Condensadores (capacitores)
Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dieléctrico. A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao fato de cada placa armazenar cargas iguais, porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero.
q(t) = Cv(t)
F, farad
A energia armazenada em Joules é nos dada pela fórmula:
E = (C * V2)/2
O qual é uma função das propriedades do dieléctrico, da área e da separação entre os eléctrodos. De acordo com a relação, a adição ou remoção de cargas eléctricas às placas de um condensador equivale a variar a tensão eléctrica aplicada entre as mesmas, e vice-versa.
A expressão:
define a característica tensão-corrente do elemento condensador, a qual se encontra, portanto, ao nível da Lei de Ohm.
A análise de um circuito com condensadores exige a resolução de uma equação diferencial. Este facto introduz a dimensão temporal na análise de circuitos, impondo em simultâneo a necessidade de estudar as condições iniciais e as restrições de continuidade da energia acumulada como base para a resolução das mesmas. A natureza diferencial das equações do circuito conduz à distinção entre soluções natural (regime transitório ou natural) e forçada no tempo, sendo esta última a base para o posterior estudo dos conceitos de fasor e de impedância eléctrica, ambos no âmbito da análise do regime forçado sinusoidal.
Carga/Descarga Capacitor(Condensador)
Carga
Assume-se que o condensador(capacitor) está completamente descarregado e o interruptor ligado ao condensador(capacitor) passa, neste instante, para a posição 1. A tensão através do condensador de 100µF é zero neste ponto mas, quando uma corrente de carga I começa a fluir, inicia a carga do condensador(capacitor) até que a tensão entre as placas fique igual à tensão de alimentação de 12V. A corrente de carga flui até o capacitor estar totalmente carregado.
Assim, Vc = Vs = 12V.
Uma vez "totalmente carregado", em teoria, irá manter o seu estado de carga mesmo quando a tensão de alimentação for desligada, atua como uma espécie de dispositivo de armazenamento temporário. No entanto, embora isso possa ser verdade para um capacitor "ideal", o capacitor real vai lentamente perdendo carga ao longo de um período de tempo devido às correntes de fuga internas que fluem através do dielétrico. É um ponto importante lembrar-mo-nos que, condensadores de grandes capacidades ligados a alta tensão, podem manter uma quantidade significativa de carga mesmo quando a tensão de alimentação for desligada.
Descarga
Se o interruptor passar de 1 para a posição 2, o capacitor com a carga máxima irá começar a descarregar através da lâmpada, a lâmpada acende até o capacitor ficar sem carga uma vez que a lâmpada tem um valor resistivo. O brilho da lâmpada e o tempo que fica acesa, depende do valor do condensador e a resistência da lâmpada (T = C x R). Quanto maior for o valor do condensador mais brilho e mais tempo a lâmpada tem.
Associação de Condensadores
Condensadores Paralelo - Capacitores
Num circuito de condensadores montados em paralelo todos estão sujeitos à mesma diferença de potencial (voltagem). Para calcular a sua capacidade total num circuito paralelo(Ceq):
Condensadores Série - Capacitores
A corrente que flui através de condensadores em série é a mesma, porém cada condensador terá uma queda de tensão (diferença de potencial entre seus terminais) diferente. A soma das diferenças de potencial (voltagens) é igual à diferença de potencial total.
Simbolos Condensadores (Capacitores)
Tipos de Condensadores
Capacidade ou capacitância
Um condensador (capacitor) bipolar (ou um elemento passivo bipolar qualquer de circuito eléctrico) tem a capacidade de 1(um) farad se, carregado com uma carga eléctrica de 1(um) coulomb, apresenta uma diferença de potencial eléctrico de 1(um) volt entre os seus terminais.
Capacitância
Capacitância é a relação entre a diferença de potencial e a energia armazenada nas placas. É dado pela seguinte formúla:
- C= Capacidade em Farad;
- Q= Carga eléctrica em Coulomb;
- V= Tensão, em Volt.
Os condensadores têm inscrito a sua capacidade de várias formas. para além da capacitância ou capacidade, existe um factor importante a tensão de trabalho ou dielectrico.
Se aplicarmos uma tensão muito grande às armaduras de um capacitor, a ddp (diferença de potencial) entre as armaduras pode ser suficiente para provocar um arco que atravessa o dielétrico e causa a destruição do componente.
Os capacitores cerâmicos de disco têm dois tipos de especificações que não devem ser confundidas. Para os pequenos valores, temos a especificação directa em picofarad (pF) em que existe uma última letra maiúscula que indica a sua tolerância (variação que pode exitir entre o valor real e o valor indicado).
F = 1%J = 5%
M = 20%
H = 2,5%
*K = 10% - "K" é maiúsculo, não deve ser confundido com "k" minúsculo que indica quilo ou x 1 000.
Para os valores acima de 100 pF pode ser encontrado o código de 3 algarismos
A capacitância pode ainda ser dada pelo código de cores dos condensadores.
| Cód. | V. Máx. |
|---|---|
| 1H | 50V |
| 2A | 100V |
| 2T | 150V |
| 2D | 200V |
| 2E | 250V |
| 2G | 400V |
| 2J | 630V |
| Tolerância | |
|---|---|
| B | .01pF |
| C | .25pF |
| D | .50pF |
| F | 1% |
| G | 2% |
| H | 3% |
| J | 5% |
| K | 10% |
| M | 20% |
| Z | +80% -20% |
Unidade de Capacidade
A unidade do condensador é o Farad. Esta unidade é utilizada sobretudo pelos seus submúltiplos.
| Múltiplo | Nome | Símbolo | Múltiplo | Nome | Símbolo | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | farad | F | ||||
| 101 | decafarad | daF | 10–1 | decifarad | dF | |
| 102 | hectofarad | hF | 10–2 | centifarad | cF | |
| 103 | quilofarad | kF | 10–3 | milifarad | mF | |
| 106 | megafarad | MF | 10–6 | microfarad | µF | |
| 109 | gigafarad | GF | 10–9 | nanofarad | nF | |
| 1012 | terafarad | TF | 10–12 | picofarad | pF | |
| 1015 | petafarad | PF | 10–15 | femtofarad | fF | |
| 1018 | exafarad | EF | 10–18 | attofarad | aF | |
| 1021 | zettafarad | ZF | 10–21 | zeptofarad | zF | |
| 1024 | yottafarad | YF | 10–24 | yoctofarad | yF |
Valores Capacitores Comercializáveis
Na prática é impossível ter todos os valores de capacidade, sendo assim, usam-se duas normas de fabrico para os capacitores a E3 e E6.
Se repararmos, os valores 22µ e 47µ são facilmente encontrados no mercado mas valores de 25µ ou 50µ não existem comercialmente.
Seria inviável, por exemplo, fabricar capacitores com diferenças de 10, teríamos 10, 20, 30, 40 ... mas quando o valor fosse 1000, 1010 ... teríamos uma enormidade de valores. Criou-se, por isso, a série E3 (três valores para cada múltiplo de 10), 10µ, 22µ, 47µ que continua 100, 220, 470 ... 1000, 2200, 4700 ... e a série E6 (seis valores para cada múltiplo de dez), 10µ, 15µ, 22µ, 33µ, 47µ, 68µ que continua nos múltiplos de 10.
A série E3 é a mais comum comercialmente.
O que são condensadores(capacitores) X, Y?
Class-X e Class-Y são condensadores de segurança nas linhas de entrada de tensão AC; Também designados como condensadores supressores ou supressores de ruído são utilizados na filtragem de entrada da tensão AC do sector 220 ou 110 VAC. Filtram ruídos de elétricos produzidos por emissores de RF e de descargas na linha. Têm outras referências, EMI/RFI suppression capacitors ou AC line filter safety capacitor.
Os capacitores X2(os mais usados) utilizam-se quando existe a necessidade de proteger possíveis picos iguais ou inferiores a 2500V, são os mais comuns. X3 protege de picos até 1200V.
Enquanto os Class X são usados entre as linhas L e N, os class Y são usados entre as linhas(L ou N, fase ou neutro) e massa(terra).
Existem condensadores que podem ser utilizados em class X ou Y em função da ligação.
Class X
IEC 60384-14
Em funcionamento
≤4,0kV
Class Y
IEC 60384-14
ESR(Equivalent Serie Resistance) - Resistência Equivalente em Série.
Um condensador tem uma resistência eléctrica interna, o valor dessa resistência denomina-se E.S.R.,a resistência resulta da combinação da resistência das placas, dielétrico, eletrólito, dos terminais e conexões internas.
Os capacitores (condensadores) ao longo da sua vida vão aumentando a ESR. Na sua composição interna o capacitor possui um dielétrico (electrólio) que se degrada ao longo do tempo. Também a miniaturização dos circuitos faz com que a temperatura do componente seja mais dificil de dissipar diminuindo assim a sua vida útil.
O ESR pode por isso definir o fator de qualidade, teoricamente um capacitor perfeito não terá perdas e terá ESR de 0(zero), na utilização real existe sempre algum valor de ESR.
Medidor de ESR
Um medidor de ESR, que é um ohmímetro (os valores são lidos em Ω Ohms) que usa corrente alternada. O ohmímetro que há na bancada usa corrente contínua para medir o valor de resistência de um circuito..
Um típico capacímetro mede a capacidade sob teste e apenas isso, porém há um detalhe muito importante, a ESR pode aumentar muito sem afetar o valor medido por um capacímetro.
A verificação do valor de um capacitor com o capacímetro deve ser efetuada fora do circuito; Com um medidor de ESR pode-se testar os capacitores sem retirá-los do circuito, poupando trabalho e tempo.
Para que seja possível o teste de capacitores no circuito o ESR METER (medidor de esr) utiliza um sinal de 100 KHz com uma amplitude de 100 mV (0,1 Volts), semicondutores conduzem com tensões acima de 600 mV para silício e 200 mV para germânio, semicondutores em bom estado de funcionamento não interferem nas medições de ESR.
Leitura de valores medidor ESR
Podemos usar uma regra simples:
- 1uF aceitaremos a ESR até 20 Ω (dependendo da tensão);
- 2,2µF aceitaremos a ESR até 15 Ω (dependendo da tensão);
- 4,7µF aceitaremos a ESR até 10 Ω (dependendo da tensão);
- 10µF aceitaremos a ESR até 5 Ω (dependendo da tensão);
- 22µF aceitaremos a ESR até 3 Ω (dependendo da tensão).
Os capacitores, na sua maioria, são usados em filtragem e desacoplamento/acoplamento de sinais com pequenas correntes, a ESR terá pouca influência sobre a corrente que o atravessa. Se o capacitor for utilizado em circuitos para diminuir/eliminar o ripple, como é o caso dos capacitores de 47µF/250V de filtragem do +B do flyback de um monitor ou tv, o valor de ESR é de aproximadamente 2Ω. Capacitores maiores que 47µF deverão ter uma ESR entre 1Ω e 0,01Ω (em função da voltagem). Nos casos em que os capacitores apresentam uma medição fora dos valores apresentados, substitua-os.
