Electrónica Básica - Condensadores (IV)

Continuamos ampliando los elementos que pueden constituir un circuito. Dentro de los elementos pasivos, con los cuales podremos modificar, procesar o tratar una señal eléctrica, acorde a nuestras necesidades, vamos a ver el Condesador.

Componentes

En la electrónica se usa una amplia gama de elementos para modificar, procesar y tratar señales eléctricas. Estos elementos se pueden dividir en dos tipos: auxiliares y electrónicos. Los primeros son piezas que ayudan a crear el circuito, con los componentes electrónicos. Por ejemplo, cables, conectores, disipadores, interruptores, etc. Los segundos son los que cumplen funciones eléctricas, como por ejemplo, resistencias, condensadores, diodos, transistores, transformadores, circuitos integrados, etc.
Los componentes electrónicos, a su vez se pueden clasificar en dos tipos principales: Pasivos y Activos.
Los componentes pasivos, son los que no requieren polarización, o de fuente de alimentación para procesar o tratar una señal. En este grupo tenemos las Resistencias, Condensadores e Inductores.
Los componentes activos, por el contrario necesitan de una fuente de alimentación para entregar la señal de entrada procesada o tratada. En este grupo tenemos los diodos, transistores y circuitos integrados. Una vez expuesto esto, empecemos por el principio.

Condensador

Los condensadores, o capacitores, son componentes electrónicos, capaces de almacenar pequeñas cantidades de energía eléctrica, para liberarla posteriormente. En cierto modo, son como pequeñas baterías recargables, de poca capacidad.

La construcción de los Condensadores es bastante simple. Consiste en dos placas o láminas conductoras como las del dibujo, separadas por aislantes entre ellas, también conocido como dieléctrico.

La unidad de capacidad de un condensador, es el Faradio o Farad, representado con la letra F. Por lo general, cuanto más grande es un condensador, mayor capacidad tiene. Un Faradio tendría el tamaño aproximado de una lata de refresco. En la práctica, se usan capacidades menores, por lo que se usan submúltiplos del Faradio, como el milifaradio (mF), el microfaradio (μF), el nanofaradio (nF) o el picofaradio (pF).

i	Los condensadores en un circuito, se montan para cargarse de energía eléctrica, para descargarla después, como filtros de señales eléctricas, como el rizado de fuentes de alimentación, como acoplador de etapas, temporizador, oscilador o generador de frecuencias.

En los esquemas, el símbolo para representar un condensador es el siguiente:

Códigos de los condensadores

Cada tipo de condensadores, tiene inscrito su valor de varias posibles formas. Algunos tienen un código de colores, similar al de las resistencias, para calcular el valor de su capacidad, pero el valor se obtiene en picofaradios (10^-12 F).

Otros tienen una inscripción numérica, para determinar su valor en picofaradios, conocido como Código Japonés o Código 101, como este:

Otro tipo lleva, además del valor en pF como el anterior, un Código de Letras, en el cual, según cada fabricante, puede aparecer también la tensión de trabajo codificada:

Y hay otros, como los condensadores electrolíticos, que tienen el valor directamente inscrito ademas de tensión, o temperatura de trabajo,

Condensador en Serie y Paralelo

La capacidad de los condensadores en asociación serie o paralelo, se comportan de forma inversa a las resistencias. Tiene sentido, ya que los condensadores en paralelo, es como si ampliásemos la superficie de las placas conductoras, por lo tanto, ampliamos su capacidad.
Así pués, si las colocamos en serie, se reparte su capacidad. La forma de calcularlo es como en las resistencias:

Igualmente en paralelo, como se ha mencionado, se suma su capacidad y se calcula como en las resistencias:

Carga y descarga (CC)

Un condensador no se carga o descarga instantáneamente, sino que hay un periodo transitorio. Habitualmente, en un circuito se suele colocar resistencias para controlar su carga o descarga.
Si aplicamos un voltaje a un condensador, con corriente continua, al circular la corriente, aumenta la diferencia de potencial o voltaje entre las placas del condensador y se mantiene hasta que esa diferencia de potencial, iguala a la que existe entre los terminales de la fuente de alimentación.

Si desconectamos la alimentación, el condensador mantiene la carga durante mucho tiempo, perdiendo carga poco a poco, por fuga del dieléctrico o iones del aire. Cuando pierda la carga, tendremos el condensador completamente descargado.
La capacidad del condensador depende de varios factores: Superficie de las placas. A mayor superficie, mayor capacidad. Distancia entre las placas. Cuanto más próximas, mayor capacidad. Constante dieléctrica del material aislante. Por ejemplo, el papel seco aumenta la capacidad.

Condensador en CA

Cuando se aplica corriente alterna, el capacitor se carga y descarga alternativamente dependiendo de su frecuencia. Y por lo tanto, continuará permitiendo que la corriente fluya a través de él indefinidamente, a diferencia de la corriente continua, donde el condensador bloquea la corriente después de un período de tiempo.
El voltaje inicial será mínimo y en este instante la corriente de carga será máxima. Cuando el voltaje alcance su valor máximo, la corriente de carga será cero. Después de alcanzar el valor máximo, el voltaje comenzará a disminuir y la corriente de descarga también comenzará a fluir desde el condensador.
Cuando el voltaje alcanza valor cero, completando el semiciclo positivo de la señal, la corriente de descarga será máxima. Una vez que la señal comienza con un ciclo negativo, la corriente de descarga comienza a reducirse gradualmente y llega a cero una vez que el voltaje alcanza el máximo en medio ciclo negativo.
Por lo tanto, podemos concluir que la corriente adelanta al voltaje en 90° o el voltaje se retrasa en 90° a la corriente. El voltaje y la corriente están fuera de fase.

Tipos de condensadores

Al igual que las resistencias, hay diferentes tipos de condensadores. Vamos a enumerar los más comunes. La primera clasificación que se puede hacer es, si son de capacidad fija o variable.
Dentro de la primera, están los condensadores cerámicos, en los que, según el material con los que se fabrica, se pueden encontrar, de film, plásticos, mica, etc.

Tenemos también los de poliéster:

Otro tipo importante son los condensadores electrolíticos, los cuales tienen polaridad, y dentro de estos, se pueden dividir básicamente en, electrolíticos de aluminio y de Tántalo.

Y para no extendernos mucho, tenemos los variables, en los que podemos encontrar los de mica o aire.

Aplicación

Ahora que sabemos qué es un condensador y cómo funciona, pasemos a ver sus posibles aplicaciones.

Desacopladores

Este montaje es muy importante al utilizar circuitos digitales, ya que los circuitos integrados o chips digitales necesitan idealmente un voltaje estable para funcionar. Cualquier fluctuación o pico, puede provocar que no funcione o, incluso destruirlo.
Para eso se montan estos condensadores, que generalmente se montan cerca de los chips, en sus pines VCC y GND.

En esencia, al encender el circuito, el condensador se carga. Si hubiera una fluctuación en el voltaje, el condensador proporcionará energía durante un corto período de tiempo y mantendría estable el voltaje. Y en caso de picos, el condensador comienza a cargarse a su nueva tensión de alimentación, “absorbiendo el pico”.

Acopladores

La función del condensador de acoplamiento, es la de bloquea la señal de CC mientras permite que la señal de CA pase. En otras palabras, estos condensadores se utilizan para acoplar o vincular la señal de entrada de CA a la siguiente etapa del circuito bloqueando las señales de CC no deseadas

Normalmente se encuentras en aplicaciones de amplificación y audio donde nuestro punto de interés es solo señales de CA.

Filtros

Estos son bloques de circuitos que se utilizan para filtrar frecuencias no deseadas de la señal de entrada. Los condensadores forman una parte integral en la construcción de filtros junto con resistencias e inductores. Básicamente, hay tres tipos diferentes de filtros que debe conocer.

FILTRO PASA BAJO

Los filtros de paso bajo se utilizan para permitir frecuencias inferiores a la frecuencia de corte y bloquean las señales de frecuencia superiores. El condensador presenta una reactancia alta (alta resistencia) en comparación con la resistencia. Por lo tanto, obtendremos la señal entrante sin o con baja atenuación. Mientras, cuando la señal entrante sea de alta frecuencia, la reactancia del condensador será baja y la caída de voltaje en la resistencia será muy alta, evitando su paso

FILTRO PASA ALTO

Son filtros que permiten solo señales de frecuencias superiores a la frecuencia de corte y bloquean la señal de frecuencias más bajas. Cuando la señal entrante es de baja frecuencia, el condensador tendrá una alta reactancia y actúa como un circuito abierto a la señal. En cambio, cuando la señal de entrada es de alta frecuencia, el condensador tiene una reactancia baja, que en comparación con la resistencia, permitirá la salida de señal de alta frecuencia sin o con baja atenuación.

FILTRO PASA BANDA

Este tipo, es una combinación de los filtro paso alto y paso bajo. Po lo que solo permitirá que pase la señal de una banda de frecuencias particular y bloquea la señal fuera de este rango de frecuencia. Este tipo de filtro idealmente tendrá dos frecuencias de corte superior e inferior.

CIRCUITOS TEMPORIZADORES:

Como hemos visto, cuándo se usa un condensador con CC, se necesita tiempo para su carga. Estos circuitos de temporización aprovechan esta característica de un condensador y la utilizan para generar retrasos de tiempo. Junto con el condensador, se utiliza una resistencia para controlar la velocidad de carga del condensador.

El circuito que se muestra arriba es un circuito de temporización RC donde el condensador C1 se alimenta con una fuente CC constante de 9v. El retardo de tiempo generado usando este circuito viene dado por medio de la constante de tiempo T. La constante de tiempo se puede calcular usando la fórmula:

Un condensador necesita 5T o 5 veces de constante de tiempo para cargarse por completo. Por lo tanto, la aplicación del valor de resistencia y condensador anterior en esta ecuación producirá 5 segundos de retardo.

SINTONIZADORES:

Este tipo de circuito se puede encontrar principalmente en transmisores de radio, receptores y aplicaciones de selección de frecuencia. El condensador funciona junto con el inductor en estos circuitos para hacer el trabajo y se utilizarán cuando necesitemos generar una señal o recibir una señal de frecuencia particular a partir de una señal compleja con múltiples componentes de frecuencia. Los elementos de este circuito C y L se pueden ajustar según nuestras necesidades.
El funcionamiento del circuito anterior se basa en la reactancia tanto del condensador como del inductor. Al igual que el condensador, el inductor muestra reactancia. Pero a diferencia del capacitor, el inductor exhibe una alta reactancia a las señales de alta frecuencia, mientras que el capacitor exhibe una alta reactancia a las señales de baja frecuencia. Este circuito se calcula de manera que la reactancia de ambos elementos, sea igual a una frecuencia, logrando así la resonancia. En resonancia, este circuito tanque es capaz de generar señales de frecuencia asignada o recibir señales de esa frecuencia.





En la próxima publicación, continuaremos con otro componente pasivo; Inductores.
Y aquí tienes la publicaciones anteriores "Electrónica Básica, Conceptos Básicos (I)" , "Electrónica Básica (II), Circuitos Básicos" , y "Electrónica Básica, Resistencias (III)" , por si os la perdisteis.

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