universidad politécnica de el salvador facultad de ingeniería y

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LABORATORIO #4
“CIRCUITOS CAPACITIVOS”
MATERIA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
ALUMNOS
CARNET
NOTA
REPORTE
1.
2.
3.
FECHA DE PRÁCTICA _______________ F. ________________
FECHA DE ENTREGA _______________ F. ________________
A: Investigación previa…………………….….… 10 %
B: Orden y Aseo………….……………….….
10%
C: Puntualidad……………………………………. 10%
D: Participación desarrollo de la Práctica…..…… 30%
E: Reporte……………………………………….. 40%
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Formar Profesionales con Alto Sentido Crítico y Ético con Capacidad de
Autoformación y con las competencias técnicos-científicas requeridas para resolver problemas mediante
soluciones enfocadas al desarrollo social y respetuoso del medio ambiente.
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
ASIGNATURA : ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
CAPACITOR Y CIRCUITOS CAPACITIVOS
I.
OBJETIVO GENERAL
Realizar las diferentes tipos de mediciones relacionada a los elementos capacitivos y la
relación al fenómeno de carga potencial.
II.
OBJETIVO ESPECIFICOS
Identificar las partes físicas que constituyen a un capacitor y explicara su
funcionamiento.
Analizara las ecuaciones que caracterizar a un
capacitor.
Medirá el voltaje en los capacitores y calculara la carga y energía almacenada en
ellos.
III.
TEÓRIA BÁSICA
CAPACIDAD DE UN CONDUCTOR.
Cuando un conductor se carga, es decir, se le comunica
una carga eléctrica, adquiere un cierto potencial, que
depende de consideraciones geométricas (de su forma,
ver figura 1). Pues bien; a la relación entre carga y
potencial se le llama CAPACIDAD de ese conductor.
Podemos entonces definir una magnitud llamada
CAPACITANCIA o CAPACIDAD, como la relación entre la
carga almacenada (Q) y la tensión a la que se encuentra
(V).
2
Figura 1
Escribimos entonces:
C=Q/V
Un conductor que, con la misma carga que otro, adquiera menor potencial, tendrá más capacidad
que el segundo, y viceversa.
La unidad de capacidad es el FARADIO. El faradio es una unidad tan sumamente grande que no
resulta en absoluto práctica.
Los submúltiplos del Faradio son:
 El microfaradio (m F) = 0,000001 F. (10-6 F )
 El nanofaradio (nF) = 0,000000001 F. (10-9 F)
 El picofaradio (pF) = 0,000000000001 F. (10-12 F)
Recuerde: Los dispositivos que almacenan cargas eléctricas se denominan CAPACITORES.
En un Capacitor la relación carga / tensión es constante y se llama CAPACITANCIA, y su unidad
es el Faradio.
Símbolos
Fig. 2. Símbolo de los capacitores
Tipos de capacitores:
Capacitores fijos
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede
modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal
forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico
usado.
De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:
 Cerámicos.
 Plástico.
Mica.
 Electrolíticos.

3

De doble capa eléctrica.
Capacitores cerámicos
El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más utilizado el
dióxido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base
al material se pueden diferenciar dos grupos:
Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido
y casi constante.
Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además de presentar
características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión
y el tiempo de funcionamiento.
Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten amplias posibilidades
de diseño mecánico y eléctrico.
Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes:
 Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF  Tensión de trabajo desde 3 V. a
15.000 Volts o más.
 Tolerancia entre 1% y 5%
 Relativamente chicos en relación a la Capacitancia.
 Amplia banda de tensiones de trabajo.
 Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia.
 Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisión.
Fig. 3. Capacitores cerámicos
Capacitores de plástico
Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas
de funcionamiento.
Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK, que se
distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el
segundo).
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Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales:
KS: styroflex, constituidos por láminas de
metal y poliestireno como dieléctrico.
KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de
polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de
metal vaporizado.
MKY: dieléctrico de polipropileno de gran calidad y láminas de metal vaporizado.
MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno (poliéster).
MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el dieléctrico.
Fig. 4. Capacitores plásticos
A nivel orientativo estas pueden ser las características típicas de los capacitores de plástico:
TIPO
CAPACIDAD
TOLERANCIA
TENSION
TEMPERATURA
KS
2pF-330nF
+/-0,5% +/-5%
25V-630V
-55ºC-70ºC
KP
2pF-100nF
+/-1% +/-5%
63V-630V
-55ºC-85ºC
MKP
1,5nF-4700nF
+/-5% +/-20%
0,25KV-40KV
-40ºC-85ºC
MKY
100nF-1000nF
+/-1% +/-5%
0,25KV-40KV
-55ºC-85ºC
MKT
680pF-0,01mF
+/-5% +/-20%
25V-630V
-55ºC-100ºC
Tabla 1. Características de capacitores plásticos.
Capacitores de mica
El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se
caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura
y el tiempo.
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Capacitores electrolíticos
En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por
un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño
y en la mayoría de los casos son polarizados.
Podemos distinguir dos tipos:
a.
Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de
tetraborato armónico.
b.
Electrolíticos de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos
encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño.
Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y
su costo es algo más elevado.
Las principales características de los capacitores electrolíticos son:
Capacitancia en la gama de 1uF a 220.000 uF.
Tensiones de trabajo entre 2 y 1.000 V.
Tolerancia entre –20% y +50%, generalmente.
La corriente de fuga es relativamente alta o
sea que la aislamiento no es excelente.
Son polarizados, se debe respetar la polaridad.
La capacidad aumenta a medida que el capacitor
envejece.
Tienen una duración limitada.
La Capacitancia varía ligeramente con la tensión.
Los capacitores electrolíticos no se usan en circuitos de alta frecuencia, se usan en circuitos
de baja frecuencia, uso general y corriente continua.
Capacitor electrolítico: Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo con el signo (-) .El
terminal negativo es el de menor longitud. Hay que asegurarse de no conectar el capacitor entre
dos puntos del circuito cuya tensión supere la máxima que soporta el capacitor.
Fig. 5. Capacitor electrolítico
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TEORIA ELEMENTAL DEL CAPACITOR
Un capacitor son dos placas metálicas separadas por un dieléctrico, el cual puede ser electrolítico o no
electrolítico, se muestra en la figura 5.
Carga q
Placas metálicas
Dieléctrico
Figura 6. Diagrama esquemático de un capacitor cargado.
Cuando se conecta una batería al capacitor de la figura 5, una placa se carga positivamente y la otra
negativamente. Ambas cargas son iguales.
En función de estas cargas el capacitor es capaz de almacenar energía, la cual está en función de la
capacitancia del mismo.
La capacitancia “C” se mide en faradios, aunque por ser una unidad muy grande se usa mucho el
microFaradio (µF) y el picoFaradio (pF). El símbolo de un capacitor es el siguiente:
Fig. 7. Símbolo del capacitor
Para un capacitor de placas paralelas:
Por lo que podemos ver que la capacitancia depende de:
a) Tipo del dieléctrico (ε)
b) Tamaño del área de las placas (A).
c) De la distancia entre placas (d).
Al cargarse las placas con una carga “q” el voltaje “V” de la batería aparece entre sus terminales. Se
cumple la siguiente relación:
Si deseamos descargar esta energía (hacer q = 0 y V =0) tenemos que cortocircuitar sus terminales.
7
Figura 8. a) Capacitor cargado, b) El capacitor que estaba cargado se descarga cuando sus placas se
conectar por medio de un conductor.
Los capacitores se pueden colocar en serie o paralelo. En cada caso se cumplen las siguientes ecuaciones
que acompañan a las figuras 8 y 9.
Capacitancia equivalente de capacitares conectados en serie:
Figura 9. Conexión serie de capacitores, alimentados por una
fuente de voltaje. Capacitancia
equivalente de capacitares conectados en paralelo:
Figura 10. Conexión paralelo de capacitores, alimentados por una fuente
de voltaje.
IV.
INVESTIGACIÓN PREVIA
Realice las simulaciones en el programa “Crocodrile clip” de los circuitos asociados a las
figuras 11, 12 y 13.
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V.
MATERIALES Y EQUIPOS
Cantidad Descripción
1
Fuente de voltaje variable DC (operada por instructor)
1
Multímetro Digital
1
Capacímetro
1
Breadboard
1
Capacitor de 100 μF
1
Capacitor de 220 μF
1
Capacitor de 470 μF
1
Resistencia de 1 KΩ
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
1. Identifique la polaridad en un capacitor electrolítico. Dibuje la forma de los capacitores indicando
cual terminal es la positiva y negativa.
2. Mida los valores de los capacitores utilizado el capacímetro y compárelos con el valor etiquetado.
Anote sus resultados en la tabla 1.
Tabla 1. Valores etiquetados y medidos de los capacitores.
Ítem
C1
C2
C3
9
Capacitancia Valor etiquetado
en μF
Capacitancia medida
Valor real (μF)
3. El instructor ajustara la fuente de voltaje a 10 Voltios.
4. Arme el circuito que se muestra en la Figura 10 y coloque el voltímetro en el capacitor.
Fig.11. Circuito resistivo capacitivo
5. Conecte el circuito por 10 segundos a la fuente de alimentación.
6. Quite la fuente de alimentación y apague la fuente de voltaje. Observe la el voltaje en las terminales
del capacitor. ¿Qué valor de voltaje obtuvo? _________________________ ¿Cuál será el valor de la
carga almacenada en el capacitor?
¿Qué valor de energía almacenada tendrá el capacitor?
Explique porque el capacitor retiene el voltaje y la carga en sus terminales
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
7. Arme el circuito de la figura 11 como se indica, aplique un voltaje de 10 V.
Fig. 12. Conexión de circuito serie.
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8. Mida la diferencia de potencial entre los terminales de cada capacitor. Anote los en la tabla 2.
Tabla 2. Medición de circuito serie.
Capacitor
Voltaje Medido
(Volt)
Carga (Q)
Calculada
Capacitancia
total Teórica
Capacitancia
Total medida
Energía
Almacenada
C1
C2
C3
¿Qué observa en relación a la carga calculada en circuitos series capacitivos? ________________
_______________________________________________________________________________
¿Qué relación presenta la capacitancia total tanto calculada como medida?
_________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
¿Con relación a la energía almacenada que pude concluir?
_________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
9. Arme el circuito de la figura 12 como se indica, aplique un voltaje de 10 V.
Fig. 13. Conexión de circuito paralelo
10. Mida la diferencia de potencial entre los terminales de cada capacitor. Anote los en la tabla 3.
Tabla 3. Medición de circuito serie.
Capacitor
C1
C2
C3
11
Voltaje
Medido
(Volt)
Carga (Q)
Calculada
Capacitancia
total Teórica
Capacitancia
Total medida
Energía
Almacenada
¿Qué observa en relación a la carga calculada en circuitos capacitivos en paralelo? __________
_____________________________________________________________________________ ¿Qué
relación presenta la capacitancia total tanto calculada como medida?
_________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
¿Con relación a la energía almacenada que pude concluir?
_________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
VI.
CUESTIONARIO
1) Defina la capacitancia.
2) Describa la estructura básica de un capacitor.
3) Describa el efecto de carga y descarga de un capacitor.
4) ¿Cuáles son los tres factores principales que determinan la capacitancia de un capacitor?
5) ¿Qué se entiende por voltaje de trabajo nominal de un capacitor?
6) Describa las fallas más comunes de los capacitores.
7) En el problema que se muestra en la figura 13, una diferencia de potencial VAB = 200V se aplicó
entre los puntos A y B. Determine la carga q, el voltaje V y la energía almacenada en cada
capacitor.
Fig. 14. Conexión de un circuito serie-paralelo
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