y o c u -tr a c k .c .1 " j JI Ir{) !.J!JC Cl!Jll ~ .~ El condensador es un t/ispositivo muy utilizado en aplicaciones de circuitos electrónicos. Pero, ¿ qué fimción cumple el condensador en un circuito? Se puede decir que un condensador es un elemento capaz de almacenar pequeñas cantidades tle energía eléctrica para devolverla cuando sea necesaria. Las aplicaciones de los condensadores son muy amplias. A continuación, se indican algunas de ellas. • Aprovechando el tiempo que tardan en cargarse se pueden construir circuitos de acción retardada (temporizadores electrónicos, etc.). • Como ya estudiaremos más adelante, se utilizan como filtros en los rectificadores ((/i.~positivos que convierten la C.A. en C.C). Con ello.~ se consigue que la tensión obtenida sea más continua. • Realización de los circuitos llamados oscilantes y del fenómeno de resonancia. Sintonía en radiodifusión. • Supresión de parásitos en radiodifusión (ruidos que producen los motores de explosión de los automóviles). • Corrección del factor de potencia en los sistemas de potencia en corriente alterna. .. ... ... .,., ... .... ...' ... ... ... Funcionamiento y estructura del condensador. Capacidad de un condensador. Carga y descarga de 1m condensador. Tipos de condensadores. Asociación de condensadores. ~ • Describir elfuncíonamiento y lafunción de los condensadores. Evaluar los procesos de carga y descarga de un condensador. Seleccionar adecuadamente las magnitudes de un condensador. Reconocer los tipos de condensadores. Calcular la capacidad equivalente al asociar condensadores en serie y en paralelo. .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c y o c u -tr a c k .c 5~ 1. Funcionamiento de un condensador Experiencia 9. J;. Toma una pila de 4.5 VY conéctala a un condensador electrolítico de 2.200 IlF (microfaradio,s) , teniendo cuidado en no equivocarte con las conexiones de los polos (Figura 5.l). campo eléctrico). Por otro lado, la carga negativa acumulada en la parte externa de la armadura B es atraida por el polo positivo de la pila, lo que completa la carga del condensador. Una vez que esto suceda, ya no habrá más movimiento de electrones, a no ser que se aumente la tensión de la pila. ¡;uer/;¡s del ""mpo clél'lrico Seguidamente. separa el condensador de la pila y mide la tensión entre sus terminales. Podrás comprobar que el voltímetro indica una tensión de 4.5 V. ~ A continuación, conecta el condensador a los terminales de un diodo led (diodos que emiten una pequeña radiación luminosa cuando son recorridos por una pequeña intensidad de corriente eléctrica), cuidando respetar las polaridades. Podrás comprobar como elled se enciende un pequeño instante. 9 ~ <r0~~~~ Figura 5.3. Carga de un condensador. + e - e Figura 5.1. La primera parte de la experiencia 5.1 nos demuestra que al conectar la pila con el condensador, éste se carga de energía eléctrica y que la tensión con que ha sido cargado dicho condensador coincide con la tensión de la pila. La segunda parte de esta experiencia hace patente la descarga del condensador a través del diodo led que se enciende durante el pequeño instante que dura la descarga. Para construir un condensador basta con montar dos placas metálicas conductoras separadas por un material aislante, denominado dieléctrico, como el aire, papel, cerámica, mica, plástico, etc,~ (Figura 52). Normalmente, este dieléctrico se dispone en forma de lámina muy fina para conseguir que las placas metálicas, denominadas armaduras, se encuentren lo más próximas unas de otras. Una vez cargado el condensador, si se le desconecta de la fuente de energía eléctrica, la acumulación de cargas se mantiene gracias a que sigue existiendo la fuerza de atracción entre las armaduras cargadas debido a la diferencia de cargas (Figura. 5.4). Figura 5.4. Condensador cargado. ¿Qué ocurriría si una vez cargado el condensador aplicásemos al mismo una tensión mayor? Al aumentar la tensión aplicada. aumentan las fuerzas de atracción entre las cargas de las armaduras y por tanto aparece una nueva corriente que carga el condensador hasta alcanzar la nueva tensión aplicada. \ Dieléctrico Terminal de conexión Annaduras ~ Figura 5.2. Constitución de un condensador. El condensador se carga de electricidad según los siguientes fundamentos. Si conectamos las annaduras de un condensador como se indica en el circuito de la Figura 5.3, los electrones en exceso del polo negativo de la pila se dirigirán a la armadura A, cargándola negativamente. A su vez, en la parte interna de la armadura B se producirá una acumulación de cargas positivas por inducción electrostática (rer.;uerda que [as placas están muy próximas y que, por lo tanto, existe una gran atracción entre las cargas eléctricas de ambas annaduras debido a la acción del ¿Qué ocurre si conectamos un condensador en serie en un circuito de corriente continua? Sólo existe corriente electrica mientras se carga el condensado;", por lo que una vez que se termina la carga se interrumpe el circuito. Por tanto, se puede decir que un condensador no deja pasar la corriente continua. ¿Qué ocurre si conectamos un condensador en serie en un circuito de corriente alterna? El condensador se carga mientras aumente la tensión entre sus placas y se descarga cuando la tensión acumulada es superior a la aplicada. Con lo cual en C.A. el condensador se carga y descarga en cada mitad del ciclo, haciendo fluir por el circuito corriente en todo momento. En conclusión, un condensador sí que permite el paso de la corriente alterna, aunque como ya estudiaremos más adelante, se produce una distorsión o desfase en el tiempo entre [a tensión y la corriente. © ITES-PARANlNFO .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e O W N . Se denomina capacidad de un condensador a la propiedad que estos poseen de almacenar mayor o menor cantidad de electricidad. La cantidad de cargas que puede almacenar un condensador depende, fundamentalmente, de la tensión aplicada entre sus armaduras y de sus características constructivas, La unidad de capacidad es el faradio (F). Se puede decir. d o c u - t r a c k . que un condensador posee la capacidad de un faradio cuando almacena lIna carga de un culombio al aplicar una tensión de un voltio entre sus placas. El faradio es una unidad muy grande, por lo que se utilizan submúltiplos, correspondientes a su millonésima parte, milmillonésima parte y billonésima parte, que reciben los nombres de: Para entender mejor esto vamos a comparar la capacidad de almacenar cargas de un condensador con la capacidad de almacenar aire de un globo. • Microfaradio (¡.tF) Para que el aire entre a un globo es necesariÓ introducirlo con una cierta presión, de tal forma que, según aumentemos dicha presión, mayor será la cantidad de aire que conseguiremos almacenar en dicho globo (Figura 5.5). • I ¡.tF = 1/\.000.000 = 0,000001 = 10- 6 F Nanofaradio (nF) 1 nF • = 1/1.000.000.000 = 0,00000000 I = 10-9 F Picofaradio (pF) 1 pF = 1/1000000000000 = 0,000000000001 =10- 12 F Pr.::sión I aIIl105fcril'~1 Ejemplo 5.1 - Presión de soplado Calcular la carga eléctrica almacenada por un condensador de 2.200 ¡.tF de capacidad cuando se le conecta a una pila de 4,5 V. Solución: Lo primero que hacemos es cambiar. las unidades: 2.200 ¡.t.F t \.000.000 Q=C.V = 0,0022 . 4,5 0,0022 F = 0,099 culombios Figura 5.5. Comparación entre el llenado de un globo y la carga de un condensador. En conclusión, la cantidad de aire que es posible introducir en un globo depende del tamaño del globo y de la presión aplicada al mismo. Por supuesto, si la presión aplicada fuese superior a la que pueden soportar las paredes elásticas del globo, éste estallaría en pedazos. S¡ ahora comparamos el concepto de presión aplicado al globo con el de tensión aplicado a las armaduras de un condensador, resultará que la cantidad de cargas almacenadas por un condensador será mayor al aumentar dicha tensión, Tened en cuenta que las cargas fluyen a las armaduras debido a la diferencia de cargas Q tensión que le proporciona la pila o el generador. La capacidad de un condensador es mayor cuanto más grande sea la superficie de sus armaduras, ya que al aumentar la superficie de cargas enfrentadas aumenta la carga del mismo. Por otro lado, la capacidad es menor cuanto mayor sea la distancia que separa a las mismas, ya que las cargas se nfuntienen sujetas en las armaduras gracias a la atracción que' se produce entre ellas por el efecto de las diferencias de cargas. Si la distancia entre éstas fuera grande, apenas habría atracción y la capacidad disminuiría. Por último, se ha comprobado que, según sea la sustancia aislante que se introduce entre las armaduras, la capacidad también varía. Este factor se mide con la constante dieléctrica de la sustancia que se utiliza como aislante. Por otro lado, cuanto mayor sea la superficie del dieléctrico, menor la distancia que separa las armaduras y mejor la calidad del aislante, mayor será la capacidad de almacenar cargas del condensador. La expresión matemática que relaciona la capacidad con sus características constructivas es: Si llamamos Q a la cantidad de carga almacenada por el condensador, C a la capacidad del condensador y V a la tensión entre las armaduras, resulta que: L=.~_~=-~ ~_ . _ E-~ -S = superficie de las armaduras en m 2' - d = espesor del dieléctrico en m. Q = Culombios C = Faradios V = Voltios o m o c(.~~ensador w m C lic k to bu y N y bu to k C lic .c ?2. Ca.pac~_~~~.de~~ c u -tr a c k w w .d o w w w w ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- - E= constante dieléctrica de la sustancia aislante. En la Tabla 5.1 aparecen reflejados los valores de la constante dieléctrica de los materiales más comunes. c h a n g e Vi e N y bu to k E .d o m o .c c u -tr a c k lmáx = - - R1 Según se va cargando el condensador la tensión de éste irá creciendo, tal como lo podríamos comprobar con el voltíme· tro. En consecuencia, la diferencia de potencial que existe entre el generador y el condensador se hace más pequeí1a y, por consiguiente, se irá reduciendo la íntensidad de carga, Cuando el condensador alcanza la misma tensión que el gene· radar se completa el ciclo de carga y la intensidad de corrien· te queda interrumpida. En las curvas de carga claramente este proceso. Ejemplo 5.2 - Calcular la capacidad de un condensador si sus placas son' de 0,1 m 2, la distancia entre placas de 0,3 mm y el dieléctrico es de a) aire, b) poliéster. d~ la Figura 5.7 se puede apreciar V E lmáx - -- - - - - :~-::-~' ', Solución: Para un dieléctrico de aire tenemos que: , . e S 1 0,1 ,'' - - = 295 . ]09 F = 2!V5 nF 9 9 4'TC·9· 10 d 4·1t·9·] 0 0,0003' '1 C'=' 1: t.carga 0,3 mm = 0,311000 = 0,0003 m ': Si utilizamos como dieléctrico el poliéster obtendremos una capacidad tres veces superior ya que t: = 3. t.carga Figura 5.7. Curvas de carga de un condensador. En conclusión, un condensador en c.e. sólo deja pasar la corriente durante el corto período de tiempo que dura su carga. Al cabo de este tiempo actúa como un interruptor abierto. 5.3. Carga d~ un condens~d~r Con ayuda del circuito de la Figura 5.6 vamos a estudiar el proceso de carga y descarga de un condensador. 5.4. Descarga de un condensador j '!.1 " ¡Ii E r 2 J""" l Al cambiar de posíción el conmutador (Figura 5.8), el condensador se descarga por la lamparita. 1, 1, ¡: ¡: I ! I 1: i I E Figura 5.6. Ensayo para estudiar el proceso de carga de un condensador. La lamparita de resistencia (R[) se ha conectado en serie con el circuito para retardar el proceso de carga (Figura 5.6). El amperímetro (A) nos indicará la intensidad de carga y el voltímetro (V) la tensión a que queda sometido el condensador entado momento. Cuando el conmutador se posiciona en el punto (1) el condensador se pone en contacto con el generador y comienza su proceso de carga. í ! w lic c u -tr a c k C m w o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- En el primer momento la diferencia de cargas que existe en el condensador es cero y, por lo tanto, al no haber nada que se oponga al establecimiento de la corriente, la intensidad que indicará el amperímetro en el primer momento de conexión será iguala: Figura 5.8. Proceso de descarga del condensador. En un primer momento la intensidad es grande, ya que el condensador tiene toda la tensión (la misma que la del generador). Según se va descargando el condensador, la tensión se va reduciendo y, con ella, la i'1tensidad de la corriente. Cuando el condensador se descarga totalmente la intensidad y la tensión se anulan, tal como se ha representado en [as curvas de descarga de la Figura 5.9. © tTES,PARANINFO .c h a n g e Vi e w N y bu to k lic c u -tr a c k v • Capacidad nominal: El valor de la capacidad de un condensador puede cambiar con la frecuencia de trabajo (Hz) y con la temperatura ambiente, por lo que los fabricantes facilitan la capacidad junto con estos últimos parámetros. • Tensión de perforación del dieléctrico o tensión pico (VI): ¿Recuerdas cómo el globo descrito anteriormente estallaba en pedazos al aumentar la presión? De igual forma, si un condensador es sometido a una tensión excesiva, el dieléctrico no podrá soportarlo y se perforará. Téngase en cuenta que las armaduras están muy próximas y un aumento de la tensión produce, a su vez, un aumento de atracción entre las cargas de ambas armaduras. E v '-- ~ t t.descarga Figura 5.9. Cu rva de descarga de un condensador. 5.5. Constante de tiempo de carga y desca_rga de un con~ensa~~r Se conoce por constante de tiempo ('L )al tiempo que invierle el condensador en adquirir el 63% de la carga total. La constante de tiempo de condensador es igual al producto R C. Esta constante es igual de válida para calcular el tiempo de descarga de un condensador. En la teoría, un condensador tardaría un tiempo infinito en cargarse o descargase totalmente; en la práctica se puede comprobar que transcurrido un tiempo igual a cinco constantes de tiempo se puede dar por terminado prácticamente el proceso de carga o descarga del condensador. De aquí surge el concepto de tensión de perforación, que se define como la tensión máxima que es capaz de soportar un condensador sin que se destruya su dieléctrico. Tensión de trabajo o nominal(V n): Por supuesto, no es recomendable que la tensión a la que trabaja un condensador sea mayor que la de perforación. De aquí nace el concepto de tensión de trabajo, que se define como la tensión a la que, puede funcionar un condensador de una forma permanente sin sufrir daños. Esta tensión es la que se encuentra indicada en la superficie de los condensadores. • La tensión de trabajo de un condensador tiene una gran incidencia en las dimensiones de éstos. Cuanta más tensión de trabajo posea el condensador, mayor tiene que ser el espesor del dieléctrico, lo que hace que haya que aumentar, en estos casos, la superficie de las placas para conseguir una capacidad considerable. De tal forma que podremos encontrar· condensadores de baja tensión y elevada capacidad que presenten un tamaño similar al de otros de elevada tensión y pequeña capacidad. Ejemplo 5.3 Determinar la constante de tiempo del condensador del circuito de la Figura 5.10. Calcular también el tiempo de carga completa del condensador. R 12 V 1 Ikn T Coeficiente de temperatura (T d: Al igual que ocurría con las resistencias, la capacidad de un condensador puede variar con la temperatura. Este coeficiente puede ser positivo o negativo, aunque en la mayoría de los condensadores resulta negativo. • le c::::::J T200 ~F ~ Tolerancia (%): Nos indica en tantos por ciento los Figura 5.10. valores en los que se encuentra la capacidad indicada por el fabricante. Las tolerancias más comunes son del 5%, 10010, y 20% para todos los modelos de condensadores. Solución: La constante de tiempo será igual a: 1: = R . C ;= 1.000 . 200 . 10-6 Por último, vamos a dar unos consejos para conseguir que los condensadores tengan una larga vida una vez conectados al circuito: = 0,2 segundos El tiempo total de carga se dará para cinco constantes de tiempo: 'C = 5 . 1: = 5 . 0,2 = .d o l segundo • Procurar que no queden expuestos a fuentes de calor (resistencias de mucha potencia, transformadores, etc.). • Evitar dafíar la envolvente del condensador, ya que de debilitarse su estanqueidad podría penetrar la humedad ambiente en el dieléctrico. Esto suele producir muchos fallos en los condensadores por perforación deldieléctrico. Dicha estanqueidad puede verse afectada simplemente al realizar una manipulación o soldadura incorrecta durante el montaje en la placa del circuito impreso. • No someter al condensador a sobretensiones. • No conviene almacenar los condensadores con carga • Para descargarlos, hacerlo siempre a través de una resistencia, evitando las descargas mediante cortocírcu'itos. 5.6. Especificaciones técnicas de los condensadores Los condensadores, al igual que cualquier otro componente electrónico, vienen definidos por una serie de características. Éstas siempre las podemos encontrar en las hojas de especificaciones que nos facilita el fabricante. © ITES-PARANINFO ,·,-1· o .c m C m w o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c y o c u -tr a c k .c .d o Láminas de poliéster Existe una gran variedad de tipos de condensadores en el mercado, de los que conviene conocer sus principales camcterísticas, con objeto de poder utilizarlos para la aplicación más idónea. Al igual que las resistencias, existen condensadores variables a los que se les puede modificar su valor capacitivo. Estudiaremos aquí algunos de los condensadores fijos, que son los de más extendida aplicación. Figura 5.12. Condensador de poliéster. Condensadores cerámicos Condensadores de papel impregnado Estos condensadores uti I iz~n como dieléctrico compuestos cerámicos de una constante dieléctrica muy elevada. Con ellos se consiguen valores desde los pocos picofaradios hasta los 100 nF. Soportan poca tensión. Se fabrican enrollando dos láminas delgadas de aluminio de unos 0,006 mm de espesor (armaduras), separadas por otras dos de un papel impregnado con cera o aceite (dieléctrico). De esta forma, se consigue aumentar la superficie de las armaduras sin aumentar excesivamente el tamaño del condensador. La tensión de trabajo depende del espesor del papel. 1 Figura 5.13. Condensadores de cerámica. láminas de metal j\ Figura 5.11. Condensador de papel impregnado. Condensadores de papel metalizado En este caso, el papel es metalizado con el fin de evitar que se formen vacíos entre las placas y el dieléctrico. De esta forma se consigue reducir su tamaño. Además poseen la propiedad de "auto regeneración" del dieléctrico después de sufrir una perforación del mismo. También se fabrica una versión similar de este condensador utilizando plástico en vez de papel, dando como resultado condensadores de plástico metalizado (condensadores film o MK), que mejoran las características de los de papel. Condensadores de plástico Condensadores de mica Aprovechando la facilidad con la que se pueden fabricar láminas de mineral de mica de pequeño espesor uniforme, se pueden construir condensadores intercalando láminas de mica como dieléctrico y láminas de estaño o aluminio como placas. Se suelen emplear en circuitos de transmisión y recepción de radio (radiofrecuencia "RF"). Condensadores electrolíticos de aluminio Estos condensadores se diferencian bastante del resto por sus características constructivas. Están constituidos por una lámina de aluminio y otra de plomo sumergidas en una solución de cloruro de amonio (elcctrolito). Son condensadores con los se consiguen capacidades elevadas en un volumen reducido (desde IIlF hasta decenas de miles de microfaradios). Una de las características que diferencia a los condensadores electrolíticos de los demás es que tienen polaridad, es decir, no pueden invertirse las conexiones indicadas en la superficie del componente, ni, por tanto, aplicarse corriente alterna. En caso contrario, el condensador se perfora. En la actualidad se fabrican condensadores electrolíticos de tántalo que reducen el tamaño para la misma capacidad que uno de aluminio. Además, el electrolito suele ser seco. Actualmente son muy utilizados. Estos condensadores utilizan normalmente como dieléctrico el poliéster, poli carbonatos, estiroflex, etc. Su utilización tiene la ventaja de conseguir capacidades relativamente elevadas a tensiones que lleguen hasta 1.000 V Y capacidades desde un nano faradio hasta algunos microfaradios. Figura 5,14. Condensadores electrolíticos. © ¡TES-PARANINFO m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to k lic c u -tr a c k Cara Por lo general, los valores de capacidad y tensión de trabajo aparecen inscritos en la superficie del condensador. Cuando se trata de valores de capacidad con decimales no se marca la coma, sino que en su lugar se pone la letra p (pico) ó n (nano). Así, por ejemplo, un condensador de 3,9 nF se puede identificar como 3n9 y uno de 0,56 pF como p56. anterior B-8 c/,~' 1\" ¡ 1, Disco grande En otras ocasiones se marca sólo la letra K, que signi lica mil picofaradios, es decir, I nF. Por ejemplo, un condensador de 100 K se identifica como 100 oF. Otra forma de identificación consiste en utilizar un código de colores similar al de las resistencias, pero incluyendo una banda de color adicional para marcar la tensión de trabajo. En la Tabla 5.2 se muestran los códigos de colores para condensadores en pE Disco pequeño 1\ BCD A Be \+11 [~)~U;J Disco " ~J r:;,LLt~ Tubulares Condensadores cerámicos , ,~.,., ..._._",_, .. ~~ .~..J *Nota:Cuando en un condensador no se utiliza el código decolores, la tolerancia se suele indicar con un código de unaletra(Tabla 5.3). Así por ejemplo, si encontramos un condensador con la indicación lOO J, nos indicará una capacidad de 100 pF y una tolerancia del 5%. Seguidamente incluimos para los diferentes tipos de condensadores el significado de cada banda de color. La banda © ITES-PARANlNFO .d o marcada con la letra F nos indica el coeficiente de temperatura dd condensador. Polister metalizado Tántalo Figura S.1S. Códigos para diferentes tipos de condensadores. m o .c 5.8. Identificación de los valores de los condensadores C m w o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c y o c u -tr a c k .c Ejemplo 5.4 Determinar las características de un condensador de poliéster metalizado que aparece en la Figura 5.16. .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c 5.9.1. Asociación de condensadores • en serie La tcnsión apl icada al conjunto se reparte entre Jos termi· nalcs de cada uno de los condensadores (Figura 5.18), de lal forma que se cumple la relación: V = V AB + V BC + VeD' COIl esta disposición cada uno de los condensadores trabaja a una tensión más baja que la apl ¡cada al conjunto de los mismos. Sin embargo la capacidad total obtenida es inferior a la de cualquiera de ellos. Se cumple que: Figura 5.16. Solución: Situemos las cifras que van asociadas a los colores en el orden en que aparecen inscritos los mismos: (B) (C) CA) (O) (E) Amarillo - AzuI- Rojo- Blanco - Rojo (4) (6) r (xJOO) (±10%) (250 V) 46· 100"" 4600 pF = 4,6 nF, ±IO%, 250 V .... Ejemplo 5.5. _ r __ 2 e CT11.C =: =: 11 - I .CJ, f) =r.:--. '1 te • ~~:l":_~~.. ' -, V I~(' ----.. ~ ~_ _ _ _ 1 v ¿Cuáles son las características del condensador de tantalio de la Figura 5.17? Figura 5.18. Asociación de condensadores en serie. Veamos cómo se llega a este resultado: Figura 5.17. Como el circuito es en serie no existe más que una sola intensidad y como el tiempo de carga (t) es igual para todos los condensadores, si llamamos 01' O2 y O) a la carga que consigue cada condensador respectivo, y 01' a la carga total, tendremos que: O, Siguiendo la disposición de las cifras según la Figura 5.17. (A) O2 03 OT 1=-=-=-=-, t t t t Solución: (B) (C) de lo que se deduce que 0 1 = O2 = Por otro lado tenemos que: Q mos que: = Q3 = QT" V . C, despejando V, tene' Rojo (2)- Negro (O) - Azul (x 1.000.000) 20 . 1.000.000 = 20.000.000 pF = 20 IlF (E) Tensión nominal = (Verde) = 18 V Sustituyendo estos términos en la expresión de las tensiones: V = V AH + V BC + Vell' tenemos que: OT O, Q2 Q) CT C, C2 C3 II --=--+--+-- 5.9. Asociación de condensadores En el caso de que un condensador no disponga de la capacidad o tensión de trabajo adecuada para nuestras necesidades, se pueden acoplar entre si en serie o paralelo y así conseguir las características deseadas. el Como las cargas son iguales: O O O O e, C1 C2 C3 -=-+-+- -7 5 1 1 1 1 CT CI C2 C3 -""-+-+- De lo que se deduce la expresión de la capacidad total o equivalente C T indícada al principio. © tTES-PARANINFO s y o c u -tr a c k .c Ejemplo 5.6 Se conectan en serie tres condensadores de 4 ¡.tF, 8 ¡lF Y 12 ¡.IF a una fuente de alimentación de 100 Ven C.C. Calcular la capacidad conseguida por el conjunto, así como la tensión a la que trabaja cada uno de los condensadores. Solución: CT = - - - - - - = 1 1 1 =2,18 ¡.tF v -+-+CI QT = V . CT = C2 C3 = 2,18' 10-4 culombios = 0 1 = O2 = 0 3 Figura 5.19. Asociación de condensadores en paralelo. Ql VAIl "'-= .... ··=54,5V, V Bc = - = · .. ··=27,25V Cl Vel) = - = ..... = 18,25 V "'Nota: No olvidar que hay que operar con faradios. La capacidad del conjunto se ha visto reducida; en compensación, los condensadores trabajan a menos tensión que los 100 voltios aplicados al conjunto. Ejemplo 5.7 Ejemplo 5.8 Se acoplan en paralelo tres condensadores de 4 ¡.tF, 8 )lF Y 12)lF a una fuente de alimentación de 100 V en C. C. Averiguar la capacidad del conjunto, así como la tensión a la que trabajan los condensadores. Solución: La capacidad total conseguida es: Se dispone de un número ilimitado de condensadores de 100 ¡.IF de capacidad y 50 V de tensión de trabajo. ¿Cuántos condensadores de este tipo s~ría necesario acoplar para conseguir un equivalente con una tensión de trabajo de 200 V y una capacidad de 25 ¡lF? ¿Cómo hay que acoplarlos? Solución: Al acoplar cuatro condensadores 100 tlF en serie se consigue una capacidad equivalente igual a: C T 100 = - - =25 ¡.tF 4 Al ser iguales los condensadores la tensión se reparte por igual en cada condensador: 200 V = - - =50V 4 Con esta solución hemos con~eguido conectar a una tensión de 200 V condensadores que sólo soportan 50 V. Por supuesto se ha hecho a costa de reducir la capacidad de 100 ¡.tF a 25 ¡.tF. 5.9.2. Asociación en paralelo eT = C 1 + C2 + C3 = La tensión de trabajo de los condensadores es igual para todos: 100 V. Con este montaje hemos conseguido aumentar la capacidad mientras que la tensión de trabajo permanece invariable. Ejemplo 5.9 Determinar cuántos condensadores de 20 ¡lF de capacidad y 5 V de tensión de trabajo hay que conectar para conseguir un equivalente de 20 ¡lF 110 V. Solución: Al conectar dos condensadores en serie se consigue tensión hasta 10 V a costa de reducir la capa_o ddad a 10 ¡lE Si ahora conectamos otra rama de dos condensadores en serie que, a su vez, estén conectados en paralelo con la otra rama, conseguiremos aumentarla capacidad hasta los 20 ¡lf sin modificar la tensión, tal como se indica en la Figura 5.20. a~mentar la 2JIL~F ~ _-:, H: , En este acoplamiento, la tensión a la que quedan sometidos todos los condensadores es la misma y coincide con la aplicada al conjunto (Figura 5.19). La capacidad aumenta cuando se les conecta en paralelo. Se cumple que: © tTES-PARANiNFO 24 flF = , 20 ¡.tI' 20 ¡.tI' 1: , : , 10 V ~._.. ~~~ : ... I I I lO ~F : I I I I()V lO: Figura 5.20. , I I , ¡ I '. 10V I ...t .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c y o c u -tr a c k .c o En estas direcciones encontrarás apuntes sobre los diferentes tipos de condensadores, sus características, así como los códigos de colores que los identifican. LJ Códigos para identificar cualquier condensador: http://www.mrboo.com.arlinfonnacion/CapacitoreslinfÓ.l1tm I1tt1)://www.ctv.es/US ER S/Icardaba/a !"ti e les/conden sadores/ condensadores.htm htt1)://PCOrso.wanadoo .es/jaladro/curs¡IIo/index.htm1 nttp://www.faradnet.com/ http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/rlc/¡ndex. html http://perso.wanadoo.es/laladro/curs illo/index.html http://members.fortunecity.esltelectronica/manual.htm U Fabricantes y distribuidores dc condensadores: O Conoce los condensadores electrolíticos: http://www.comunidadelectronicos.com/articulos/electroliticos.htm .d o http://tritillm.fis.unb.br/Fis3Exp/fe¡m.csdc.comlfci !1l is/co In pid/ca pslide nti ti cation.h tml ht.tp://www.diotronic.com/diotronic/principal.htm http://www.tienda-red.com/ http://www.ondaradio.es/esp/ bttp://www.avxcorp.com/Prodlnfo Listing.asp http://www.bccomponents.com/ http://www.evoxrifa.com/ http://www.kemet.corñ/ http://www.lelon.com.tw/ http://www.vishay.com/ O Podrás encontrar más direcciones ordenadas por temas en el Anexo I de este texto. m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c y o c u -tr a c k .c 5.1 Consulta en Internet sobre los temas relacionados con esta Unidad de Contenido e intenta contrastar y ampliar la información obtenida. Además, busca un fabricante de condensadores para circuitos electrónicos y analiza las características de los diferentes tipos fabricados, como pueden ser: aplicaciones, dimensiones, tensiones, tolerancias, valores capacitivos fabricados, etc. de la Figura 5.6 y 5.8 Y mediante un voltímetro y un amperímetro comprueba cómo evolucíona la tensión y corriente en el proceso de carga y descarga del condensador. Calcula el valor teórico de la constante de carga y comprueba experimentalmente si se cumple dicha relación. . Como en otras ocasiones, al finalizar cada una de estas actividades deberás elaborar un infonne~ memoria sobre la actividad desarrollada, indicando los resultados obtenidos y estructurándolos· en los apartados necesarios para una adecuada documenta~ ción de las mismas (descripción del proceso seguí_O do, medios utilizados, esquemas y planos utilizados, cálculos, medidas, etc.) 5.2 Identificación de condensadores: Consigue diferentes tipos de condensadores e identifica sus características más relevantes. 5.3 Carga y descarga de un condensador: Conecta un condensador de gran capacidad con una resistencia en serie, tal como se indicaba en el circuito 5.1 ¿Cuáles son las características que hay que conocer para definir un condensador comercial? 5.5 ¿Qué puede ocurrir cuando se supera la tensión de trabajo de un condensador? A O Capacidad y potencia. B O Capacidad, tipo de dieléctrico, separación entre placas. e [J Tipo, capacidad, tensión nominal, tolerancia y coeficiente de temperatura. A O El condeni>ador se calienta. B O El condensador cambia la capacidad nominal. e [J El condensador se puede perforar y destruir. 5.2 ¿Qué ocurre si en un circuito de lIna lámpara alimentada por lIna fuente de alimentación de C.C. intercalamos en serie un condensador? A O La lámpara se enciende durante un pequeño tiempo y luego se apaga totalmente. B O La lámpara se enciende normalmente. e o La lámpara se enciende y se apaga constantemente. 5.3 ¿Qué ventajas electrolíticos? conlle~a el LISO de condensadores A O Soportan tensiones de trabajo fuertes. B O Se consiguen altas capacidades y se pueden emplear en C.A. C O Se consiguen altas capacidades. 5.4 ¿Qué ventajas aporta la conexión de condensadores en serie? A O Se aumenta la capacidad del conjunto de COndensadores acoplados. B O Se consigue aumentar la tensión de trabajo del conjunto de condensadores acoplados. C O Se aumenta la tensión y la capacidad. © !TES-PARANlNfO 5.6 Calcular la carga eléctrica que almacena un condensador de 1.000 IlF cuando es sometido a las siguientes tensiones: 4 Y, 20 Y Y 100 Y respectivamente. 5.1,. ¿Qué espesor deberá tener el dieléctrico de un condensador plano de porcelana (E = 5,5) para conseguir una capacidad de 1 nF, si posee unas armaduras con unas dimensiones de 50 cm x 2 cm? 5.8 Determinar la constante de tiempo y el tiempo que invierte un condensador de 100 Ilf cargado con 24 Y en descargarse totalmente a través de una resistencia de 100 Q. 5.9 Detennina las características de los condensadores de poliéster metalizado que aparecen con los colores: C I : (rojo, violeta, naranja, verde, azul) C2 : (marrón, rojo, naranja, marr6n, rojo) C 3 : (rojo, verde, gris, rojo, blanco, amarillo) 5.10 Determina las características de Jos condensadores de cerámica que aparece en la figura 5.21. .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c y o c u -tr a c k .c .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k A O S condensadores agrupados en 2 ramas en paralelo consistentes en 4 condensadores conectado en serie. B O 16 condensadores agrupados en 4 ramas de 4 condensadores en serie. Las ramas se conectan en paralelo. Tubular Disco Figura 5.21. ¿Qué colores les correspondería a los siguientes condensadores de tantalio?: el = · 3,3 ~F110 V, C 2 = 57 }lF/25 V, C3 = 150 ~W4V Se dispone de un número ilimitado de condensa- dores de 20 llF de capacidad y 5 V de tensión de trabajo. ¿Cuántos condensadores de este tipo sería · necesario acoplar para conseguir un equivalente con una tensión de trabajo de 10 V Y unJ capaci· dad de 2,5 ¡.tF? ¿Cómo hay que acoplarlJs? ACJ 4 condensadores en paralelo. B CI 4 condensadores en serie. ¿Ypara conseguir un equivalente con una capacidad'de 40 llF Yuna tensión de trabajo de 25 V? 5.14 ¿Y para conseguir un equivalente con la misma capacidad (10 ¡lF) Y una tensión de trabajo de 15 V? A Q 9 condensadores agrupados en 3 ramas de 3 condensadores en serie. Las ramas se conectan entre sí en serie. B O 9 conden&.adores agrupados en 3 ramas de 3 condensadores en serie. Las ramas se conectan entre sí en paralelo. 5.15 Se conectan en serie un condensador de 611F con otro de 3 IlF a una tensión de 100 V. Se trata de calcular la ¿apacidad y la carga del conjunto formado, así como la carga y tensión de cada condensador. 5.16 Se conectan en paralelo un condensador de 5 ¡lF con uno de 15 IlF a una tensión de 100 V. Calcular la capacidad y la carga del conjunto fOTInado, así como la carga de cada condensador. ¡.¡ © ¡TES-PARANINFO .c