Electrónica básica: Condensadores

tutorial sobre los condensadores

Un condensador es un componente pasivo que tiene la capacidad de almacenar la energía en forma de diferencia de potencial entre sus placas. Resiste un cambio repentino de voltaje. La carga se almacena en forma de diferencia de potencial entre dos placas, que se forman para ser positivas y negativas dependiendo de la dirección de almacenamiento de la carga.

Una región no conductora está presente entre estas dos placas que se denomina dieléctrica. Este dieléctrico puede ser el vacío, el aire, la mica, el papel, la cerámica, el aluminio, etc. El nombre del condensador viene dado por el dieléctrico utilizado.

Símbolo y unidades

Las unidades estándar de capacitancia son los Farads. Generalmente, los valores de los condensadores disponibles serán del orden de micro-faradios, pico-faradios y nano-faradios. El símbolo de un condensador es como se muestra a continuación.

Símbolo del condensador

La capacidad de un condensador es proporcional a la distancia entre las placas y es inversamente proporcional al área de las placas. Además, cuanto mayor sea la permitividad de un material, mayor será la capacitancia. La permitividad de un medio describe cuánto flujo eléctrico se está generando por unidad de carga en ese medio. La siguiente imagen muestra algunos condensadores prácticos.

Cuando dos placas que tienen la misma área A, e igual anchura se colocan paralelas entre sí con una separación de la distancia d, y si se aplica algo de energía a las placas, entonces la capacitancia de ese condensador de placa paralela se puede denominar como –

C=ε0εrdA

Donde

C = Capacidad de un condensador

ε0= permitividad del espacio libre

εr= permitividad del medio dieléctrico

d = distancia entre las placas

A = área de las dos placas conductoras

Con algo de voltaje aplicado, la carga se deposita en las dos placas paralelas del condensador. Esta deposición de carga ocurre lentamente y cuando el voltaje a través del condensador es igual al voltaje aplicado, la carga se detiene, ya que el voltaje que entra es igual al voltaje que sale.

La velocidad de carga depende del valor de la capacidad. Cuanto mayor sea el valor de la capacitancia, más lenta será la tasa de cambio de voltaje en las placas.

Funcionamiento de un condensador

Un condensador puede entenderse como un componente pasivo de dos terminales que almacena energía eléctrica. Esta energía eléctrica se almacena en un campo electrostático.

Inicialmente, las cargas negativas y positivas en dos placas del condensador están en equilibrio. No hay tendencia a que un condensador se cargue o descargue. La carga negativa se forma por la acumulación de electrones, mientras que la carga positiva se forma por el agotamiento de los electrones. Como esto ocurre sin que se dé ninguna carga externa, este estado es una condición electrostática. La siguiente figura muestra el condensador con cargas estáticas.

La acumulación y el agotamiento de los electrones según los diferentes ciclos positivos y negativos del suministro de corriente alterna, puede entenderse como «flujo de corriente». Esto se denomina «Corriente de desplazamiento«. La dirección de este flujo de corriente sigue cambiando, ya que se trata de CA.

Cuando se da un voltaje externo, la carga eléctrica se convierte en carga electrostática. Esto ocurre mientras el condensador se está cargando. El potencial positivo del suministro, atrae los electrones de la placa positiva del condensador, haciéndolo más positivo. Mientras que el potencial negativo del suministro, fuerza a los electrones a la placa negativa del condensador, haciéndolo más negativo. La figura de abajo explica esto.

Carga del condensador

Durante este proceso de carga, los electrones se mueven a través del suministro de corriente continua pero no a través del dieléctrico que es un aislante. Este desplazamiento es grande, cuando el condensador comienza a cargarse pero se reduce a medida que se carga. El condensador deja de cargarse cuando el voltaje a través del condensador es igual al voltaje de suministro.

Veamos qué le pasa al dieléctrico cuando el condensador comienza a cargarse.

El comportamiento dieléctrico

A medida que las cargas se depositan en las placas del condensador, se forma un campo electrostático. La fuerza de este campo electrostático depende de la magnitud de la carga en la placa y la permitividad del material dieléctrico. La permitividad es la medida del dieléctrico si permite que las líneas electrostáticas pasen a través de él.

El dieléctrico es en realidad un aislante. Tiene electrones en la órbita más exterior de los átomos. Observemos cómo se ven afectados. Cuando no hay carga en las placas, los electrones del dieléctrico se mueven en una órbita circular. Esto es como se muestra en la siguiente figura.

Cuando se produce la deposición de la carga, los electrones tienden a moverse hacia la placa de carga positiva, pero aún así siguen girando como se muestra en la figura.

Si la carga aumenta más, las órbitas se expanden más. Pero si aún así aumenta, el dieléctrico se rompe provocando un cortocircuito en el condensador. Ahora, el condensador estando completamente cargado, está listo para ser descargado. Es suficiente si les proporcionamos un camino para que viajen de la placa negativa a la positiva. Los electrones fluyen sin ningún suministro externo ya que hay demasiados electrones en un lado y apenas hay electrones en el otro. Este desequilibrio se ajusta por la descarga del condensador.

Además, cuando se encuentra un camino de descarga, los átomos del material dieléctrico tienden a llegar a su órbita circular normal y, por lo tanto, obligan a los electrones a descargarse. Este tipo de descarga permite a los condensadores entregar altas corrientes en un corto período de tiempo, como en el flash de una cámara.

Código de colores

Para saber el valor de un condensador, se suele etiquetar como sigue –

n35 = 0.35nF o 3n5 = 3.5nF o 35n = 35nF y así sucesivamente.

A veces las marcas serán como 100K lo que significa, k = 1000pF. Entonces el valor será 100 × 1000pF = 100nF.

Aunque estas marcas numéricas se están utilizando hoy en día, hace tiempo que se desarrolló un esquema de codificación de colores internacional para comprender los valores de los condensadores. Las indicaciones del código de colores son las siguientes.

Color de la banda Tolerancia del multiplicador de los dígitos A y B t

10pf Tolerancia t
< 10pf Coeficiente de temperatura
Negro 0 × 1 ±20% ±2.0pF
Marrón 1 × 10 ±1% ±0.1pF -33 × 10-6
Rojo 2 × 100 ±2% ±0.25pF -75 × 10-6
Naranja 3 × 1.000 ±3% -150 × 10-6
Amarillo 4 × 10.000 ±4% -220 × 10-6
Verde 5 × 100.000 ±5% ±0,5pF -330 × 10-6
Azul 6 × 1,000000 -470 × 10-6
Violeta 7 -750 × 10-6
Gris 8 × 0.01 +80%, -20%
Blanco 9 × 0.1 ±10% ±1.0pF
Oro × 0.1 ±5%
Plata × 0.01 ±10%

Estas indicaciones se utilizaron para identificar el valor de los condensadores.

En estos condensadores de cinco bandas, las dos primeras bandas representan dígitos, la tercera indica el multiplicador, la cuarta la tolerancia y la quinta el voltaje. Veamos un ejemplo para entender el proceso de codificación de colores.

Ejemplo 1 – Determinar el valor de un condensador con un código de color amarillo, violeta, naranja, blanco y rojo.

Solución – El valor del amarillo es 4, el del violeta es 7, el del naranja es 3 lo que representa el multiplicador. El blanco es ±10 que es el valor de tolerancia. El rojo representa el voltaje. Pero para saber el valor del voltaje, tenemos otra tabla, de la cual se debe conocer la banda particular a la que pertenece este condensador.

Por lo tanto, el valor del condensador es 47nF, 10% 250v de voltaje por banda

La siguiente tabla muestra cómo se determina el voltaje dependiendo de las bandas a las que pertenecen los condensadores.

TIPO J TIPO K TIPO L TIPO M TIPO N
Negro 4 100 10 10
Marrón 6 200 100 1.6
Rojo 10 300 250 4 35
Naranja 15 400 40
Amarillo 20 500 400 6.3 6
Verde 25 600 16 15
Azul 35 700 630 20
Violeta 50 800
Gris 900 25 25
Blanco 3 1000 2.5 3
Oro 2000
Plata

Con la ayuda de esta tabla, se conoce la capacidad de voltaje para cada banda de condensadores según el color dado. El tipo de valores de voltaje también indica el tipo de condensadores. Por ejemplo, los del TIPO J son condensadores de tántalo sumergidos, los del TIPO K son condensadores de mica, los del TIPO L son condensadores de poliestireno, los del TIPO M son condensadores de banda electrolítica 4 y los del TIPO N son condensadores de banda electrolítica 3. En estos días, la codificación de color ha sido reemplazada por la simple impresión del valor de los condensadores como se mencionó anteriormente.

Reactancia capacitiva

Este es un término importante. La Reactancia Capacitiva es la oposición que ofrece un condensador al flujo de corriente alterna, o simplemente corriente alterna. Un condensador resiste el cambio en el flujo de corriente y, por lo tanto, muestra cierta oposición que se puede denominar como reactancia, ya que la frecuencia de la corriente de entrada también debe considerarse junto con la resistencia que ofrece.

Símbolo: XC

En un circuito puramente capacitivo, la corriente IC conduce el voltaje aplicado en 90

Coeficiente de temperatura de los condensadores

El cambio máximo en la capacidad de un condensador, en un rango de temperatura especificado, puede conocerse por el coeficiente de temperatura de un condensador. Establece que cuando la temperatura supera un determinado punto, el cambio de capacidad de un condensador que puede producirse se entiende como el coeficiente de temperatura de los condensadores.

Todos los condensadores se fabrican normalmente considerando una temperatura de referencia de 25°C. Por lo tanto, el coeficiente de temperatura de los condensadores se considera para los valores de las temperaturas que están por encima y por debajo de este valor.

Conexiones de circuito

En un circuito, un condensador puede ser conectado en serie o en paralelo. Si se conectara un conjunto de condensadores en un circuito, el tipo de conexión del condensador se ocupa de los valores de voltaje y corriente en esa red.

Condensadores en serie

Observemos lo que sucede, cuando se conectan pocos condensadores en serie. Consideremos tres condensadores con valores diferentes, como se muestra en la figura a continuación.

Capacidad

Cuando se considera la capacitancia de una red cuyos condensadores están en serie, se añade el recíproco de las capacitancias de todos los condensadores, para obtener el recíproco de la capacitancia total. Para obtener esto más claramente,

1CT=1C1+1C2+1C3

Siguiendo la misma fórmula, si simplemente se conectan dos condensadores en serie, entonces

CT=C1×C2C1+C2

Donde C1 es la capacitancia a través del 1er condensador, C2 es la capacitancia a través del 2º condensador y C3 es la capacitancia a través del 3er condensador en la red anterior.

Voltaje

El voltaje a través de cada condensador depende del valor de las capacitancias individuales. Lo que significa que

VC1=QTC1VC2=QTC2VC3=QTC3

El voltaje total a través del circuito de condensadores en serie,

VT=VC1+VC2+VC3

Donde Vc1 es el voltaje a través del 1er condensador, Vc2 es el voltaje a través del 2º condensador y Vc3 es el voltaje a través del 3er condensador en la red anterior.

Corriente

La cantidad total de corriente que fluye a través de un conjunto de condensadores conectados en serie es la misma en todos los puntos. Por lo tanto, los condensadores almacenarán la misma cantidad de carga independientemente de su valor de capacidad.

Corriente a través de la red,

I=I1=I2=I3

Donde I1 es la corriente a través del 1er condensador, I2 es la corriente a través del 2º condensador e I3 es la corriente a través del 3er condensador en la red anterior.

Como la corriente es la misma, el almacenamiento de carga es el mismo porque cualquier placa de un condensador obtiene su carga del condensador adyacente y por lo tanto los condensadores en serie tendrán la misma carga.

QT=Q1=Q2=Q3

Condensadores en paralelo

Observemos lo que sucede, cuando se conectan pocos condensadores en paralelo. Consideremos tres condensadores con valores diferentes, como se muestra en la figura a continuación.

Capacidad

La capacitancia total del circuito es el equivalente a la suma de las capacitancias individuales de los condensadores de la red.

CT=C1+C2+C3

Donde C1 es la capacitancia a través del 1er condensador, C2 es la capacitancia a través del 2º condensador y C3 es la capacitancia a través del 3er condensador en la red anterior.

Voltaje

El voltaje medido al final del circuito es el mismo que el voltaje de todos los condensadores que están conectados en un circuito paralelo.

VT=V1=V2=V3

Donde Vc1 es el voltaje a través del 1er condensador, Vc2 es el voltaje a través del 2º condensador y Vc3 es el voltaje a través del 3er condensador en la red anterior.

Corriente

La corriente total que fluye es igual a la suma de las corrientes que fluyen a través de cada condensador conectado en la red paralela.

IT=I1+I2+I3

Donde I1 es la corriente a través del 1er condensador, I2 es la corriente a través del 2º condensador e I3 es la corriente a través del 3er condensador en la red anterior.

Hay muchos tipos de condensadores dependiendo de su función, el material dieléctrico utilizado, su forma, etc. La clasificación principal se hace según los condensadores fijos y variables.

Tipos de condensadores

La clasificación es la que se muestra en la siguiente figura.

La clasificación principal es igual a la anterior. Los condensadores fijos son los que tienen un valor fijo en el momento de su fabricación y los variables nos dan la opción de variar el valor de la capacitancia.

Condensadores variables

Háganos saber algo sobre los condensadores variables cuyo valor se altera al variar, ya sea eléctrica o mecánicamente. Los condensadores variables en general consisten en conjuntos de placas metálicas entrelazadas en las que uno está fijo y el otro es variable. Estos condensadores proporcionan los valores de capacidad para variar entre 10 y 500pF.

El condensador agrupado que se muestra aquí es una combinación de dos condensadores conectados entre sí. Se utiliza un solo eje para girar los extremos variables de estos condensadores que se combinan como uno solo. La línea de puntos indica que están conectados internamente.

Hay muchos usos de estas resistencias variables como para sintonizar circuitos LC de receptores de radio, para igualar la impedancia en las antenas, etc. Los principales tipos de condensadores variables son los condensadores de sintonía y los condensadores Trimmer.

Condensadores de sintonía

Los condensadores de sintonía son un tipo popular de condensadores variables. Contienen un estator, un rotor, un marco para apoyar el estator y un condensador de mica. Los detalles constructivos de un condensador de sintonía se muestran en la siguiente figura.

El estator es una parte estacionaria y el rotor gira por el movimiento de un eje móvil. Las placas del rotor cuando se mueven en las ranuras del estator, se acercan para formar las placas de un condensador. Cuando las placas del rotor se asientan completamente en las ranuras del estator, entonces el valor de la capacitancia es máximo y cuando no lo hacen, el valor de la capacitancia es mínimo.

La figura de arriba muestra un condensador de sintonía en grupo que tiene dos condensadores de sintonía conectados en grupo. Así es como funciona un condensador de sintonía. Estos condensadores generalmente tienen valores de capacitancia desde unas pocas Pico Farads hasta unas pocas decenas de Pico Farads. Estos se usan principalmente en circuitos LC en receptores de radio. Estos también se llaman Condensadores de Sintonía.

Los condensadores de corte se varían con un destornillador. Los condensadores para recortar suelen fijarse en un lugar donde no es necesario cambiar el valor de la capacitancia, una vez fijados.

Hay tres cables de un condensador trimmer, uno conectado a la placa estacionaria, uno a la rotativa y el otro es común. El disco móvil es de forma semicircular. Un condensador trimmer se vería como los de la siguiente figura.

Condensadores trimmer

Hay dos placas conductoras paralelas presentes con un dieléctrico en el medio. Dependiendo de este dieléctrico utilizado, hay condensadores de aire y condensadores de cerámica. Los detalles constructivos de un condensador trimmer son como se muestra a continuación.

Una de las dos placas es móvil, mientras que la otra es fija. El material dieléctrico es fijo. Cuando la placa móvil se mueve, opuesta al área entre el electrodo móvil y el fijo, entonces la capacitancia puede ser cambiada. La capacitancia será mayor si el área opuesta se hace más grande, ya que ambos electrodos actúan como dos placas de un condensador.

Los condensadores de corte se fijan fácilmente en un PCB PrintedCircuitBoard
y se utilizan sobre todo para la calibración del equipo.

Condensadores fijos

Los condensadores cuyo valor es fijo durante la fabricación y no puede ser alterado posteriormente se denominan condensadores fijos. La clasificación principal de los condensadores fijos se hace como polarizados y no polarizados. Echemos un vistazo a los condensadores no polarizados.

Condensadores no polarizados

Estos son los condensadores que no tienen polaridades específicas, lo que significa que pueden ser conectados en un circuito, de cualquier manera sin preocuparse por la colocación del cable derecho y el izquierdo. Estos condensadores también son llamados como condensadores no electrolíticos.

La principal clasificación de los condensadores no polarizados se hace como se muestra en la siguiente figura

Entre los tipos de condensadores, veamos primero los de cerámica.

Condensadores de cerámica

Los condensadores comunes utilizados entre los de tipo fijo son los de cerámica. Los condensadores cerámicos son condensadores fijos que tienen material cerámico como dieléctrico.

Estos condensadores cerámicos se clasifican además como clase1 y clase2 dependiendo de sus aplicaciones. Por ejemplo, la clase1 tiene una alta estabilidad y funciona mejor para aplicaciones de circuitos resonantes, mientras que la clase2 tiene una alta eficiencia y da lo mejor de sí para aplicaciones de acoplamiento.

Un tubular hueco o placa como material cerámico como el dióxido de titanio y el titanato de bario se recubre con una deposición de compuesto de plata en ambas paredes, de modo que ambos lados actúan como dos placas de condensador y la cerámica actúa como un dieléctrico. Los cables se extraen de estas dos superficies y todo este conjunto se encapsula en un revestimiento a prueba de humedad.

Los condensadores de cerámica modernos más utilizados son los condensadores de chip multicapa (MLCC). Estos condensadores se fabrican con tecnología de montaje en superficie y se utilizan principalmente debido a su pequeño tamaño. Están disponibles en el orden de 1ηF a 100µF.

Condensadores de película

Los condensadores de película son los que tienen una sustancia de película como material dieléctrico. Dependiendo del tipo de película utilizada, estos se clasifican como condensadores de película de papel y de metal.

Estos condensadores de película son ambos condensadores dieléctricos de papel, mientras que un condensador de papel utiliza un papel encerado, mientras que un condensador de película metálica utiliza un papel metalizado. La disposición es casi la misma que se muestra a continuación.

Condensadores de papel

Los condensadores de papel utilizan el papel como material dieléctrico. Se toman dos finas hojas de papel de estaño y se colocan entre finas hojas de papel encerado o aceitado. Este papel actúa como un dieléctrico. Hoy en día el papel está siendo reemplazado por el plástico.

Estas hojas se enrollan en forma cilíndrica y se encapsulan en una caja de plástico. Los cables se extraen. La siguiente figura muestra un ejemplo de condensadores de papel.

Los condensadores de papel están disponibles en el orden de 0,001µF a 2µF y el voltaje puede ser tan alto como 2000 voltios. Estos condensadores son útiles en aplicaciones de alto voltaje y corriente.

Condensadores de película metálica

Los condensadores de película metálicos son otro tipo de condensadores de película. También se llaman condensadores de película metálica o condensadores de papel metalizado, ya que el dieléctrico utilizado aquí es un papel recubierto con película metálica.

A diferencia de los condensadores de papel, una película de aluminio o zinc se recubre en un papel para formar un dieléctrico en estos condensadores de película metálica. En lugar de que las hojas de aluminio se coloquen entre los papeles, el papel en sí está directamente recubierto aquí. Esto reduce el tamaño del condensador.

Se prefiere el recubrimiento de aluminio al de zinc para evitar la destrucción del condensador debido a la reducción química. Las hojas recubiertas de Aluminio se enrollan en forma de cilindro y se toman los cables. Todo esto se encapsula con cera o resina plástica para proteger el condensador. Estos condensadores son útiles en aplicaciones de alta tensión y corriente.

Otros condensadores

Estos son los diversos condensadores que se nombran según los materiales dieléctricos utilizados. Este grupo incluye condensadores de mica, condensadores de aire, condensadores de vacío y condensadores de vidrio, etc.

Condensadores de Mica

Los condensadores de mica se fabrican utilizando finas láminas de mica como materiales dieléctricos. Al igual que los condensadores de papel, las finas hojas de metal se intercalan con hojas de mica en el medio. Finalmente las capas de hojas de metal se conectan en ambos extremos y se forman dos cables. Luego todo el conjunto se encierra en una cápsula de baquelita plástica. La siguiente imagen muestra cómo se ve un condensador de mica.

Los condensadores de mica están disponibles en el rango de 50pF a 500pF. Los condensadores de mica tienen un alto voltaje de trabajo de hasta 500 voltios. Estos son los condensadores más comúnmente usados para circuitos electrónicos como filtros de rizado, circuitos resonantes, circuitos de acoplamiento y transmisores de radiodifusión de alta potencia y corriente.

Condensadores de aire

Los condensadores de aire son los que tienen el aire como dieléctrico. Los condensadores de aire más sencillos son los que tienen placas conductoras con aire entre ellas. Esta construcción es exactamente la misma que la del condensador de sintonía variable discutido anteriormente. Estos condensadores pueden ser fijos y variables también, pero los fijos se usan muy raramente ya que hay otros con características superiores.

Condensadores de vacío

Los condensadores de vacío utilizan el alto vacío como dieléctrico en lugar del aire o algún otro material. También están disponibles en modo fijo y variable. La construcción de estos condensadores es similar a la de los tubos de vacío. Se ven principalmente en forma de un cilindro de vidrio que contiene cilindros concéntricos entrelazados.

La siguiente imagen muestra un condensador de vacío variable.

La siguiente imagen muestra cómo se ve un condensador de vacío fijo

Los condensadores de vacío variables están disponibles en un rango de 12pF a 5000pF y se utilizan para aplicaciones de alto voltaje como 5kV a 60kV. Se utilizan en equipos principales como transmisores de radiodifusión de alta potencia, amplificadores de RF y grandes sintonizadores de antena.

Condensadores de vidrio

Los condensadores de vidrio son muy exclusivos y tienen muchas ventajas y aplicaciones. Como todos los tipos anteriores, aquí el vidrio es la sustancia dieléctrica. Junto con el dieléctrico de vidrio, los electrodos de aluminio también están presentes en estos condensadores. El encapsulado de plástico se hace después de sacar los cables. Los cables pueden ser axiales o tubulares.

Hay muchas ventajas de un condensador de vidrio como:

  • El coeficiente de temperatura es bajo.
  • Estos son condensadores libres de ruido.
  • Producen una salida de alta calidad con bajas pérdidas.
  • Tienen la capacidad de manejar altas temperaturas de funcionamiento.
  • Estos condensadores pueden manejar grandes corrientes de RF.

Hay muchas aplicaciones para estos condensadores de vidrio como:

  • Se usa en circuitos que necesitan estar en zonas de alta temperatura.
  • Se usa en circuitos que necesitan un Q alto.
  • Se usa en circuitos de manejo de alta potencia.
  • Se usa en circuitos que necesitan altas tolerancias.

Condensadores polarizados

Los condensadores polarizados son los que tienen polaridades positivas y negativas específicas. Al usar estos condensadores en los circuitos, siempre hay que tener cuidado de que estén conectados en polaridades perfectas. La siguiente imagen muestra la clasificación de los condensadores polarizados.
Condensadores polarizados

Empecemos la discusión con los condensadores electrolíticos.

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos son los condensadores que indican por el nombre que se utiliza algún electrolito en él. Son condensadores polarizados que tienen ánodo +
y cátodo – con polaridades particulares.

Un metal sobre el que se forma una capa de óxido aislante por anodización se llama ánodo. Un electrolito sólido o no sólido que cubre la superficie de la capa de óxido, funciona como un cátodo. Los condensadores electrolíticos tienen un CV de capacitancia-voltaje mucho más alto que los otros, debido a su mayor superficie anódica y su fina capa de óxido dieléctrico.

Condensadores electrolíticos de aluminio

Los condensadores electrolíticos de aluminio son los más comunes entre los condensadores electrolíticos. En estos, una lámina de aluminio puro con una superficie grabada actúa como un ánodo. Una fina capa de metal, que tiene un grosor de pocos micrómetros, actúa como una barrera de difusión, que se coloca entre dos metales para separar eléctricamente. Por lo tanto, la barrera de difusión actúa como un dieléctrico. El electrolito actúa como un cátodo que cubre la superficie rugosa de la capa de óxido.

La siguiente figura muestra una imagen de los diferentes tamaños de condensadores electrolíticos de aluminio disponibles.
Condensadores electrolíticos

Dependiendo del electrolito hay tres tipos de condensadores electrolíticos de aluminio. Son…

  • Condensadores electrolíticos de aluminio húmedo no sólidos
  • Dióxido de manganeso Aluminio Condensadores electrolíticos sólidos
  • ondensadores electrolíticos de aluminio polímero sólido

La principal ventaja de estos condensadores electrolíticos de aluminio es que tienen valores de impedancia bajos incluso a la frecuencia de la red y son más baratos. Se utilizan principalmente en los circuitos de suministro de energía, SMPS SwitchedModePowerSupply y los convertidores DC-DC.

Condensadores electrolíticos de tántalo

Son otro tipo de condensadores electrolíticos cuyo ánodo está formado por tántalo sobre el que se forma una capa muy fina de óxido aislante. Esta capa actúa como un dieléctrico y el electrolito actúa como un cátodo que cubre la superficie de la capa de óxido.

La siguiente figura muestra el aspecto de los condensadores de tántalo.

El tántalo proporciona una capa dieléctrica de alta permitividad. El tántalo tiene alta capacitancia por volumen y menor peso. Pero estos son más costosos que los condensadores electrolíticos de aluminio, debido a la frecuente falta de disponibilidad de tántalo.

Condensadores electrolíticos de niobio

Un condensador electrolítico de niobio es el otro tipo de condensador electrolítico en el que un metal de niobio pasivado o un monóxido de niobio se considera un ánodo y se añade una capa aislante de pentóxido de niobio al ánodo, de modo que actúa como un dieléctrico. Se coloca un electrolito sólido en la superficie de la capa de óxido que actúa como cátodo. La siguiente figura muestra el aspecto de los condensadores de niobio.

Los condensadores de niobio están comúnmente disponibles como dispositivos de montaje en superficie SMD

condensadores de chips. Estos son fácilmente encajables en un PCB. Estos condensadores deben funcionar en polaridades perfectas. Cualquier tipo de voltaje inverso o corriente de ondulación más alta que la especificada acabará destruyendo el dieléctrico y el condensador también.

Súper Condensadores

Los condensadores electroquímicos de alta capacidad con valores de capacitancia mucho más altos que los otros condensadores, se llaman Súper Condensadores. Estos pueden ser categorizados como un grupo que se encuentra entre los condensadores electrolíticos y las baterías recargables. También se llaman Ultra Condensadores.

Hay muchas ventajas con estos condensadores, como:

  • Tienen un alto valor de capacitancia.
  • Pueden almacenar y entregar la carga mucho más rápido.
  • Pueden manejar más ciclos de carga y descarga.

Estos condensadores tienen muchas aplicaciones como:

  • Se utilizan en coches, autobuses, trenes, ascensores y grúas.
  • Se utilizan en el frenado regenerativo.
  • Se usan para hacer copias de seguridad de la memoria.

Los tipos de súper condensadores son los de doble capa, pseudo e híbridos.
Condensadores de doble capa

Los condensadores de doble capa son condensadores electrostáticos. La deposición de la carga se hace en estos condensadores según el principio de la doble capa.

  • Todas las sustancias sólidas tienen una carga negativa en la capa superficial cuando se desechan en un líquido.
  • Esto se debe al alto coeficiente dieléctrico del líquido.
  • Todos los iones positivos se acercan a la superficie del material sólido para formar una piel.
  • La deposición de iones positivos cerca del material sólido se afloja con la distancia.
  • La carga creada en esta superficie debido a la deposición de aniones y cationes conduce a algún valor de capacidad.

Este fenómeno de doble capa también se denomina doble capa de Helmholtz. La siguiente figura explica el procedimiento del fenómeno de doble capa, cuando el condensador está cargado y cuando está descargado.
Condensadores de doble capa

Estos condensadores son simplemente llamados como condensadores eléctricos de doble capa EDLC. Utilizan electrodos de carbono para lograr la separación de la carga entre la superficie del electrodo conductor y el electrolito. El carbono actúa como dieléctrico y los otros dos como ánodo y cátodo. La separación de la carga es mucho menor que en un condensador convencional.

Seudocondensadores

Estos condensadores siguen el proceso electroquímico para la deposición de la carga. Esto también se llama proceso faradiano. En un electrodo, cuando alguna sustancia química se reduce u oxida, se genera una corriente. Durante este proceso, estos condensadores almacenan la carga eléctrica por transferencia de electrones entre el electrodo y el electrolito. Este es el principio de funcionamiento de los pseudo-condensadores.

Se cargan mucho más rápido y almacenan la carga tanto como una batería. Funcionan a un ritmo más rápido. Se usan en conjunto con las baterías para mejorar la vida. Se usan en aplicaciones de red para manejar las fluctuaciones de energía.
Condensadores híbridos

Un condensador híbrido es una combinación de EDLC y seudocondensador. En los condensadores híbridos, el carbono activado se usa como cátodo y el material de carbono predopado actúa como ánodo. El condensador de iones de litio es el ejemplo común de este tipo. La siguiente figura muestra diferentes tipos de condensadores híbridos.

Condensadores híbridos

Tienen una alta tolerancia en un amplio rango de variaciones de temperatura de -55°C a 200°C. Los condensadores híbridos también se utilizan en aplicaciones aéreas. Aunque el costo es alto, estos condensadores son altamente confiables y compactos. Son robustos y pueden tolerar choques, vibraciones y presiones extremas del entorno. Los condensadores híbridos tienen una mayor densidad de energía y una mayor potencia específica que cualquier condensador electrolítico.

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