en el cuerpo para identificar el valor de capacitancia, generalmente en picofaradios (pF).

En él, los dos primeros dígitos se utilizan para indicar el valor de capacitancia, y el tercer dígito indica el número de ceros que se van a añadir. Por ejemplo, un condensador cerámico con la marca 153 muestra 15 y tres ceros en un picofaradio equivalente a 15, 000 pF o 15 nF.

Condensadores de película

Los condensadores de película son el tipo de condensador más utilizado entre todos los tipos de condensadores que tienen diferentes propiedades dieléctricas. Un condensador de película es un condensador no polar que utiliza una película de plástico aislante como dieléctrico.

El material dieléctrico de estos condensadores existe en forma de una capa delgada con electrodos metálicos y enrollados en un devanado cilíndrico. Ambos electrodos del condensador de película pueden ser de zinc o aluminio metalizado.

La principal ventaja de los condensadores de película es la capacidad de conectar directamente los electrodos en ambos extremos de la estructura interna y el devanado. Debido al contacto directo con el electrodo, todas las vías de corriente se acortan. Este diseño se comporta como si varios condensadores individuales estuvieran conectados en paralelo. Además, este tipo de estructura de condensador tiene bajas pérdidas óhmicas y baja inductancia parásita. Estos condensadores de película se utilizan en aplicaciones de alimentación de CA y también se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia.

Algunos ejemplos de películas plásticas utilizadas como dieléctricos en condensadores de película son el polipropileno, el naftalato de polietileno, el poliéster, el sulfuro de polifenileno y el politetrafluoroetileno. Los condensadores de tipo película están disponibles en el mercado con valores de capacitancia que van desde 5 pF a 100 uF. Los condensadores de película están disponibles en una variedad de formas y en una variedad de estilos.

• Tipos de envoltura y relleno (ovalados y redondos): En este tipo, el extremo del condensador se sella con epoxi y el condensador se envuelve con cinta de plástico sólido.
• Estuche epoxi (rectangular y redondo): Este tipo de condensador está encerrado en una carcasa de plástico moldeada y lleno de epoxi.
• Metal sellado (rectangular y redondo): Este tipo de condensadores están encerrados en tubos o latas de metal y sellados con epoxi.

Actualmente, todos los condensadores de tipo caja anteriores están disponibles en tipos de cable radial y axial. La principal ventaja de los condensadores de película plástica es que funcionan bien a altas temperaturas, en comparación con otros tipos de papel.

Estos condensadores tienen tolerancias pequeñas, alta fiabilidad y una vida útil muy larga. Algunos ejemplos de condensadores de tipo película son las películas cilíndricas, las películas metalizadas prismáticas y los tipos de película de aluminio. Se enumeran a continuación:

Tipo de cable axial:

Figura 2: Condensador cilíndrico de película de plomo axial.

Tipo de cable radial:

Figura 3.Condensador rectangular de película de plomo de rellamada.

Figura 4: Condensadores de película tipo lámina.

Estos condensadores de tipo película requieren un material dieléctrico mucho más grueso para evitar pinchazos y desgarros en la película dieléctrica. Por lo tanto, son adecuados para valores de capacitancia bajos y tamaños grandes.

Condensadores de potencia de película

Los condensadores de potencia de película también se denominan condensadores de película de potencia. La tecnología estructural y los materiales utilizados en los condensadores de película de gran potencia son generalmente similares a los condensadores de película ordinarios. Sin embargo, estos condensadores con altas potencias nominales se utilizan en sistemas de potencia y aplicaciones de instalación eléctrica.

Los condensadores de película de potencia se utilizan en una variedad de aplicaciones. Estos condensadores actúan como condensadores de navegación o condensadores de amortiguación cuando las resistencias están conectadas en serie. También se utilizan en circuitos de filtro sintonizados de proximidad o de baja sintonía para filtrar armónicos, y también se utilizan como condensadores de descarga de pulsos.

Figura 5: Condensadores de película de potencia.

Condensadores cerámicos

Los condensadores cerámicos también se denominan “Disc-ca”. Paciters”. Al igual que la electrólisis, estos son también los tipos de condensadores más utilizados. Los condensadores cerámicos están compuestos por dos o más capas alternas de cerámica y metal. Aquí, la cerámica actúa como dieléctrico y los metales actúan como electrodos. Estos condensadores cerámicos son condensadores de tipo fijo no polares. En general, el comportamiento eléctrico de los materiales cerámicos se puede dividir en dos clases relacionadas con su estabilidad. Hablaremos de ellos a continuación.

• Clase 1: Condensadores cerámicos altamente estables y de baja pérdida para compensar los efectos de la temperatura en aplicaciones de circuitos resonantes.
• Clase 2: Estos tipos de condensadores ofrecen una alta eficiencia volumétrica para aplicaciones de derivación y acoplamiento de búfer.

Los condensadores de tipo cerámico suelen tener un número de tres dígitos codificado en el cuerpo para identificar el valor de capacitancia en picofaradios (pF). Los dos primeros dígitos se utilizan para indicar el valor del condensador, y el tercer dígito indica el número de ceros que se van a añadir.

Por ejemplo, un condensador cerámico con la marca 153 muestra 15 y tres ceros en un picofaradio equivalente a 15, 000 pF o 15 nF.

Figura 6: Condensador cerámico.

Condensadores de polipropileno

Los condensadores de polipropileno son uno de los muchos tipos de condensadores de película. Un condensador de polipropileno es un condensador que tiene una película de polipropileno como dieléctrico. Los condensadores de polipropileno están disponibles en un rango de capacitancia de 100 pF a 10 μF.

Características principales de los condensadores de polipropileno Tiene una alta tensión de funcionamiento de hasta 3000 V. Debido a esta característica, los condensadores de polipropileno (pp) son útiles en amplificadores de potencia, especialmente en circuitos donde el voltaje de funcionamiento suele ser muy alto, como amplificadores de válvulas, circuitos de alimentación y circuitos de TV. Los condensadores de polipropileno se utilizan cuando se requiere que las tolerancias sean mejores que las que pueden proporcionar los condensadores de poliéster.

Los condensadores de polipropileno también se utilizan en aplicaciones de acoplamiento y almacenamiento debido a sus altos valores de resistencia de aislamiento. TAMBIÉN TIENE VALORES DE CAPACITANCIA ESTABLES INCLUSO A FRECUENCIAS INFERIORES A 100 KHZ. Estos condensadores de polipropileno se utilizan en aplicaciones en las que es necesario realizar tareas de supresión de ruido, acoplamiento, sincronización de filtrado, bloqueo, derivación y procesamiento de pulsos.

Figura 7: Condensadores de polipropileno

Condensadores de policarbonato

Un condensador de policarbonato es un condensador que utiliza un material de policarbonato como dieléctrico. Estos tipos de condensadores están disponibles dentro de un rango de capacitancia de 100 pF a 10 μF y tienen voltajes de funcionamiento de hasta 400 V CC. Estos condensadores de policarbonato pueden funcionar en un rango de temperatura de -55 °C a +125 °C sin reducción de potencia.

Estos condensadores tienen un coeficiente de temperatura muy bueno, por lo que se prefieren los condensadores de policarbonato. Estos condensadores no se utilizan en aplicaciones de precisión porque tienen un alto nivel de tolerancia del 5% al 10%. Los condensadores de policarbonato también se utilizan en aplicaciones de CA. También se puede encontrar en fuentes de alimentación conmutadas.

Figura 8: Condensador de policarbonato

Condensadores de mica plateada

Los condensadores de mica de plata son condensadores fabricados depositando una fina capa de plata sobre un material de mica como dieléctrico. La razón para usar condensadores de mica plateada es que tienen un mejor rendimiento en comparación con otros tipos de condensadores.

Los condensadores de mica de plata se pueden obtener con una tolerancia de +/- 1%. Esto es muy superior a cualquier otro tipo de condensador disponible en el mercado hoy en día. El coeficiente de temperatura de los condensadores de mica plateada es mucho mejor que el de otros tipos de condensadores.

Y este valor es positivo, suele estar en la región de 35-75 ppm / C, y el valor promedio es de + 50 ppm / C. El valor de capacitancia de los condensadores de mica de plata suele estar en el rango de unos pocos picofaradios a 3300 picofaradios. Los condensadores de mica plateada tienen un nivel muy alto de Q y un factor de potencia bajo. El rango de voltaje de los condensadores de mica plateada es de 100 V a 1000 V.

Los condensadores de mica de plata se utilizan en osciladores de RF. Los condensadores de mica plateada no se utilizan para aplicaciones de acoplamiento y desacoplamiento debido a su alto costo. Debido a las mejoras en el tamaño, el costo y otros tipos de condensadores, estos ya no se utilizan.

Figura 9: Condensador de mica plateada

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos se utilizan normalmente en aplicaciones en las que se requieren valores de capacitancia muy grandes. Los condensadores electrolíticos tienen un ánodo metálico cubierto con una capa de óxido, que se usa comúnmente como dieléctrico. Los electrodos del condensador anot son electrolitos sólidos o no sólidos.

La mayoría de los condensadores electrolíticos están polarizados. Estos condensadores se clasifican por material dieléctrico. Principalmente estos se dividen en tres clases y se dan de la siguiente manera:

• Condensadores electrolíticos de aluminio: Aquí, el aluminio actúa como dieléctrico.
• Condensadores electrolíticos de tantalio: Aquí, el pentóxido de tantalio actúa como dieléctrico.
• Condensadores electrolíticos de niobio: Aquí, el pentóxido de niobio actúa como dieléctrico

Normalmente, la constante dieléctrica del pentóxido de tantalio es casi tres veces mayor que la del dióxido de aluminio, pero esta constante dieléctrica es casi tres veces mayor que la del dióxido de aluminio.La energía eléctrica determina solo las dimensiones. En general, se utilizan tres tipos de electrolitos. Son los siguientes:

• No sólidos (húmedos o líquidos): Estos condensadores tienen una conductividad de unos 10 ms/cm y están disponibles a bajo coste.
• Óxido de manganeso sólido: Estos condensadores tienen una conductividad de unos 100 ms/cm, y además tienen una alta calidad y estabilidad.
• Polímero conductor sólido: Condensador con una conductividad de aproximadamente 10000 ms/cm y un valor ESR de < 10 mΩ.

Los condensadores electrolíticos se utilizan comúnmente en circuitos de suministro de energía directa (CC). También se utilizan en aplicaciones de acoplamiento y desacoplamiento para reducir los voltajes de ondulación debido a sus grandes valores de capacitancia y tamaño pequeño. Una de las principales desventajas de los condensadores electrolíticos es su baja tensión.

Diagrama del condensador electrolítico

Figura 10: Diagrama del condensador electrolítico

Condensadores electrolíticos de aluminio

Un condensador de aluminio es un condensador en el que se intercala una película de óxido entre láminas de aluminio, se intercala papel absorbente entre ellas y se sumerge en un electrolito, todo lo cual se puede encapsular en una lata. Básicamente, hay dos tipos de condensadores electrolíticos de aluminio: tipo de lámina lisa y tipo de lámina grabada.

Los condensadores electrolíticos de tipo lámina lisa se utilizan principalmente como condensadores de suavizado en circuitos de suministro de energía, y los condensadores de tipo lámina grabada se utilizan para acoplar circuitos de bloqueo de CC y circuitos de derivación.

Los condensadores electrolíticos de aluminio cubren un rango de capacitancia de 1uF a 47000uF y una gran tolerancia del 20%. La tensión nominal de funcionamiento oscila hasta 500 V. Estos son más baratos y fáciles de conseguir en el mercado.

Los valores de capacitancia y las clasificaciones de voltaje se imprimen en uF o se codifican con letras seguidas de un número de tres dígitos. Estos tres dígitos representan el valor de capacitancia en pF, los dos primeros dígitos representan el número y el tercer dígito es el dígito del multiplicador.

Figura 11.Condensadores electrolíticos de aluminio.

Condensadores electrolíticos de tantalio

Los condensadores de tantalio son condensadores hechos de pentóxido de tantalio como material dieléctrico. Los condensadores electrolíticos de tantalio también son condensadores polarizados, al igual que los condensadores de aluminio. Los condensadores electrolíticos de tantalio están disponibles tanto en húmedo (lámina) como en seco (sólido).

El segundo terminal de un condensador electrolítico de tantalio es más pequeño que el de un condensador de aluminio equivalente y sus terminales están hechos de dióxido de manganeso.

La principal ventaja de los condensadores electrolíticos de tantalio es que son más estables, ligeros y pequeños que los condensadores de aluminio. Los valores de capacitancia oscilan entre 47 nF y 470 uF, y el voltaje máximo de funcionamiento es de hasta 50 V. Estos son más caros que los electrolitos de aluminio.

Las características del dieléctrico de óxido de tantalio son una pequeña corriente de fuga y una buena estabilidad de capacitancia. Debido a estas propiedades de los dieléctricos de óxido de tantalio, se utilizan en aplicaciones de bloqueo, derivación, desacoplamiento, filtrado y sincronización. Además, estas propiedades son mucho mejores que las de los dieléctricos de óxido de aluminio.

Figura 12: Condensadores de tantalio.

Supercondensadores

Los supercondensadores también se conocen como ultracondensadores o condensadores eléctricos de doble capa. Estos condensadores están fabricados con un delgado separador de electrolitos con iones de carbón activado en los lados. A diferencia de los condensadores ordinarios, el valor de capacitancia de los supercondensadores es muy alto y el rango de voltaje es del orden de milifalads de 2,3 V a 2,75 V.

Los supercondensadores se clasifican en tres tipos según el diseño de los electrodos.

• Condensadores de doble capa: Estos condensadores tienen electrodos de carbono o derivados de los mismos.
• Pseudocondensadores: Estos condensadores tienen electrodos de óxido metálico o polímero conductor.
• Condensadores híbridos: Estos condensadores tienen electrodos asimétricos.

Los supercondensadores se utilizan principalmente en aplicaciones de larga duración que requieren un gran número de ciclos de carga/descarga y requieren grandes cantidades de energía en un corto período de tiempo. Las aplicaciones típicas de los supercondensadores van desde miliamperios de corriente y milivatios de potencia con una duración de unos pocos minutos hasta unos pocos amperios de corriente y varios kilovatios de potencia en un período de tiempo más corto. Estos supercondensadores se utilizan comúnmente como fuente de energía temporal, como alternativa a las baterías.

Figura 13: Supercondensadores.