¿Qué es un condensador?

Es un componente pasivo también conocido como capacitor, está formado por 2 placas metálicas que se encuentra una frente a otra separadas por un dieléctrico, es por esto que el símbolo son una especie de 2 láminas separadas, existen con polaridad y sin polaridad como por ejemplo el condensador cerámico.

Símbolo de condensador polarizado y cerámico

La función de este dispositivo es acumular energía en forma de campo eléctrico.

Lista de capacitores o condensadores más comunes

Este dispositivo es uno de los más usados, junto con la resistencia. cumplen diversas funciones en presencia de corriente alterna como en corriente continua, también tienen la capacidad de manejar miles de voltios.

Se usan en el campo de la electrónica como en la electricidad.

Calculo de capacitancia

El condensador, como todo componentes electrónico está concebido desde el punto de vista de la física, la ecuación que describe el comportamiento de un capacitor relaciona el área de las planchas metálicas con el dieléctrico para obtener un valor de capacitancia.

La unidad de medida del capacitor es el Faradio en honor al científico inglés Michael Faraday quien descubrió el comportamiento de este dispositivo.

Fórmula para calcular la capacitancia

Las siguientes fórmulas describen el cálculo de la capacitancia de las diferentes configuraciones de capacitores

Fórmula para calcular capacitor de placas paralelas

$C = ξ \times \frac{A}{d}$

Donde:

C= Capacitancia en Faradios

ξ=Constante dieléctrica del material

d = Separación entre placas

A = Área de cada placa

Fórmula para calcular capacitor cilíndrico

$C = \frac{2 \times π \times ξ \times L}{l n (\frac{b}{a})}$

Donde:

C= Capacitancia en Faradios

ξ=Constante dieléctrica del material

L=Longitud del capacitor en metros

a y b = Radios internos y externos

Fórmula para calcular capacitor esférico

$C = \frac{4 \times π \times ξ \times a \times b}{a + b}$

Donde:

C= Capacitancia en Faradios

ξ=Constante dieléctrica del material

L=Longitud del capacitor en metros

a y b = Radios internos y externos

Uso del capacitor en corriente alterna

En corriente alterna el capacitor se usa como una impedancia capacitiva, la impedancia es la oposición del flujo de la corriente eléctrica

Esta impedancia está en función de la frecuencia y está definida por la siguiente fórmula:

$Z_{C} = \frac{1}{2 \times π \times F \times C}$

Donde:

Zc = Impedancia capacitiva o reactancia capacitiva

F = Frecuencia a la que es expuesta el condensador

C = Capacitancia

Por ejemplo si tenemos una frecuencia de 60 Hz y un condensador de 100uF la impedancia será:

Aplicaciones de los condensadores

Eliminar ruido de alta frecuencia con condensadores

Esto se hace aprovechando el comportamiento que tienen en función de la frecuencia, por ejemplo, se suele usar un condensador de 100nF cerca a los puntos de alimentación de un circuito digital, esto se hace con el fin de eliminar el voltaje de alta frecuencia que se podría presentar, debido a que a más alta frecuencia Zc tiene a 0 ohm.

Ubicar condensador cerca al pin de energía para suprimir el ruido

Filtrado de rizos en fuente de voltaje lineal

Acá es básicamente el mismo principio, solo que se hace una frecuencia más baja, por lo general a 50 Hz o 60 Hz, en estas situaciones el capacitor debe ser de un valor alto, unos algunos miles de micro Faradios

Fuente de alimentación lineal con 2 condensadores electrolíticos para disminuir el rizo

Filtro de señales

Los condensadores tienen alta presencia en los filtros pasa bajos, para altas, pasa bandas y rechaza banda, para señales de audio o señales eléctricas en general.

El condensador como temporizadores

En este caso se hace uso del tiempo de carga y descarga del condensador, para generar retardos de tiempos y ciclos repetitivos, esto lo podemos ver en la implementación del circuito 555

Uso del condensador en corriente continua

El principal uso que se le da un condensador en corriente continua es para eliminar la componente DC de una señal alterna, esto se puede razonar en función de la ecuación antes mostrada, si F=0 la impedancia del capacitor tiende a infinito, es decir cualquier señal con frecuencia igual a cero, como una señal DC será eliminada.

Es comúnmente usado en la entrada de señal de un amplificador de audio.

Señal antes y después de quitar el nivel DC

Resistencia serie equivalente capacitor

La ESR por sus siglas en inglés, representan un valor de resistencia presente en los terminales de los conectores del capacitor y de los unión de las placas metálicas, se puede modelar exactamente como una resistencia en serie con un condensador.

Circuito modelo con resistencia serie equivalente

Este valor impide que idealmente se pueda llegar a una impedancia de nula cuando cuando la frecuencia es baja.

Por otra parte, el valor de RSE suele ser muy pequeño, en el orden de los milo ohm, sin embargo, al ser una resistencia tiende a calentarse, es por esto que a veces es recomendable colocar varios capacitores en paralelo con el fin de disminuir la RSE y evitar que los capacitores se calienten, esto se suele ver en las fuentes conmutadas donde se usan varios condensadores de valores pequeños en paralelo, con esto se consigue aumentar la capacidad y disminuir la resistencia serie equivalente.

Que es el dieléctrico de un condensador

Cálculo de circuitos con capacitores

Existen circuitos básicos con los cuales se puede ejemplificar el funcionamiento del capacitor, uno de estos es la capacitancia equivalente usando capacitores en serie y capacitores en paralelo.

capacitores en serie

capacitores en paralelo

Vídeo donde se explica que es un capacitor

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