Los condensadores son dispositivos pasivos utilizados en circuitos electrónicos para almacenar energía en forma de campo eléctrico. Son el complemento de inductores, que almacenan energía en forma de campo magnético. Un condensador ideal es el equivalente de un circuito abierto (ohmios infinitos) para corrientes directas (CC), y presenta una impedancia (reactancia) a corrientes alternas (CA) que depende de la frecuencia de la corriente (o voltaje). La reactancia (oposición al flujo de corriente) de un condensador es inversamente proporcional a la frecuencia de la señal que actúa sobre él. Los condensadores se conocían originalmente como “condensadores” por una razón que se remonta a los días del frasco de Leyden, donde se pensaba que las cargas eléctricas se acumulaban en las placas a través de un proceso de condensación.
La propiedad de capacitancia que se opone a un cambio en el voltaje se explota con el propósito de conducir señales con un componente de frecuencia más alta mientras se evita que pasen las señales de componentes de frecuencia más baja. Una aplicación común de un condensador en un circuito de RF (radiofrecuencia) es donde hay un voltaje de polarización de CC que debe bloquearse para que no esté presente en un circuito mientras se deja pasar la señal de RF. Las fuentes de alimentación de CC utilizan grandes valores de capacitancia en paralelo con los terminales de salida para suavizar las ondas de baja frecuencia debido a las formas de onda de rectificación y / o conmutación.
Cuando se usa en serie (dibujo a la izquierda) o en paralelo (dibujo a la derecha) con su circuito complementario, un inductor, la combinación inductor-capacitor forma un circuito que resuena a una frecuencia particular que depende de los valores de cada componente. En el circuito en serie, la impedancia al flujo de corriente a la frecuencia resonante es cero con componentes ideales. En el circuito paralelo (derecha), la impedancia al flujo de corriente es infinita con componentes ideales.
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Los condensadores del mundo real hechos de componentes físicos exhiben más que solo una capacitancia pura cuando
presente en un circuito de corriente alterna. Un modelo de simulador de circuito común se muestra a la izquierda. Incluye el condensador ideal real con un componente resistivo paralelo (‘Fuga’) que responde a la corriente alterna. El componente resistivo de CC equivalente (‘ESR’) está en serie con el condensador ideal y está presente un componente inductivo en serie equivalente (‘ESL’) debido a los cables metálicos (si están presentes) y las características de las superficies de la placa. Esta inductancia, en combinación con la capacitancia, crea una frecuencia resonante en cuyo punto el capacitor parece una resistencia pura.
A medida que la frecuencia operativa aumenta la resonancia pasada (también conocida como frecuencia autorresonante o SRF), el circuito se comporta como una inductancia en lugar de una capacitancia. Por lo tanto, se requiere una cuidadosa consideración del SRF al seleccionar condensadores. Los simuladores de tipo SPICE usan este o un modelo aún más sofisticado para facilitar cálculos más precisos en una amplia gama de frecuencias.
Cálculos:
Condensadores conectados en serie:
La capacitancia total de los capacitores conectados en serie es igual al recíproco de la suma de los recíprocos de las capacitancias individuales. Mantenga las unidades constantes.
Capacitancia de placa paralela
La capacitancia (C, en Faradios) de dos placas paralelas de igual área es el producto del área (A, en metros) de una placa, la distancia (d, en metros) que separa las placas y la constante dieléctrica (ε, en Faradios por metro) del espacio que separa las placas. ε, la constante dieléctrica total, es el producto de la constante dieléctrica del espacio libre, ε0, y la constante dieléctrica relativa del material, εr. Tenga en cuenta que las unidades de longitud y área pueden ser métricas o inglesas siempre que sean consistentes.
Capacitancia de cable coaxial
Capacitancia de línea paralela
Capacitancia de esfera concéntrica
Factor de disipación y tangente de pérdida
El factor de disipación (DF), también conocido como tangente de pérdida (tan δ) se define indistintamente como el recíproco de la carga (Q) o la relación de la resistencia en serie equivalente (ESR) y la reactancia capacitiva (X
C
) Es una medida de la tasa de pérdida de carga almacenada. El DF se usa típicamente en aplicaciones de baja frecuencia, mientras que tan δ se usa con mayor frecuencia en aplicaciones de alta frecuencia.
Condensadores conectados en paralelo:
La capacitancia total de los capacitores conectados en paralelo es igual a la suma de las capacitancias individuales. Mantenga las unidades constantes.
Fórmula de capacitancia Constantes y variables
Las siguientes constantes físicas y variables dimensionales mecánicas se aplican a las ecuaciones en esta página. Las unidades para las ecuaciones se muestran entre paréntesis al final de las ecuaciones; p.ej,
significa que las longitudes están en pulgadas y la inductancia está en Henries. Si no se indican unidades, entonces se puede usar cualquiera siempre que sean consistentes en todas las entidades; es decir, todos los medidores, todos los µF, etc.
C = capacitancia
L = inductancia
W = energía
εr = permitividad relativa (sin dimensiones)
ε0 = 8.85 x 10-12 F / m (permitividad del espacio libre)
µr = permeabilidad relativa (sin dimensiones)
µ0 = 4π x 10-7 H / m (permeabilidad del espacio libre)
1 metro = 3.2808 pies 1 pie = 0.3048 metros
1 mm = 0.03937 pulgadas 1 pulgada = 25.4 mm
Además, los puntos (que no deben confundirse con los puntos decimales) se utilizan para indicar la multiplicación a fin de evitar la ambigüedad.
Reactancia capacitiva
Reactancia capacitiva (X
C
, en Ω) es inversamente proporcional a la frecuencia (ω, en radianes / seg, o f, en Hz) y la capacitancia (C, en Faradios). La capacitancia pura tiene un ángulo de fase de -90 ° (el voltaje atrasa la corriente con un ángulo de fase de 90 °).
Carga almacenada en un condensador
La carga (Q, en coulombs) en las placas de un condensador es el producto de la capacitancia (C, en Faradios) y el voltaje (V, en voltios) a través del dispositivo.
Energía almacenada en un condensador
La energía (W, en julios) almacenada en un condensador es la mitad del producto de la capacitancia (C, en Faradios) y el voltaje (V, en voltios) a través del dispositivo.
Corriente a través de un condensador
La corriente realmente fluye ‘a través’ de un condensador ideal. Por el contrario, la carga almacenada en sus placas se entrega al circuito conectado, lo que facilita el flujo de corriente. Por el contrario, un voltaje neto aplicado a sus placas hace que fluya una corriente en el circuito conectado a medida que se acumula carga en las placas.
Factor de calidad de un condensador
El factor de calidad es la relación adimensional de reactancia a resistencia en un condensador.
fuente: capacitores y capacitancia cálculos fórmulas ecuaciones