O que é um capacitor e para que serve?

Definição

A palavra condensador vem do latim "condensatio", que se traduz como "acumulação". Na física, esse termo é usado para descrever todo um nicho de produtos elétricos cujo objetivo é funcionar como um dispositivo de armazenamento de energia. A quantidade de energia armazenada depende da capacidade e do quadrado da tensão em suas placas, dividido por 2. Além disso, a corrente flui através dela somente durante a carga. Mas as primeiras coisas primeiro.

E = (CU²)/2

Em termos simples, um capacitor é um dispositivo que pode armazenar energia em campo elétrico. Na versão mais simples, consiste em dois condutores (placas), separados por um dielétrico. Na figura abaixo, você vê um diagrama simplificado do dispositivo externo de um capacitor plano. O símbolo no diagrama representa 2 recursos com 8 mm de altura, a uma distância de 1,5 mm um do outro.

Princípio da Operação

Agora que sabemos como esse elemento é indicado nos diagramas, precisamos considerar o princípio de operação do capacitor. Quando as placas do capacitor são conectadas a uma fonte de energia, as cargas elétricas dos terminais positivo e negativo do IP correm para as placas, acumulando-se nelas.

A corrente elétrica é interrompida após o carregamento do capacitor para a capacidade nominal, uma vez que existe uma camada dielétrica entre as placas, ela não pode fluir continuamente. Quando a fonte de energia é desligada, as cargas permanecerão no capacitor, o que significa que a tensão em seus terminais permanecerá.

As cargas acumuladas em cada uma das placas são opostas. Consequentemente, a tampa que foi conectada ao terminal positivo da fonte de energia é carregada positivamente e a tampa que é conectada ao terminal negativo é negativa. O princípio de operação deste produto é baseado na atração de cargas opostas em um circuito elétrico.

Em palavras simples, o capacitor economizará a energia que foi transferida da fonte de energia - esse é seu objetivo. No entanto, na prática, há uma variedade de perdas e vazamentos.

Interessante! O Leiden Bank é um protótipo de capacitores modernos nascidos em 1745. Este dispositivo foi capaz de acumular energia e extrair faíscas quando suas placas foram fechadas. Aparência e design que você vê abaixo.

E na figura abaixo você vê a construção do capacitor plano mais simples - duas placas separadas por um dielétrico:

Como a capacidade é diretamente proporcional à área das placas e inversamente proporcional à distância entre elas, para aumentar a capacidade, os engenheiros desenvolveram várias outras formas de capacitores.Por exemplo, placas espirais embrulhadas - para que sua área se torne muitas vezes maior com as mesmas dimensões gerais, bem como soluções cilíndricas e esféricas.

Uma das leis de comutação afirma que a tensão nas placas do capacitor não pode mudar abruptamente, como ilustra a miniatura a seguir.

Visualizações

Os capacitores podem ser classificados de acordo com vários critérios.

Por constância de capacidade:

• Permanente.
• Variáveis Sua capacidade pode ser alterada manualmente pelo operador (usuário) do dispositivo ou sob a influência da tensão (como em varicaps e varicondas).

Pela polaridade da tensão aplicada:

• Não polar - pode funcionar em circuitos de corrente alternada.
• Polar - quando a tensão da polaridade errada está conectada, eles falham.

Dependendo de onde esses componentes são usados, diferentes opções são diferenciadas por material:

• Papel e metal - são comuns a muitos, comuns nos capacitores da era soviética na forma de tijolos retangulares com marcações como "MBHCH". A aparência desse tipo de capacitor você vê abaixo. Eles não são polares.
• Cerâmico - eles costumam filtrar ruídos de alta frequência, e a permissividade relativa permite criar componentes multicamadas com uma capacidade comparável aos eletrólitos (caros), não sensíveis à polaridade.
• Filme - distribuído na forma de almofadas marrons, barato, é usado em todos os lugares. Caracterizado por baixa corrente de fuga, pequena capacidade, alta tensão operacional e insensibilidade à polaridade da tensão aplicada.
• Com um dielétrico do ar. O melhor exemplo desse elemento é um capacitor de sintonização de um circuito ressonante de um receptor de rádio; a capacitância de tais elementos é pequena, mas é conveniente realizar sua alteração.
• Eletrolítico - são elementos na forma de barris, são instalados com mais freqüência como filtro de pulsações da rede na fonte de alimentação. O design e o princípio de operação permitem obter uma grande capacidade com um tamanho pequeno, mas com o tempo eles podem secar, perder capacidade ou inchar. Como esses produtos ficam em boas condições, você pode ver abaixo. Como dielétrico, é usada uma fina camada de óxido de metal. Se a fonte de alimentação usar capacitores com um dielétrico da AL₂O₃ - assim chamado "Eletrólitos de alumínio", então para trabalhos em circuitos de alta frequência - use tântalo (Ta₂0₅ - eles também se aplicam a eletrólitos) capacitores, porque possuem menos corrente de fuga, maior resistência a influências externas, ao contrário das anteriores de alumínio.
• Polímero - capaz de suportar grandes correntes pulsadas, trabalhar a baixas temperaturas

Principais especificações

Se você estiver reparando ou desenvolvendo um dispositivo eletrônico, precisará selecionar o capacitor apropriado para substituir o que falhou. E para isso você precisa se familiarizar com as principais características técnicas do capacitor, das quais depende sua operação no circuito elétrico.

Capacidade nominal. Caracteriza o principal objetivo do componente - que tipo de carga ele pode armazenar. A principal característica é medida em farads [f]. No entanto, essa unidade de medida é muito grande, portanto, as ações são usadas:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarads, microfarads - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

A tensão nominal é a tensão na qual se pode garantir que o capacitor funcione no modo normal. Se esse valor for excedido, é muito provável que haja uma quebra do dielétrico. Pode ser de unidades de volts (para eletrólitos) e até milhares de volts (filme e cerâmica). Ao reparar, esse valor não deve ser menor do que o de uma falha, mais alto - é possível!

Tolerância de desvio - quanto a capacidade real pode diferir da capacidade nominal declarada. Pode atingir 20 a 30%, mas também existem modelos de alta precisão com tolerância de até 1% - para uso em circuitos onde é necessária uma precisão especial.

Coeficiente de temperatura da capacitância - este parâmetro é importante para eletrólitos. Nos capacitores de alumínio, quando a temperatura diminui, a capacitância diminui e a resistividade elétrica aumenta (em inglês ESR)

ESR - resistência em série equivalente, também é importante para eletrólitos. Em termos simples - quanto maior, pior. Em condores inchados, a ESR aumenta.

Na tabela abaixo, você vê os valores admissíveis de ESR para diferentes capacitâncias e tensões nominais.

Onde e para o que são aplicados

Ainda assim, responderemos à pergunta "para que o capacitor foi projetado?" do ponto de vista prático. Para fazer isso, considere vários esquemas.

Os capacitores eletrolíticos são mais amplamente utilizados como filtro de ondulações de rede em fontes de alimentação que já foram mencionadas mais de uma vez. O diagrama abaixo mostra onde o eletrólito está instalado. Quanto maior a carga, maior a capacidade de eletrólitos é necessária para suavizar a ondulação.

O próximo local em que os capacitores são usados ​​são os filtros de alta e baixa passagem. O diagrama abaixo mostra inclusões típicas. Assim, nos alto-falantes, as frequências graves, médias e altas são criadas ao longo dos alto-falantes, sem o uso de componentes ativos.

As fontes de alimentação de lastro costumam ser usadas para carregar baterias pequenas e alimentar dispositivos de baixa energia, como lâmpadas LED baratas, rádios e outros. Um capacitor de filme é instalado em série com o dispositivo de alimentação, limitando a corrente devido à sua reatância - este é o princípio de operação de um circuito tão simples.

Snabbers são dispositivos projetados para proteger interruptores semicondutores e contatos de relé contra cargas de comutação. Nas modernas PSUs de alta frequência pulsadas, amortecedores de um resistor e capacitor são utilizados, melhorando os principais parâmetros do circuito e reduzindo a carga nas teclas, bem como a perda de energia durante o aquecimento. O princípio de operação do amortecedor é desacelerar as frentes de crescimento e queda da tensão na chave devido ao uso do tempo de carga constante da capacitância.

Conclusão

Examinamos o que é um capacitor, como ele é projetado e que função ele desempenha. Para um estudo mais aprofundado, você precisa se familiarizar de perto com os tipos de capacitores e suas características práticas em vários circuitos e aplicações. Assim, por exemplo, nos casos em que é necessária precisão especial na operação e confiabilidade, são usados ​​eletrólitos de baixa VHS ou eletrólitos de tântalo, enquanto não há diferença especial no filtro no retificador sobre o que colocar.

No final, recomendamos assistir a vídeos úteis sobre o tópico do artigo:

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• O que são condutores, semicondutores e dielétricos
• O que é capacidade elétrica
• Métodos para determinar a capacitância de um capacitor