Aplicaciones de condensadores en el diseño de circuitos.
En los artículos anteriores presenté el condensador y sus cálculos. Este artículo trata sobre algunos ejemplos de aplicaciones de condensadores y cómo usarlos en el diseño de circuitos.
Los circuitos generalmente se dividen en tres categorías: digitales, analógicos o combinados. El papel de los capacitores en cada uno de estos circuitos es diferente, pero la función del capacitor es constante. Es decir, las placas del condensador dejan pasar la corriente en el primer momento de su entrada. Y luego almacenan cargas eléctricas y bloquean su paso (en corriente continua).
Por ejemplo, como se mencionó en el artículo anterior del capacitor, incluso la señal sinusoidal que pasa por el capacitor tiene diferencia de fase. La capacitancia del capacitor también crea un tipo de resistencia que no es del tipo de disipación de calor (Reactancia).
Aplicaciones de condensadores en un circuito digital.
Cada circuito tiene un rango de voltaje. Por ejemplo, entre 0 y 5 voltios. Un circuito digital es un circuito cuyos componentes generalmente tienen una salida de, p. 0 voltios o 5 voltios. Por ejemplo, el voltaje de 2,5 y… no tiene un significado específico y debe definirse como 0 o 1 lógico.
Por conveniencia, bajo voltaje (tierra/GND/0V) significa 0 en la teoría del circuito, y alto voltaje (VCC/5V) significa 1 lógico.
Las aplicaciones de los condensadores en circuitos digitales son principalmente como filtro de desacoplamiento para reducir los ruidos o como condensador oscilador de reloj.
En otras palabras, ninguna señal es completamente lineal. Siempre se producen algunas fluctuaciones de tensión y ruidos, aunque sean muy leves.
Estas fluctuaciones de voltaje a veces se encuentran en el rango de microvoltios. Pero también puede entrar en una gran oscilación durante unas milésimas de segundo y pasar al rango lógico de 0-1.
Para evitar que esto suceda, se utilizan condensadores como amortiguadores de ruido, lo que se denomina «desacoplamiento». Un pin del condensador de desacoplamiento debe estar conectado a la línea de señal y el otro a tierra.
Mira el siguiente circuito:
La parte superior es el bloque regulador de voltaje, que convierte el voltaje entre 5 y 12 voltios a 3,3 voltios para el resto de componentes.
Está claro que esta conversión de voltaje introducirá cierta cantidad de ruido en el circuito. Por lo tanto, los fabricantes de reguladores siempre recomiendan utilizar condensadores de desacoplamiento para la entrada y salida del regulador.
Para la entrada se utilizan dos condensadores de 1 milifaradio y 100 nanofaradios.
El condensador de 1 milifaradio se coloca con el doble propósito de suministrar las corrientes repentinas que necesitan las piezas y también para eliminar ruidos de baja frecuencia.
El condensador de 100 nanofaradios se utiliza para eliminar las oscilaciones/ruidos de alta frecuencia que puedan haberse creado en el camino del adaptador al regulador.
La entrada debe ser una CC estándar de 12 V, por lo que dos condensadores son suficientes para la entrada. Pero se utiliza un número mayor en la salida del regulador.
Se han utilizado tres etapas de filtro de 1 mF para suministrar corriente, 22 µF para eliminar ruidos de frecuencia media y 100 nF para eliminar ruido de alta frecuencia.
Además, en la entrada del módulo U2, que es el pin 8, se han utilizado dos condensadores de desacoplamiento más para eliminar el ruido del camino desde el regulador hasta el módulo. En el circuito PCB, estos dos condensadores deben estar muy cerca del pin 8 para que sean lo suficientemente efectivos.
También se utiliza un condensador para los pines de los interruptores, y es mejor utilizar un condensador con una capacidad relativamente baja. Por ejemplo, es mejor colocar un condensador entre el pin 1 de la llave SW1 y tierra (0 V).
Teniendo en cuenta que el tiempo para pulsar la tecla es de aproximadamente medio segundo, un condensador de entre 10 y 100 nanofaradios es adecuado.
Un condensador de menor capacidad se utiliza durante menos tiempo y un condensador de mayor capacidad se utiliza durante más tiempo.
Condensadores en un circuito analógico.
La relación entre la frecuencia que pasa por el capacitor, la capacidad y la resistencia (Reactancia) es la siguiente:
En la relación anterior, R es la Reactancia, C es el valor del capacitor en faradios y 2π es el número 2*pi (3.1415) y F (frecuencia de corte) es la frecuencia máxima (para el capacitor en paralelo) o la frecuencia mínima. (para el condensador en serie).
En los primeros momentos, las cargas positivas se acumulan detrás de la primera placa del condensador. Provocan un viento negativo en el lado opuesto y después de eso, al cambiar la fase de la alimentación de entrada de CA, la carga positiva se descarga desde el primer lado y se reemplaza por una carga negativa.
La carga positiva hace que se reemplace la carga positiva por una carga negativa en el lado opuesto.
Esto cambia la carga de la corriente CA de entrada, pero con una diferencia de fase de 90 grados. Es decir, cuando la onda sinusoidal asciende en la primera placa del condensador, desciende en la otra placa.
Pero la capacitancia del condensador es limitada para drenar la corriente, lo que provoca la «Reactancia».
Esta característica se puede utilizar para los filtros de frecuencia.
Si conectamos la salida del capacitor al consumidor, si la frecuencia de entrada al capacitor disminuye por debajo de la frecuencia de corte, el consumo de corriente disminuirá hasta llegar a cero. A esto se le llama filtro de paso alto.
Si un extremo del capacitor está conectado a la entrada del consumidor y el otro extremo está conectado a tierra, en la frecuencia de corte, el capacitor comienza a impedir que la corriente ingrese al consumidor al pasarla desde sí mismo.
Si la frecuencia de entrada aumenta, fluye menos corriente al consumidor hasta que no llega a cero. Esto se llama filtro de paso bajo.
La siguiente figura muestra dos tipos de aplicaciones de condensadores como filtros:
Puedes utilizar esta interesante propiedad de los condensadores como filtro de cualquier otra forma que desees.
Los filtros también se utilizan como no paso (dos filtros paralelos) y de paso (dos filtros secuenciales).
En el esquema del circuito (micrófono espía), C14 es un filtro de paso bajo y C13 es un filtro de paso alto.
En general, en teoría es difícil calcular la capacidad exacta del condensador de filtro. Por lo tanto, el mejor método es calcular el rango estimado y encontrar el mejor límite probando diferentes capacitores en el rango calculado usando una herramienta de medición.
La mejor herramienta de medición en este campo es un osciloscopio que muestra la forma de la señal.
Escrito por: M. Mahdi K. Kanan – Ingeniero de programación y electrónica de pila completa y fundador de WiCardTech