Condensador y cómo usarlo en el circuito.
En la mayoría de los libros sobre el uso de condensadores, está escrito de tal manera que el condensador almacena carga eléctrica en sí mismo y la descarga cuando es necesario. Lo que necesitamos saber es ¿cuándo se deben cargar los condensadores y cuándo descargarlos y cómo es posible?
Por tanto, en primer lugar debemos conocer la acción que realizan los condensadores al conectar la corriente:
Supongamos que vamos a conectar un condensador a una fuente de alimentación con una resistencia de carga como limitador de corriente.
Antes de conectar la fuente de alimentación, el voltaje del capacitor (entre sus pines) y la corriente son cero.
Al comienzo de conectar las dos clavijas del capacitor, el voltaje es cero y la corriente ingresa a su velocidad máxima. En otras palabras, el condensador actúa como un cable.
Después del paso de cada paso/nivel (τ), la tensión del condensador aumenta al 63,7 por ciento de su valor anterior y no deja pasar el 63,7 por ciento de la corriente.
Después de 5 pasos (5τ), el capacitor está casi completamente cargado y no deja pasar la corriente.
Después de esto, se puede concluir que los condensadores actúan como un interruptor frente a la corriente continua, que no deja pasar corriente después de un tiempo.
Este tiempo puede ser incluso inferior a 0,001 segundos, dependiendo de la capacidad de los condensadores y de la cantidad de corriente que pasa.
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Tipos de condensadores y su capacidad.
Existen diferentes tipos de capacitores como: capacitor de lentes, capacitor electrolítico, capacitor cerámico, capacitor de mica, etc.
La unidad de capacidad es Farad (F) y los condensadores se indican con C en los planos esquemáticos.
Los condensadores de lentes se suelen utilizar para capacidades más bajas.
Los condensadores electrolíticos se utilizan para capacidades altas, porque son cilíndricos y tienen más placas paralelas.
condensador de lente:
Condensador electrolítico (polarizada):
Cuando se utilizan condensadores polarizados, su polo positivo debe estar conectado al voltaje más alto (entrada de corriente) y su polo negativo al voltaje más bajo (salida de corriente/p. ej. tierra). En estos condensadores, el pin negativo (pata más corta) está marcado en el cuerpo con el signo «-» encima del pin.
- En los circuitos cuyo espacio es limitado, como placas dentro de una computadora y dispositivos móviles, se utilizan condensadores, diodos, resistencias y transistores SMD.
- La capacidad de las piezas SMD está escrita en la pieza. De tal forma que el último dígito muestra la cantidad de ceros delante de los primeros dígitos y su unidad también es la unidad más pequeña posible; Por ejemplo, en un condensador, es 1 picofaradio (pF).
Para calcular la capacidad, necesitamos el voltaje y la carga.
Para conseguir la carga se deben utilizar fórmulas especiales.
Generalmente tenemos la capacidad y el voltaje, y obtenemos la carga almacenada en el capacitor mediante la siguiente fórmula:
El estándar de los valores de capacidad disponibles de los condensadores en el mercado es el mismo que el de las resistencias E12 y E24.
Cálculo de la energía almacenada en el condensador.
Puede que no sea muy útil calcular la energía almacenada en los condensadores, pero se pueden obtener otros valores utilizando sus relaciones.
La energía eléctrica se denota por U y su unidad es el Joule (j) y se calcula con las siguientes relaciones:
En las relaciones anteriores, Δ significa diferencia, la diferencia de energía eléctrica es ΔU y ΔV es la diferencia de voltaje o potencial eléctrico entre los pines o entre los momentos (V2-V1).
Conectando los condensadores juntos
Al igual que las resistencias, los condensadores se pueden conectar entre sí de las siguientes 3 formas:
1- Paralelo
2- serie
3- Paralelos y series
- Cada uno de estos métodos es efectivo en el voltaje y la carga almacenados en los capacitores además de la capacidad total.
Método paralelo:
En este método, la carga almacenada en todo el circuito es igual a la suma de las cargas almacenadas en cada uno de los capacitores, y la capacidad total es igual a la suma de las capacidades de los capacitores.
V=V1=V2=V3
C=C1+C2+C3
q=q1+q2+q3
Método de serie:
En este método, la diferencia de potencial en todo el circuito es igual a la suma de V en cada uno de los capacitores y la inversa de la capacidad total es igual a la suma de la inversa de la capacidad de cada uno de los capacitores.
q=q1=q2=q3
V=V1+V2+V3
Método serie y paralelo:
En este método, al igual que las resistencias, primero simplificamos el circuito y luego obtenemos los valores requeridos usando las relaciones.
- Trate de evitar poner los capacitores en serie y use solo un capacitor, pero ponerlos en paralelo ayuda a eliminar el ruido actual.
Cálculo del tiempo de carga de condensadores y cortocircuitos.
Si las dos clavijas del condensador están conectadas por un cable, se produce un cortocircuito y la corriente fluye a través del cable.
El cortocircuito también provoca la descarga de los condensadores.
El tiempo que tarda el condensador en cargarse depende de su capacidad y de la corriente de entrada (la cantidad de carga eléctrica que pasa por segundo) y el voltaje.
Por ejemplo, un condensador que puede contener una carga de 0,001 culombios, cuando se descarga en 0,001 segundos, pasa 1 amperio de corriente a través de él.
Dependiendo de la resistencia del cable de cortocircuito, se determina el tiempo de descarga.
El tiempo de carga de los condensadores puede ser mayor que este valor (dependiendo de la fuente de carga), pero aproximadamente podemos decir que este valor es correcto. Se puede realizar un cálculo preciso del tiempo con equipos de laboratorio avanzados.
Si utilizamos varios condensadores en paralelo por el aumento de capacidad tardarán más en cargarse, y si están en serie por el descenso de capacidad tardarán menos.
Si desea que la corriente no se corte por completo después de la carga, necesita una resistencia en paralelo con el condensador.
En este caso, una vez que el condensador está completamente cargado, la corriente pasa únicamente a través de la resistencia.
Conexión de condensadores entre sí.
Si conecta dos condensadores juntos, su voltaje será igual y dependerá de los siguientes factores:
1- La capacidad de cada condensador
2- Cómo conectar los pines de los condensadores
3- Voltaje almacenado en cada uno de los capacitores.
Se conoce la capacidad de los capacitores y conocemos el voltaje almacenado en cada capacitor; Pero los pines se pueden conectar entre sí de las dos formas siguientes:
1- Pines de conexión de los mismos polos:
En este caso, para calcular el voltaje, dividimos la suma de cargas almacenadas en los dos capacitores por la suma de las capacidades de los capacitores:
2- Pines de conexión con diferentes polos:
En este caso, dividimos el valor absoluto de la resta de cargas eléctricas entre la capacidad total de los condensadores:
- Esta característica se puede utilizar para transferir carga a condensadores.
Convertir una señal de media onda en corriente continua con un condensador
Como se menciona en el artículo sobre diodos, la corriente CC generada desde el transformador por el diodo cambia constantemente, desde cero hasta el voltaje máximo. Para fijar esta corriente se deben utilizar condensadores (normalmente polarizados).
La razón para utilizar condensadores es su potencia de carga.
De esta forma, cuando la tensión alcanza su máximo, almacena en sí mismo una parte de la corriente y cuando la corriente alcanza su mínimo, es decir cero, descarga gradualmente la corriente en este intervalo.
La siguiente figura muestra el voltaje resultante a una frecuencia de 50 Hz y un voltaje de 10 voltios producido por un capacitor de 100 microfaradios.
Este gráfico está dibujado por un osciloscopio.
Para realizar la acción de continuación de corriente, necesitamos poner en paralelo el condensador con la entrada.
La siguiente figura muestra este proceso.
- Si se trata de un condensador electrolítico sus polos deben estar conectados correctamente.
Para determinar el valor del condensador si la frecuencia es de 50 Hz, se pueden utilizar los siguientes valores según el requisito de voltaje del circuito. Estos valores también se obtuvieron con la ayuda de un osciloscopio.
De 2 a 12 voltios, el condensador de 100 microfaradios cae aproximadamente 1 voltio y la corriente se vuelve casi directa.
De 2 a 12 voltios, 10 nanofaradios disminuyen menos de 0,5 voltios y la diferencia de corriente máxima y mínima es mayor.
De estos valores se puede concluir que cuanto mayor es la capacidad, más directa es la corriente y mayor es la caída de tensión.
- Se sugiere utilizar tanto capacidad alta como baja para reducir los ruidos.
Estabilizadora de corriente
Debes utilizar un diodo zener para estabilizar la corriente.
Como se mencionó, el zener actúa como una resistencia en su polarización inversa.
Cuando cambia el voltaje, también cambia el valor de la resistencia zener.
Después del zener, para asegurarte de que la corriente sea continua, puedes poner un condensador en paralelo con la corriente de salida.
La siguiente figura muestra cómo utilizar el diodo zener:
- Si el consumo de corriente de su fuente de alimentación supera los límites zener, utilice un regulador de voltaje.
- El diodo zener disminuirá el voltaje de salida final; por ejemplo, una entrada de 9 V debe reducirse a, por ejemplo, 8,2 V mediante un zener.
Condensador en corriente alterna y circuito de filtro.
El rendimiento y las características de los condensadores en la entrada de los circuitos de CA (AC) son diferentes a los de CC (DC).
El condensador puede pasar corriente alterna, pero sólo en condiciones especiales.
Las siguientes relaciones determinan la relación entre la resistencia de entrada y la frecuencia de paso:
En la relación anterior, R es la resistencia del circuito, C es la capacidad del capacitor de filtro y 2π es el número pi (2*3.1415) y F es la frecuencia máxima (cuando se usa el capacitor en paralelo) o la frecuencia mínima (cuando se usa el capacitor en serie). se utiliza condensador).
En los primeros momentos, las cargas positivas que se acumulan detrás de la primera placa del capacitor provocan un viento negativo en la placa opuesta, y luego, con el cambio de fase de la potencia de entrada de CA, la carga positiva se descarga de la primera placa. y reemplazada por una carga negativa, lo que causa que la carga positiva reemplace la carga negativa en la placa opuesta.
Estos cambios hacen que la corriente alterna se drene, 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 segunda placa.
Pero la capacitancia del capacitor limita el consumo de corriente, lo que provoca una especie de resistencia en el capacitor. Este tipo de resistencia no es del tipo de disipación de calor. No es necesario calcular la potencia, pero debe estar por debajo del voltaje soportado limitado del capacitor entre las dos placas.
Esta característica también se puede utilizar para filtros.
Si conectamos la salida del capacitor al consumidor, si la frecuencia de entrada al capacitor es menor que la frecuencia de corte, al disminuir la frecuencia, la corriente de drenaje será más débil, hasta llegar a cero. A esto se le llama filtro de paso alto.
Si un pin del capacitor está conectado a la entrada del consumidor y el otro está conectado al negativo, a la frecuencia de corte, se evita que la corriente ingrese al consumidor (como una resistencia en paralelo) y si la frecuencia de entrada es inferior a la frecuencia de corte, se descargará menos corriente hasta alcanzar su resistencia mínima. Esto se llama filtro de paso bajo.
En los próximos artículos, también aprenderemos sobre los filtros de sonido (ecualizador).
La siguiente figura muestra dos tipos de 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 medio (dos filtros secuenciales).
Estabilizador capacitivo
Algunas partes necesitan un voltaje de saturación, o para que la corriente alterna pase completamente, necesitan un voltaje y una corriente que hagan positivas las medias ondas negativas (especialmente después de pasar por el capacitor) como por ejemplo un transistor, que es un ejemplo de su aplicación en la amplificación de frecuencias de audio, por lo que se debe dar corriente a la entrada del componente con ayuda de una resistencia.
Las oscilaciones generales pueden causar problemas en el funcionamiento del circuito, por lo que estas oscilaciones extra se pueden evitar con un condensador en paralelo con la resistencia.
El siguiente circuito es un ejemplo de este proceso (R3 es el consumidor):
El siguiente diagrama muestra cómo funciona el circuito anterior contra la oscilación:
En la señal A, se utilizan condensadores, mientras que en la señal B no hay tapa estabilizadora. Como puede ver, al principio, el voltaje aumenta debido a la carga de los capacitores y luego el voltaje de A fluctúa menos que B.
Uso práctico de condensadores.
Circuito intermitente de un solo LED:
Equipo necesario: fuente de alimentación de 12 V, interruptor, LED, resistencia de 180 y 470 ohmios, condensador de 1 milifaradio, relé de 5 V, algo de cable.
Si monta el circuito anterior de acuerdo con el esquema, verá que después de conectar el interruptor, el LED comienza a encenderse y apagarse.
Análisis de circuitos:
La corriente ingresa desde el polo positivo de la fuente de alimentación al circuito, luego ingresa al cable que está conectado antes del capacitor y llega al pin NC del relé, y la corriente a través de él llega detrás de la resistencia de 180 ohmios.
Después de pasar a través de la resistencia, la corriente ingresa a los pines de la bobina del relé y el relé se activará, lo que hace que el pin NO del relé drene la corriente y la luz se encienda.
Aquí es donde el condensador comienza a cargarse.
Después de cargar el capacitor, el relé se desconecta y la luz también se apaga y, al mismo tiempo, los dos pines del capacitor se conectan entre sí mediante el pin NC del relé y se produce un cortocircuito (puede usar un resistencia adicional, por ejemplo 22 ohmios para reducir el tiempo de descarga).
Después de descargar el condensador, esta operación comienza nuevamente.
El circuito anterior es sólo para uso del tren y puede dañar el condensador y el relé si se utiliza durante mucho tiempo.
Hacer un adaptador de CA a CC (AC to DC) usando un generador de corriente alterna:
En esta imagen, VG significa generador de corriente alterna.
Puedes agregar una batería a este circuito y cargarla según lo que has aprendido hasta ahora.
Escrito por: M. Mahdi K. Kanan – Ingeniero de programación y electrónica de pila completa y fundador de WiCardTech