Características del condensador

Introducción

Los condensadores tienen muchas especificaciones y características. Al observar la información impresa en el cuerpo del condensador, puede comprender mejor las características del condensador. Sin embargo, algunos condensadores tienen códigos de colores o numéricos en el cuerpo, lo que dificulta la comprensión de sus características. Cada tipo o familia de condensadores tiene su propio conjunto de características y sistemas de identificación. Algunos sistemas de identificación de condensadores son fáciles de entender por sus características, mientras que otros utilizan símbolos, letras y colores engañosos.

Para comprender fácilmente las características de un condensador en particular, primero averigüe si la familia de condensadores es cerámica, plástica, de película o electrolítica y, a partir de ahí, puede identificar fácilmente las características. Los condensadores pueden tener el mismo valor de capacitancia, pero pueden tener diferentes voltajes de funcionamiento. Si se utiliza un condensador con un voltaje de funcionamiento más bajo en lugar de un condensador con un voltaje de funcionamiento más alto, el condensador de voltaje más bajo puede dañarse a medida que aumenta el voltaje, incluso si ambos condensadores tienen la misma capacitancia.

Ya sabemos que los condensadores electrolíticos tienen polaridad, por lo que al conectarlos a un circuito, es necesario conectar el terminal positivo a la conexión positiva y el terminal negativo a la conexión negativa. Por lo tanto, se recomienda reemplazar los condensadores dañados o viejos en el circuito por otros nuevos con las mismas características. La siguiente figura muestra las características de los condensadores.

Figura 1: Características del condensador

Los condensadores tienen un conjunto de características. Todas estas características se pueden encontrar en la hoja de datos proporcionada por el fabricante del condensador. Ahora analicemos algunos de ellos.

Capacitancia nominal (C)

Una de las características más importantes de un condensador es su capacitancia nominal (C). Este valor nominal de capacitancia se mide normalmente en picofaradios (pF), nanofaradios (nF) o microfaradios (uF), y este valor se indica mediante color, número o letra en el cuerpo del condensador. Este valor nominal de capacitancia, impreso en el lateral del cuerpo del condensador, no necesita ser igual al valor real.

El valor nominal de capacitancia puede variar en función de la temperatura de funcionamiento y la frecuencia del circuito. Estos valores nominales son tan bajos como 1 picofaradio (1 pF) para condensadores cerámicos pequeños y 1 faradio (1F) para condensadores electrolíticos. Todos los condensadores tienen clasificaciones permitidas que van desde -20% a +80%.

Voltaje de funcionamiento (WV)

El voltaje de funcionamiento es otra característica importante de todas las características del condensador. La cantidad máxima de voltaje aplicada durante la vida útil de un condensador sin falla se denomina voltaje de funcionamiento (WV). Este voltaje de funcionamiento se expresa en CC y también está impreso en el cuerpo del condensador.

El voltaje de trabajo generalmente impreso en el cuerpo del condensador se refiere al voltaje de CC, porque el voltaje de CA está en el valor rms, pero no se refiere al voltaje de CA. Por lo tanto, para aplicar un voltaje de CA a un condensador, el voltaje de trabajo del condensador debe ser mayor que 1.414 (Vm = Vrms x √2) veces el valor de CA real. Este voltaje de funcionamiento de CC especificado del condensador (WV-DC) solo es válido dentro de un rango de temperatura específico, como -300 °C a +700 °C. Cuando se aplica un voltaje de CC o CA, un voltaje más alto que el voltaje de funcionamiento del condensador puede dañar el condensador.

Los voltajes de funcionamiento comúnmente impresos en el cuerpo del condensador son 10 V, 16 V, 25 V, 35 V, 50 V, 63 V, 100 V, 160 V, 250 V, 400 V y 1000 V. Todos los condensadores tienen una vida útil más larga cuando se operan en un ambiente frío dentro del valor de voltaje nominal.

Tolerancia (±%)

La tolerancia es la desviación relativa permitida de la capacitancia con respecto al valor nominal, expresada como porcentaje. Al igual que las resistencias, las tolerancias de los condensadores también existen en valores positivos o negativos. Este valor de tolerancia se mide normalmente en picofaradios (+/-pF) para condensadores de bajo valor por debajo de 100 pF y como porcentaje (+/-%) para condensadores de alto valor por encima de 100 pF.

El valor permitido del condensador se mide en TEM a una temperatura de +20 ° C y es válido solo en el momento de la entrega. Si el condensador se utiliza después de un almacenamiento a largo plazo, el valor permitido será mayor, pero de acuerdo con las especificaciones estándar, este valor no excederá el doble del valor medido en el momento de la entrega. Por lo general, la tolerancia de entrega del condensador de bobinado es +/- (1%, 2.5%, 5%, 10%, 20%). Una variación de tolerancia muy común para los condensadores es del 5% o 10%, que se valora tan bajo como +/- 1% en condensadores de plástico.

Corriente de fuga (LC)

Todos los materiales dieléctricos utilizados en los condensadores para separar las placas metálicas de los condensadores no son aislantes perfectos. Puede transportar una pequeña cantidad de corriente, como corriente de fuga. Este efecto se debe al fuerte campo eléctrico formado por las partículas de carga en la placa del condensador cuando se aplica el voltaje de alimentación (V).

La corriente de fuga de un condensador es una pequeña cantidad de corriente continua en nanoamperios (nA). Esto se debe a que los electrones fluyen alrededor del material dieléctrico o sus bordes, lo que hace que el material dieléctrico se descargue durante mucho tiempo cuando se retira la fuente de alimentación.

La corriente de fuga se define como la transferencia de energía no deseada de un circuito a otro. Otra definición es que la corriente de fuga es la corriente cuando la corriente ideal del circuito es cero. La corriente de fuga del condensador es un factor importante en el acoplamiento del amplificador y en los circuitos de suministro de energía.

La corriente de fuga es muy baja para los condensadores de película o lámina y muy alta (5-20 uA/uF) para los condensadores de tipo electrolítico (tantalio y aluminio), y el valor de capacitancia también es alto.

Temperatura de trabajo

El valor de capacitancia de un condensador cambia con los cambios en la temperatura que rodea al condensador. Porque debido a los cambios de temperatura, las propiedades de los dieléctricos cambian. La temperatura de funcionamiento es la temperatura del condensador que funciona a su tensión nominal. El rango de temperatura de funcionamiento típico para la mayoría de los condensadores es de -30 °C a +125 °C. En condensadores de tipo plástico, este valor de temperatura no es superior a +700 ° C.

El valor de capacitancia de un condensador puede cambiar si el aire o la temperatura ambiente del condensador es demasiado baja o demasiado alta. Estos cambios de temperatura afectan el funcionamiento del circuito real y también dañan otros componentes de ese circuito. No creo que sea fácil estabilizar la temperatura para que el condensador no se fría.

En particular, los condensadores electrolíticos (condensadores electrolíticos de aluminio) pueden perderse debido a la evaporación del líquido en el dieléctrico cuando funcionan a altas temperaturas (por encima de +850 °C), y la corriente de fuga y la presión interna dañarán el cuerpo del condensador. Además, los condensadores electrolíticos no se pueden utilizar a bajas temperaturas inferiores a -100 °C.

Coeficiente de temperatura

El coeficiente de temperatura (TC) de un condensador representa el cambio máximo en el valor de capacitancia en un rango de temperatura especificado. En general, el valor de capacitancia impreso en el cuerpo del condensador se mide con una temperatura de referencia de 250 °C, y el TC del condensador indicado en la hoja de datos debe considerarse en aplicaciones que operan por debajo o por encima de esta temperatura. En general, el coeficiente de temperatura se expresa en unidades de una parte por millón de grados Celsius (PPM/0C) o como la tasa de cambio en un rango de temperatura específico.

Algunos condensadores son lineales (condensadores de clase 1) y son muy estables a la temperatura. Dichos condensadores tienen un coeficiente de temperatura de cero. En general, los condensadores de mica o poliéster son ejemplos de condensadores de Clase 1. LA ESPECIFICACIÓN TC PARA CONDENSADORES DE CLASE 1 SIEMPRE ESPECIFICA EL CAMBIO EN LA CAPACITANCIA EN PARTES POR MILLÓN (PPM).

Algunos condensadores no son lineales (condensadores de Clase 2), y la temperatura de estos condensadores no es tan estable como la de los condensadores de Clase 1, y el valor de capacitancia aumenta a medida que aumenta el valor de temperatura, por lo que estos condensadores dan un coeficiente de temperatura positivo. La principal ventaja de los condensadores de Clase 2 es su eficiencia volumétrica. Estos condensadores se utilizan principalmente en aplicaciones en las que se requieren altos valores de capacitancia, pero su estabilidad a lo largo de la temperatura y el factor de calidad no son los principales factores a tener en cuenta. El coeficiente de temperatura (TC) de un condensador de Clase 2 se expresa directamente como un porcentaje. Un uso útil del coeficiente de temperatura de los condensadores es usarlos para contrarrestar el efecto de la temperatura en otros componentes del circuito, como resistencias e inductores.

polarización

Generalmente, la polarización de los condensadores pertenece a los condensadores de tipo electrolítico, como los condensadores de aluminio y de tantalio. La mayoría de los condensadores electrolíticos están polarizados y requieren la polaridad correcta cuando el voltaje de alimentación está conectado a los terminales del condensador, como un terminal positivo (+ve) a una conexión positiva (+ve) o una conexión negativa (-ve) a negativa (-ve).

La película de óxido dentro del condensador puede dañarse por una polarización incorrecta, lo que hace que fluya una gran corriente a través del dispositivo. Como resultado, el condensador se daña, como se mencionó anteriormente. Para evitar la despolarización, la mayoría de los condensadores electrolíticos tienen una flecha o una franja negra o banda o chevron en un lado del cuerpo que indica el terminal negativo (-ve), como se muestra en la siguiente figura.

Los condensadores de polarización tienen una gran corriente de fuga cuando se invierte el voltaje de alimentación. La corriente de fuga del condensador de polarización distorsiona la señal, lo que hace que el condensador se sobrecaliente y finalmente se destruya. La razón básica para usar condensadores polarizados es que cuestan menos que los condensadores no polares con el mismo voltaje nominal y el mismo valor de capacitancia. Básicamente, los condensadores de polarización están disponibles en unidades de microfaradios, como 1uF, 10uF, etc.

Figura 2: Polarización del condensador

Resistencia en serie equivalente (ESR)

La resistencia en serie equivalente (ESR) de un condensador se define como la impedancia de CA de un condensador cuando se usa a frecuencias muy altas, y también se considera la resistencia dieléctrica. Tanto la resistencia de CC del dieléctrico como la resistencia de la placa del condensador se miden a una temperatura y frecuencia específicas.

ESR actúa como una resistencia conectada en serie con un condensador.La ESR de un condensador es su calificación de calidad. Teóricamente, sabemos que un condensador completo no tiene pérdidas y tiene un valor ESR de cero. En muchos casos, esta resistencia (ESR) provoca una falla en el circuito del condensador.

Efecto de la resistencia en serie equivalente

La resistencia en serie equivalente (ESR) de los condensadores de salida en el circuito afecta el rendimiento del dispositivo. Además, la ESR puede hacer que caiga el voltaje de alimentación del condensador. La ESR es todo lo contrario de la resistencia de aislamiento de un condensador, que se expresa como una resistencia pura en paralelo con el condensador de algún tipo de condensador. Un condensador ideal solo tiene capacitancia y un valor ESR muy pequeño (menos de 0,1 Ω).

A medida que aumenta el espesor del dieléctrico, aumenta la ESR. A medida que aumenta el área de superficie de la placa, el valor de ESR disminuye. Para calcular la ESR de un condensador, necesita algo más que un medidor de condensador estándar, como un medidor de ESR. Si el medidor de condensador es un dispositivo conveniente, no se detectará una falla del condensador que aumente el valor de ESR.

En los condensadores no electrolíticos o en los condensadores que utilizan electrolitos sólidos, la ESR es causada por la pérdida de cables conductores, resistencia metálica del electrodo y dieléctricos. Generalmente, el valor ESR de los condensadores cerámicos es de 0,01-0,1 ohmios. Los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio que utilizan electrolitos no sólidos tienen valores de ESR muy altos, como unos pocos ohmios. El principal problema con los condensadores electrolíticos de aluminio es que si el valor ESR del condensador utilizado en ese circuito aumenta con el tiempo durante el funcionamiento, los componentes del circuito se dañarán.

En general, los condensadores de polímero tienen un valor ESR más bajo que los condensadores electrolíticos (húmedos) del mismo valor. Por lo tanto, los condensadores de polímero pueden manejar corrientes de ondulación más altas. Los condensadores se pueden utilizar como filtros con clasificaciones ESR muy bajas. Los condensadores tienen la capacidad de almacenar carga incluso cuando no fluye corriente de carga. Los condensadores utilizados en televisores, flashes fotográficos y bancos de condensadores son generalmente condensadores de tipo electrolítico. Una buena regla general es que los cables de los condensadores de gran valor nunca deben tocarse después de que se haya retirado la fuente de alimentación.