Tipos de condensadores | Condensadores fijos y variables

Condensadores variables

Los capacitores variables se distinguen por el hecho de que su capacitancia se puede cambiar. Básicamente, hay dos tipos más comunes de condensadores conocidos cortacésped y rotor-estator condensadores

Condensador rotor-estator

El condensador de tipo rotor-estator consta de dos capas de placas de metal. Las placas móviles son una parte integral del eje y forman el rotor y las placas fijas están conectadas entre sí y forman el estator. La capacitancia se cambia girando el eje de modo que las placas del rotor y las placas del estator engranen entre sí y el aire actúe como un dieléctrico. Cuando las placas de malla (interbloqueo) están completamente, el área efectiva es la más grande y se produce una capacitancia máxima. Por otro lado, cuando las placas están fuera de contacto (sin engrane), el área efectiva se reduce significativamente y se produce una capacitancia mínima. En teoría, los innumerables recursos variables se pueden actualizar entre los límites máximo y mínimo.

En las Figuras 1(a) y 1(b) se muestran dos tipos diferentes de capacitores de rotor-estator con sus símbolos. El capacitor de estator dividido en la Figura 1(a) es similar al tipo de capacitor que se usa para sintonizar viejos receptores de radio. El minicondensador, que se muestra en la Figura 1(b), se usa para sintonizar circuitos de HF. La línea dispersa que conecta los símbolos en la Figura 1(a) indica que los capacitores están agrupados; es decir, ambos rotores de los capacitores actúan al mismo tiempo ya que están conectados a un eje común. Sin embargo, sus estados están eléctricamente aislados entre sí.

Fig.1: Condensadores variables (a) Estator dividido. (b) Centro Único

Condensador ajustable

Los condensadores recortadores son pequeños condensadores variables, como se muestra en la Figura 2, que consisten en dos placas de metal generalmente separadas por una fina pieza de mica. La capacidad se cambia cambiando el espacio entre las placas con un pequeño tornillo que empuja las placas juntas. Los capacitores recortadores se usan ampliamente en los receptores de radio para permitir una ligera variación en la capacitancia del circuito de sintonización.

Fig.2: Condensador ajustable

Condensadores fijos

Los capacitores fijos están construidos para capacidades específicas y no se pueden cambiar. La mayoría de los condensadores utilizados en la industria entran en esta categoría. Se forman en varias formas y tamaños, según la capacidad requerida, la clasificación de voltaje, los requisitos de montaje y las fugas permitidas. Por lo general, se describen por el tipo de dieléctrico utilizado en ellos. Los ocho tipos de tales condensadores son:

1. Condensadores de papel

2. Condensadores de lámina expandida de película plástica

3. Condensadores de mica

4. Condensadores cerámicos

5. Condensadores de chip de cerámica monolíticos

6. Condensadores cerámicos con compensación de temperatura

7. condensadores electrolíticos de aluminio

8. Condensadores electrolíticos de tantalio

condensador de papel

Este tipo de condensador es muy económico, por lo que los condensadores fijos son muy utilizados. El dieléctrico (material aislante entre las placas) es papel Kraft, papel al sulfato relativamente denso y de muy alta durabilidad, entre las placas placas de aluminio, enrolladas entre sí e inyectadas con resina. El conjunto está encerrado en una caja de plástico o metal para evitar ambientes húmedos y contaminación. Los cables axiales generalmente se emiten desde cada extremo. Las capacitancias típicas de este tipo están entre 0.0001 y 2 μF, con voltajes nominales de 200 a 600 V.

Fig.3: Condensador de papel (a) Diagrama de bloques (b) Símbolo

condensador de película plástica

En este tipo de condensadores, las películas plásticas como el poliestireno han sustituido en gran medida al papel (dieléctrico) para los condensadores generales. El plástico es mucho más denso que el papel y las partículas contaminantes externas casi han desaparecido. Las películas de plástico pueden soportar temperaturas más altas y se consideran mucho más estables que el papel. Los detalles de la estructura se muestran en la Figura 5; Dichos condensadores se denominan condensadores de lámina expandida. Es esencialmente no inductivo porque cada capa de placa está conectada en un extremo. En la Figura 4 se muestra una variedad de estos condensadores y la Figura 5 muestra una vista en sección típica del condensador de película plástica (estructura interna).

Fig.4: Condensadores de película plástica de diferentes tipos y tamaños.

Fig.5: Vista en corte de un condensador de película plástica típico

Condensador de mica

Este tipo de capacitor se usa cuando se requieren clasificaciones de alto voltaje. La mica se considera uno de los mejores aislantes y causa muy poca pérdida. En general, los transmisores de radio utilizan tales condensadores porque el voltaje, así como la corriente eléctrica, pueden alcanzar los 30 kV y 100 A respectivamente. La construcción del capacitor de Mica se muestra en la Figura 6.

Fig.6: Construcción del capacitor de mica

condensador de mica de plata

Otra versión de los condensadores Mica se llama condensador Silver-Mica, como se muestra en la figura 7 a continuación. En este tipo de condensador, se deposita una capa muy fina de plata en la superficie de la mica, lo que da como resultado una estabilidad y una tolerancia mucho mayores del condensador. Estas unidades se utilizan principalmente para la compensación de temperatura en circuitos de RF debido a sus inevitables fluctuaciones lineales de temperatura y capacitancia.

Fig.7: Condensador típico de plata-mica

condensador cerámico

Este tipo consta de capacitores de disco de cerámica con electrodos de plata adheridos a cada superficie plana. Los cables están conectados a estos electrodos para permitir la conexión a la unidad. La figura 8 muestra la estructura del capacitor de disco cerámico. estos tipos de capacitores se usan en ciertas aplicaciones desde baja frecuencia hasta muy alta frecuencia hasta 1000 mega-Hz. Los materiales dieléctricos están hechos de mezclas de titanato de estroncio y bario, junto con tierras raras y otros aditivos para mejorar las características eléctricas.

Fig.8: (a) Condensador de disco cerámico (b) Construcción del condensador de disco cerámico

Condensadores de chip de cerámica monolíticos

Los capacitores de chip cerámico monolítico son muy populares porque ahorran espacio y alcanzan valores de capacitancia que son difíciles de lograr con capacitores de película gruesa o delgada. Los valores de capacitancia superiores a 100 000 PF se pueden lograr fácilmente con chips cerámicos multicapa que miden 100 por 180 mils y más pequeños. Estos capacitores son ampliamente utilizados en todo tipo de circuitos integrados analógicos y digitales. En las aplicaciones de derivación fuera del chip, se utilizan chips multicapa porque tienen una mayor eficiencia volumétrica que los discos cerámicos. Además, se pueden encontrar en configuraciones en línea simples y dobles.

Las técnicas de construcción multicapa producen una relación capacitancia/volumen muy alta con una autoinducción mínima. Las celdas del capacitor se fabrican depositando capas muy delgadas de materiales dieléctricos cerámicos y electrodos metálicos hasta alcanzar la capacitancia deseada. Los capacitores resultantes luego se queman en un bloque sólido casi indestructible. Los detalles de construcción de un capacitor cerámico multicapa típico se muestran en la Fig. 9.

Fig.9: (a) Condensador cerámico multicapa (b) Fabricación detallada de un condensador cerámico multicapa

Condensadores cerámicos con compensación de temperatura

Los capacitores cerámicos con compensación de temperatura exhiben cambios de capacitancia controlados y predecibles con los cambios de temperatura. Si el valor de la capacitancia aumenta con el aumento de la temperatura, el capacitor tiene un coeficiente de temperatura positivo y se clasifica con la letra P. este tipo de capacitor rara vez se usa este.

Los condensadores cerámicos que permanecen estables con los cambios de temperatura se denominan condensadores NP0 (negativo-positivo-cero). Estos condensadores son incluso más estables que los condensadores de mica plateada. Se utilizan en muchos tipos de receptores y generalmente tienen valores entre 1 pF y 0,033 μF.

Los condensadores cerámicos con un coeficiente de temperatura negativo se utilizan ampliamente en televisores y receptores de radio de alta calidad para estabilizar circuitos sintonizados que, de lo contrario, cambiarían de frecuencia con cualquier cambio de temperatura. Debido a que una bobina de radiofrecuencia o un transformador de frecuencia intermedia tiene un coeficiente de inductancia de temperatura positivo, su inductancia aumentará con cualquier aumento de temperatura y, por lo tanto, la frecuencia sintonizada disminuirá. Si se elige que el cambio de capacitancia del circuito sintonizado sea exactamente igual pero opuesto al cambio de inductancia, su producto permanecerá constante y la frecuencia de resonancia no cambiará con los cambios de temperatura.

Condensadores electrolíticos de aluminio

Este tipo de capacitores se usa cuando se requiere una gran capacitancia y la corriente de fuga no es un factor importante. Las capacidades de estas unidades van desde unos pocos microfaradios hasta miles de faradios. Por lo general, no se calibran por encima de 450 V en valores iguales a unos pocos cientos de microfaradios. Las clasificaciones de voltaje de un capacitor disminuyen a medida que aumenta la capacitancia porque las capacitancias más grandes usan un dieléctrico más delgado y, por lo tanto, dan como resultado clasificaciones de voltaje más bajas.

En su forma más común, la construcción de los condensadores electrolíticos es similar a la de un condensador de papel. El terminal positivo de la unidad está hecho de papel de aluminio y un lado está recubierto con una capa muy delgada de óxido, que en realidad es el dieléctrico. Esta capa es un electrolito en forma de pasta, que actúa como placa negativa del condensador. Se coloca una segunda tira de papel de aluminio contra la masa para hacer contacto eléctrico. Es esta asociación la que se convierte en el terminal negativo del capacitor. En estos tipos de capacitores, es posible una mayor capacitancia porque la lámina de metal (lámina de aluminio) se graba químicamente para resaltar la estructura granular del metal, lo que aumenta el área efectiva expuesta al electrolito.

Este tipo de condensadores están polarizados. En el caso de que la placa positiva se conecte accidentalmente al terminal negativo de la fuente de voltaje, la delgada capa de óxido dieléctrico desaparecerá y el capacitor actuará como un cortocircuito. Dado que son sensibles a la polaridad, los capacitores de tipo electrolítico generalmente se limitan al uso en circuitos de CC.

Hay una corriente de fuga con un electrolítico. Suele aumentar con la edad, especialmente si no se ha utilizado el condensador. El tamaño del escape es un buen indicador de calidad, ya que las unidades más grandes tienen más que las más pequeñas. La Figura 10 muestra varios tipos y estilos de condensadores electrolíticos, y la Figura 11 muestra la estructura esquemática. La figura 12 muestra los detalles de construcción de un condensador electrolítico de aluminio típico con un electrolito no sólido.

Fig.10: Condensadores electrolíticos de aluminio de diferentes tipos y tamaños

Fig.11: Representación esquemática de un condensador electrolítico de aluminio con un electrolito no sólido

Fig.12: Construcción de un capacitor electrolítico de aluminio con electrolito no sólido

Condensador eléctrico de tantalio

Dichos condensadores se conocen como condensadores electrolíticos altamente estables. El tantalio puro es un gris plateado, que es un metal de tierras raras. El metal tantalio fue nombrado porque es tan "sorprendentemente" no reactivo. Permanece sin cambios cuando se absorbe en la mayoría de los ácidos. El elemento es altamente resistente al ataque de la mayoría de los productos químicos por debajo de 350 ^deF.

Una película muy delgada de óxido de tantalio es extremadamente estable y mantiene propiedades dieléctricas superiores. Como resultado, el tantalio es perfecto para su uso en capacitores electrolíticos. Los capacitores electrolíticos de tantalio son particularmente adecuados para su uso donde la confiabilidad y la vida útil son de gran importancia.

Un condensador electrolítico de tantalio tiene dos superficies conductoras, separadas de un material aislante. Este material aislante o dieléctrico es el pentóxido de tantalio y se usa comúnmente en todo tipo de capacitores electrolíticos de tantalio. El pentóxido de tantalio es un compuesto eficaz con una fuerza dieléctrica y una constante dieléctrica mucho más altas. Una fina película de este material se deposita sobre los electrodos del condensador de tantalio mediante un método electrolítico. El pentóxido de tantalio tiene una constante dieléctrica de 26, que es aproximadamente tres veces la del óxido de aluminio. Esta alta constante dieléctrica y el hecho de que se pueden depositar películas extremadamente delgadas mediante el método electrolítico muestran que los capacitores de tantalio son muy eficientes en términos del número de microfaradios disponibles por unidad de volumen. Los condensadores de lámina de tantalio tienen aproximadamente un tercio del tamaño de los condensadores electrolíticos de aluminio. La figura 13 muestra capacitores de tantalio de varias formas y tamaños según sus valores nominales.

Fig.13: Condensadores de tantalio de varias formas y tamaños

En los condensadores de tantalio de electrolito sólido, una sustancia seca llamada dióxido de manganeso sirve como electrolito. Esta sustancia conductora sólida es la placa del capacitor del cátodo (con carga negativa).

Condensador de tantalio de aluminio

Los condensadores de lámina de tantalio se construyen enrollando dos tiras delgadas de lámina, recubiertas con papel grueso (impregnado) con electrolito, en una bobina convexa. La hoja de tantalio (que actúa como ánodo) se graba químicamente para aumentar su área efectiva, proporcionando una mayor capacidad en volumen disponible. A este proceso de grabado le sigue la anodización en una solución química bajo tensión continua. Este proceso de anodizado, a su vez, desarrolla la película de pentóxido de tantalio dieléctrico en la superficie de la hoja. Los capacitores de lámina de tantalio están ampliamente construidos para operar en el rango de temperatura de -55 °C a +125 °C y se encuentran principalmente en equipos electrónicos industriales y militares.

Los condensadores de tantalio de electrolito húmedo de ánodo sinterizado y los condensadores de electrolito sólido de ánodo sinterizado tienen una cosa en común; una carga de polvo de tantalio sinterizado al que se une el plomo. Este ánodo tiene una gran superficie debido a la forma en que está construido. Polvo de tantalio de finura adecuada, a veces fundido con aglutinantes, prensado a máquina en gránulos. El siguiente paso es una operación de sinterización donde las impurezas, los aglutinantes y la contaminación se evaporan y las partículas de tantalio se sinterizan (sueldan) en una masa porosa con una superficie interna muy grande. Después de la sinterización y antes de desarrollar la película dieléctrica (material aislante) en la almohadilla, el cable conductor de tantalio se conecta soldando el cable a la almohadilla. La figura 14 muestra la construcción de un condensador electrolítico de tantalio típico con el electrolito sólido.

Fig.14: Construcción de un condensador electrolítico de electrolito sólido de tantalio típico

Se forma una película de pentóxido de tantalio mediante un proceso electroquímico en las superficies de las partículas de tantalio combinadas. Dado que se dispone de suficiente tiempo y corriente, el óxido eliminará un espesor establecido por el voltaje aplicado. Luego, el gránulo se introduce en una caja de tantalio o plata que contiene una solución de electrolito. La mayoría de los electrolitos líquidos están gelificados para evitar el movimiento independiente de la solución dentro del recipiente y para mantener el electrolito en estrecho contacto con el cátodo del capacitor. La correcta organización de las juntas de los extremos evita la pérdida de electrolitos. En la Figura 15 se muestra una vista transversal de un capacitor de tantalio de ánodo sinterizado.

Fig.15: Vista de la sección transversal del condensador electrolítico de tantalio con ánodo sinterizado

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