¿Qué carga un condensador más rápido, corriente o voltaje?

Answer 1

La corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia .

Un condensador es un dispositivo pasivo que almacena energía en su campo eléctrico y devuelve energía al circuito cuando sea necesario. Un condensador consta de dos placas conductoras separadas por un material aislante o dieléctrico. La figura 1 y la figura 2 son la estructura básica y el símbolo esquemático del condensador, respectivamente.

Figura 1: Estructura básica del condensador.

Figura 2: símbolo esquemático del condensador

Cuando un condensador se conecta a un circuito con fuente de corriente continua (CC), dos procesos, que se denominan “carga” y “descarga” del condensador, sucederán en condiciones específicas.

En la figura 3, el condensador está conectado a la fuente de alimentación de CC y la corriente fluye a través del circuito. Ambas placas obtienen las cargas iguales y opuestas y se crea una diferencia de potencial creciente, vc, mientras el condensador se está cargando. Una vez que el voltaje en los terminales del condensador, vc, es igual al voltaje de la fuente de alimentación, vc = V, el condensador está completamente cargado y la corriente deja de fluir a través del circuito, la fase de carga ha terminado.

Figura 3: El condensador se está cargando

Un condensador es equivalente a un circuito abierto a corriente continua, R = ∞, porque una vez que la fase de carga ha terminado, no fluye más corriente a través de ella. El voltaje vc en un condensador no puede cambiar abruptamente.

Cuando el condensador se desconecta de la fuente de alimentación, el condensador se descarga a través del resistor RD y el voltaje entre las placas desciende gradualmente a cero, vc = 0, Figura 4.

Figura 4: El condensador se está descargando

En las Figuras 3 y 4, las Resistencias de RC y RD afectan la velocidad de carga y la velocidad de descarga del Condensador, respectivamente.

El producto de la resistencia R y la capacitancia C se llama constante de tiempo τ, que caracteriza la velocidad de carga y descarga de un condensador, Figura 5.

Figura 5: El voltaje vc y la corriente iC durante la fase de carga y la fase de descarga

Cuanto menor es la resistencia o la capacitancia, menor es la constante de tiempo, más rápida es la velocidad de carga y descarga del capacitor, y viceversa.

Los condensadores se encuentran en casi todos los circuitos electrónicos. Se pueden usar como una batería rápida. Por ejemplo, un condensador es un depósito de energía en la unidad de flash fotográfico que libera la energía rápidamente durante un corto período de tiempo del flash. Carga y descarga de un condensador

Answer 2

Un condensador contiene electrones (culombios).

Cuanto más rápido pueda ingresarlos, más rápido se cargará.

Entonces más actual es la respuesta …

Pero espera. No puede forzar más corriente sin más voltaje … así que necesita aumentar el voltaje, la corriente aumentará y obtendrá esos coulombs allí más rápido.

Answer 3

El comportamiento de cualquier dispositivo electrónico se describe por sus características terminales. Estos definen el comportamiento del dispositivo en términos de corriente, voltaje y quizás otros parámetros como la frecuencia que pueden ser relevantes.

En general, el voltaje y la corriente están relacionados, por lo que si se especifica uno, se conoce el otro. Las características terminales fundamentales de un condensador son:

[matemáticas] Q = CV [/ matemáticas] donde

[matemática] Q [/ matemática] es la carga almacenada en las placas del condensador,

[matemática] V [/ matemática] es el voltaje a través de las placas del condensador y

[matemática] C [/ matemática] es la capacitancia del capacitor.

Si Q está en coulombs y V está en voltios, entonces C está en faradios.

Sin embargo, generalmente en electrónica no tratamos con carga sino con la corriente i, la tasa de flujo de carga. Entonces, la relación entre corriente y carga es:

[matemáticas] Q = \ int_0 ^ ti (t) \, dt [/ matemáticas].

Para el caso especial pero común donde i es constante en el tiempo, entonces

[matemáticas] Q = it [/ matemáticas].

Entonces, sustituyendo desde arriba, la forma general de las características terminales de un condensador se convierte en

[matemáticas] \ int_0 ^ ti (t) \, dt = CV [/ matemáticas].

Un condensador no tiene un valor inherente cuando está completamente cargado. Para una pregunta como la actual, la pregunta es: ¿cuánto tiempo tarda un condensador en cargarse a un voltaje determinado [matemática] V_c [/ matemática]?

Veamos tres posibilidades. En todos los casos por debajo del voltaje a través del condensador antes de que el tiempo sea igual a 0 se considerará 0 V.

Carga de un condensador con corriente constante:

El voltaje a través del condensador aumenta a una velocidad lineal hasta que alcanza [math] V_c [/ math].

Ya que

[matemáticas] = CV [/ matemáticas] entonces

[matemáticas] t = \ dfrac {CV} {i} [/ matemáticas].

Esto puede aproximarse muy de cerca con un circuito simple y es una manera fácil de generar una rampa con pendiente constante.

Carga con un voltaje constante:

Aquí el voltaje a través del condensador comienza en cero y aumenta instantáneamente a [math] V_c [/ math] tan pronto como se cierra el interruptor. Esto requiere un impulso actual de altura y área infinitas de [math] CV_c [/ math]. El término instantáneo debería levantar una bandera roja porque en el mundo real los dispositivos no cambian de estado instantáneamente. Una fuente de voltaje práctica siempre incluye cierta impedancia en serie que establece un límite finito en el valor de corriente máximo. Veamos el ejemplo más simple, donde la impedancia es una resistencia constante R:

Como inicialmente el condensador está completamente descargado ([matemática] V = 0 [/ matemática]), la corriente inicial [matemática] i_i [/ ​​matemática] es:

[matemáticas] i_i = \ dfrac {V} {R} [/ matemáticas].

Sin embargo, a medida que la carga se acumula en el condensador, el voltaje a través de él aumenta. Esto disminuye el voltaje a través de R, que es [matemática] \ izquierda (V_c – \ dfrac {\ int_0 ^ ti (t) \, dt} {C} \ derecha) [/ matemática]. Como resultado, la corriente de carga disminuye y, en lugar de aumentar linealmente con el tiempo, el voltaje [matemático] V [/ matemático] se aproxima asintóticamente a [matemático] V_c [/ matemático].

La solución de la ecuación produce el resultado:

[matemática] V = V_c \ left (1 – e ^ {- \ frac {t} {RC}} \ right) [/ math].

El valor [math] RC [/ math] se llama constante de tiempo del circuito y es igual al tiempo que lleva cargar el capacitor a [math] \ left (1 – \ dfrac {1} {e} \ right) V_c = 0.63 V_c [/ matemática].

Para cualquier punto a lo largo de la curva, en el tiempo [matemático] t [/ matemático], el capacitor se cargará al 63% de la diferencia entre el voltaje en ese punto, [matemático] V_p [/ matemático] y [matemático] V_c [ / math] en un intervalo de tiempo de [math] RC [/ math]:

[matemática] V = V_p + 0.63 (V_c – V_p) [/ matemática] en el momento [matemática] t + RC [/ matemática].

Por lo tanto, es evidente que al usar este método de carga, el voltaje del condensador nunca alcanzará [math] V_c [/ math], aunque se acercará tanto como quisiera si está dispuesto a esperar lo suficiente.

Si la fuente de voltaje se incrementa a [math] \ dfrac {V_c} {0.63} [/ math], entonces el capacitor se cargará al valor [math] V_c [/ math] a tiempo [math] t = RC [/ math] .

Entonces no hay una respuesta simple a su pregunta. El tiempo para cargar un condensador depende del método utilizado para cargarlo y también del voltaje que especifique como valor final.