Eletrônica Básica 15 – Como selecionar um capacitor

No artigo anterior, examinamos vários tipos de capacitores. Agora, vamos discutir a seleção de um capacitor para uma determinada aplicação. Geralmente, selecionar um capacitor não é uma tarefa difícil, a menos que você tenha requisitos específicos de circuito. Os engenheiros geralmente têm em mãos uma capacitância nominal derivada para um circuito ou precisam usar capacitância com um CI ou componente ativo. A maioria dos ICs (como 555, ICs de microcontroladores, etc.) recomenda valores de capacitância especificados em suas planilhas de dados para diferentes aplicações.

A menos que haja requisitos específicos do circuito e se a capacitância necessária estiver em Picofarad, um capacitor cerâmico pode ser usado. Se a capacitância necessária estiver em Nanofarad, os capacitores MLC (Multilayer Ceramic) podem ser cegamente confiáveis. Se a capacitância necessária estiver em Microfarad, os capacitores eletrolíticos de alumínio são uma escolha comum. Para uma faixa de temperatura mais ampla e robustez, podem ser usados ​​capacitores de vidro e mica.

Além da capacitância nominal, a tensão nominal é o segundo parâmetro mais importante que deve ser essencialmente levado em consideração. A tensão nominal do capacitor deve ser sempre pelo menos 1,5 vezes ou duas vezes a tensão máxima que pode encontrar no circuito. Os capacitores não são tão confiáveis ​​quanto os resistores. Eles são facilmente danificados quando a tensão aplicada se aproxima de sua classificação máxima.

Se um circuito tiver requisitos específicos, muitos outros fatores precisarão ser considerados. Diferentes tipos de capacitores são preferíveis para circuitos e aplicações específicas. As aplicações preferidas de diferentes tipos de capacitores estão resumidas na tabela a seguir:

Além da adequação de diferentes capacitores para aplicações específicas, outros fatores importantes que podem ser considerados incluem o seguinte:

• Tolerância – Deve-se verificar se o funcionamento do circuito depende da capacitância de precisão. Um capacitor com a tolerância mais baixa deve ser usado se exigir capacitância estreita. A capacitância de um capacitor nunca variará além de sua tolerância nominal, a menos que seja danificado devido a tensão excessiva ou condições ambientais.
• Faixa de temperatura operacional e coeficiente de temperatura – Se o circuito for sensível à temperatura ou a capacitância não dever variar além de um limite em uma faixa de temperaturas, sua faixa de temperatura operacional e o coeficiente de temperatura deverão ser considerados. A extensão da mudança na capacitância deve ser calculada com base no coeficiente de temperatura e na curva de temperatura. A sensibilidade à temperatura de um circuito também pode ser tratada usando capacitores de coeficientes de temperatura positivos e negativos juntos. Nesse caso, a variação máxima da capacitância em uma faixa de temperaturas deve ser calculada.
• Dependência de frequência – Muitos capacitores têm sua capacitância dependente da frequência e podem não ser adequados para uma faixa específica de frequências. Dependendo do circuito, a dependência da capacitância com a frequência deve ser essencialmente considerada.
• Perdas Operacionais – As perdas operacionais podem ser um fator importante onde os circuitos precisam de eficiência energética (como circuitos operados por bateria). Para tais circuitos, uma seleção cuidadosa de capacitores deve ser feita considerando seu fator de dissipação (perda típica de energia em porcentagem), absorção dielétrica, corrente de fuga ou resistência de isolamento e autoindutância. Todas essas perdas devem ser minimizadas para melhorar a eficiência e a vida útil da bateria do circuito.
• Corrente Ondulada e tensões de pulso – Estas são verificações muito importantes. O circuito deve ser manipulado para tensões pulsantes e corrente de ondulação máxima. Um capacitor com corrente de ondulação e tensão de trabalho apropriadas deve ser escolhido.
• Polaridade e tensão reversa – Se um capacitor eletrolítico for usado no circuito, ele deverá ser conectado na direção correta. Sua classificação de tensão reversa deve ser pelo menos duas vezes a tensão reversa possível naquele ramo do circuito.

Valores padrão de capacitores
Os capacitores também estão disponíveis em valores padrão de acordo com a série E, como os resistores. Para saber mais sobre valores padrão de resistores, capacitores, indutores e diodos Zener, confira o seguinte artigo, “Eletrônica Básica 08 – Leitura de Valor, Tolerância e Potência de Resistores”.

Existem menos valores padrão para capacitores em comparação com resistores. Geralmente, os capacitores estão disponíveis apenas na série E-6 de valores padrão (10, 15, 22, 33, 47 e 68) seguidos por um número especificado de zeros.

Combinação em série e paralelo de capacitores
Pode não ser possível obter o valor exato da capacitância desejada na série E padrão. Nesses casos, uma combinação de capacitores em série ou paralelo pode ser usada para obter a capacitância desejada no circuito. Quando os capacitores são conectados em série, a capacitância equivalente é dada pela seguinte equação:

1/C_Series = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + . . . .

Quando capacitores são conectados em paralelo, a capacitância equivalente é dada por

C_Paralelo =C₁ +C₂ +C₃ + . . . .

A equação para uma combinação em série de capacitâncias é derivada do fato de que a soma das quedas de tensão em todas as capacitâncias conectadas em série será igual à tensão aplicada, enquanto a corrente através delas permanecerá a mesma. A equação para uma combinação em série de capacitâncias é derivada da seguinte maneira:

V_Total =V_C1 +V_C2 +V_C3 + . . . .
1/C_Series * ∫i.dt = 1/C₁ * ∫i.dt + 1/C₂ * ∫i.dt + 1/C₃ * ∫i.dt + . . .
1/C_Series = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + . . . .

A equação para a combinação paralela de capacitâncias é derivada do fato de que a soma das correntes através de todas as capacitâncias conectadas em paralelo será igual à corrente total, enquanto a tensão através delas permanecerá a mesma. A equação para a combinação paralela de capacitâncias é derivada da seguinte maneira:

Eu = i1 + i2 + i3 + . . . .
C_Paralelo * dV/dt = C₁ * dV/dt + C₂ * dV/dt + C₃ * dV/dt + . . . . .
C_Paralelo =C₁ +C₂ +C₃ + . . . .

Lendo pacotes de resistores
No passado, códigos de cores e diferentes tipos de códigos numéricos eram usados ​​para indicar valor, tolerância e tensão de trabalho dos capacitores. Hoje, a capacitância, tolerância e tensão de trabalho estão impressas no corpo dos capacitores ou indicadas pelos códigos da norma BS1852 ou da norma BS EN 60062. Nestes sistemas de codificação, o valor, a tolerância e a tensão de trabalho do capacitor são indicados por códigos numéricos de dois ou três dígitos seguidos de uma letra. O valor da capacitância é sempre indicado em Picofarads. Se for um código de dois dígitos, é o valor direto da capacitância em Picofarads, e se for um código de três dígitos, os dois primeiros dígitos indicam um número (Série E-6), e o terceiro dígito indica um multiplicador fornecendo o valor final da capacitância em Picofarads. Uma letra pode ser usada para indicar a tolerância do capacitor. A tolerância indicada por letras diferentes foi resumida na tabela a seguir:

Por exemplo, se 47F estiver impresso em um capacitor, significa que seu valor de capacitância é 47 pF e sua tolerância é de um por cento. Da mesma forma, se 472J estiver impresso em um capacitor, significa que seu valor de capacitância é 4700 pF ou 4,7nF e sua tolerância é de cinco por cento. Os códigos de letras para capacitâncias comumente disponíveis estão listados na tabela a seguir:

Os capacitores cerâmicos possuem códigos adicionais, compostos por um dígito entre duas letras, para indicar faixa de temperatura e coeficiente de temperatura. As letras e dígitos destes códigos têm as seguintes indicações:

A classificação de tensão é indicada por um número que expressa a tensão de trabalho em Volts. Da mesma forma, o número '50' indica uma tensão operacional de 50V.

No próximo artigo, discutiremos supercapacitores.