Capacitores

 

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fuentes

Capacitares y Capacitancia

Los condensadores o capacitores son componentes electrónicos que tienen un valor que nunca cambia especificado, la capacitancia que se mide en Faradios.

Creo que no habíamos hablado de ella, así dediquemos un minuto:

Capacitancia: Es la “capacidad” de un objeto de mantener o retener carga eléctrica.

Capacitancia.png

Una ecuación por aquí

Así de sencillo, la capacitancia es un número que indica que tanta carga es capaz de almacenar un objeto.

Un capacitor es un componente eléctrico de dos terminales.  Junto con las resistencias e inductores, son uno de los componentes pasivos más fundamentales que utilizamos.

c1

Así se ven en los diagramas

Lo que hace que los capacitores especiales es su capacidad para almacenar energía.

Son como una batería eléctrica completamente cargada, tienen todo tipo de aplicaciones críticas en los circuitos.

capitor.jpg

Así se ven en la vida real

Las aplicaciones más comunes incluyen el almacenamiento local de energía, la supresión de  picos de voltaje, y filtrado de señales complejas.

Almacenan energía entre sus placas, esa energía se encuentra en el campo eléctrico que existe dentro del capacitar mientras este cargado.

c3.jpg


Carga y descarga

Cuando cargas positivas y negativas se unen en las placas del capacitor, el capacitor se carga. Un capacitor puede retener su campo eléctrico – mantiene su carga – porque las cargas positivas y negativas en cada una de las placas se atraen entre sí, pero nunca tocan uno al otro.

En algún momento las placas del capacitor están tan llenas de cargas que simplemente no podrán aceptar ninguna más.

Aquí es donde la capacitancia (faradios) de un capacitor entra en juego, lo que le indica la cantidad máxima de carga de la tapa puede almacenar.

Si se crea una ruta en el circuito, que permite a los cargos para encontrar otro camino el uno al otro, se irán el capacitor, y ésta se descargara.

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Este GIF lo explica todo


Capacitor en CD y Circuitos de RC

Toda esta información esta basada en este teto, es increíble, de verdad léanlo.

Algo nuevo ocurre cuando combinas a los capacitores y las resistencias, este circuito es tan importante que incluso tiene un nombre, lo llamamos circuito de RC (ya sabes, por resistencia y capacitor).

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Mientras se va cargando va llegando al voltaje máximo mientras que la corriente cae.

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Gráfica del comportamiento

Así tras unos instantes esos capacitores hacen que se comporte como un circuito abierto.

Pero…seamos un poco más exactos ¿no? ¿Qué pasa en esos instantes en el que se esta cargando?

Carga

Cuando se cierre el circuito la corriente fluye como si el capacitor no existiera (I = V/R) pero tan pronto como el capacitor se empieza a cargar la corriente empieza a disminuir, hasta el capacitor alcanza su carga completa (Q= CV).

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Ahora como sabemos esto se va a empezar a cargar, así que porque no vemos como es que se cargar con el tiempo gracias a unas cuantas fórmulas, todas esas se basan en un concepto llamado la constante de tiempo.

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Tau: Es un tiempo especifico, que se obtiene con esta fórmula, y este tiempo especial porque es un quinto del tiempo que le toma a un capacitor cargarse complemente o dicho de otro modo, un capacitor (condensador) se carga a un 63.2 % de la carga total (máximo voltaje) después de que una fuente de corriente directa se haya conectado a un circuito RC.

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Cuando tu conectes a este circuito un capacitor que aya estaba previamente cargado y lo dejes para que se descargue tenemos que pasara lo siguiente:

Podemos saber la carga que tiene si sabemos a que voltaje fue cargado, es decir (Q =CV).

Y sobre el circuito justo al conectarlo tendrá esta ese mismo voltaje, y por lo tanto la corriente que pasará será (I=C/V).

Podemos obtener las formulas sobre como irán variando y serán así:

Voltaj.png


Capacitores en Corriente Alterna

Imaginemos el siguiente circuito:

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Si traficáramos la el voltaje en rojo y la corriente en azul a lo largo del tiempo, tendríamos una gráfica como esta:

grafica.png

Mira ese desfase de 90° papu

No me quiero meter mucho en detalles porque es bastante difícil explicarlo en texto, pero en resumen lo que pasa es que recuerden que los capacitores influyen en el voltaje y que esta depende del cambio de voltaje.

En resumen:

  • La corriente en un circuito puramente capacitivo esta desfasada con el voltaje por 90° 
  • El voltaje en un circuito puramente capacitivo esta atrasado con respecto la corriente  por 90° 


Combinación de Capacitores

Paralelo

Cuando los capacitores se colocan en paralelo entre sí la capacitancia total es simplemente la suma de todas las capacitancias. Esto es análogo a la forma en resistencias añaden cuando en serie.

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Serie

La capacitancia total de N capacitores en serie es la inversa de la suma de todas las capacitancias inversas.

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Si sólo tienes dos capacitores en serie, puedes utilizar el método de “producto-sobre-suma” para calcular la capacitancia total:

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Aplicaciones de los Capacitores

Capacitores de desacoplamiento (Bypass)

Una gran cantidad de los capacitores que se ven en los circuitos, especialmente aquellos con un circuito integrado , son de desacoplamiento.

El trabajo de un capacitor de desacoplamiento es suprimir el ruido de alta frecuencia en las señales de la fuente de alimentación. Toman ondas de tensión diminutos, que de otro modo podrían ser perjudiciales para circuitos integrados delicados de la tensión de alimentación.

En cierto modo, los capacitores de desacoplamiento actúan como una fuente de alimentación local muy pequeño para circuitos integrados.

Si la fuente de alimentación cae muy temporalmente su tensión, un capacitor de desacoplamiento puede suministrar poder brevemente con en el voltaje correcto. Por ello, estos capacitores también se les llama de derivación; pueden actuar temporalmente como una fuente de alimentación, sin pasar por la fuente de alimentación.

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No es raro que el uso de dos o más incluso diferentes tipos distintos-valorado, de capacitores para evitar el suministro de energía, debido a que algunos valores del capacitor serán mejores que otros en la filtración de ciertas frecuencias de ruido.

Si bien parece que esto podría crear un corto de energía a tierra, sólo las señales de alta frecuencia pueden funcionar a través del capacitor a tierra. La señal de corriente continua se destinará a la IC, tal como se desee.


Filtrado de la fuente de alimentación

Los diodos rectificadores se pueden utilizar para convertir la corriente alterna en DC.

Pero los diodos por sí solos no pueden convertir una señal de corriente alterna en una señal de corriente continua limpia, ¡necesitan la ayuda de los capacitores!

Mediante la adición de un capacitor en paralelo a un puente rectificador, una señal rectificada de esta manera:

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Se puede convertir en una señal de Corriente Continua de nivel cerca de la siguiente manera:

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Los capacitores son componentes persistentes, que siempre van a tratar de resistir los cambios bruscos de voltaje.

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Un circuito de fuente de alimentación de CA a CC. La tapa del filtro (C1) es crítica para suavizar la señal de DC enviado al circuito de carga.


Almacenamiento de Energía y Abastecimiento

Batería Capacitor
Capacidad
Densidad de energía
Carga/velocidad de  descarga
Esperanza de vida


Filtrado de la señal

Los condensadores tienen una respuesta única a las señales de diferentes frecuencias. Pueden bloquear baja frecuencia al mismo tiempo que permite frecuencias más altas que pasan a través. Son como un guardia de seguridad en un club muy exclusivo sólo para altas frecuencias.

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El filtrado de señales puede ser útil en todo tipo de aplicaciones de procesamiento de señal, receptores de radio pueden utilizar un condensador (entre otros componentes) para sintonizar frecuencias no deseadas.

Y con los capacitores listos, solo queda aprender de los inductores y seremos unos ninjas de los componentes pasivos.

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