En el tutorial anterior aprendimos sobre la construcción práctica de un capacitor y los diferentes aspectos técnicos asociados a un capacitor estándar. Analicemos ahora los diferentes tipos de condensadores comerciales y las especificaciones técnicas prácticas asociadas con ellos. Esto será de gran ayuda a la hora de elegir el condensador adecuado para una aplicación particular. Los condensadores se clasifican según el material dieléctrico que utilizan de la siguiente manera:
1) papel
2) mica
3) Película plástica
4) Vidrio
5) Cerámica
6) electrolítico
7) semiconductores
8) Variables
Condensadores de papel
Los condensadores de papel son uno de los primeros tipos de condensadores. Se elaboran colocando papel empapado en aceite mineral entre dos láminas de aluminio. Se enrolla todo el conjunto, se unen los cables a las láminas de aluminio y se encierra el conjunto en una caja de cartón cilíndrica y se sella con cera.
Los condensadores de papel son voluminosos y casi han sido reemplazados por condensadores de película plástica. Todavía se pueden encontrar en algunas aplicaciones eléctricas: la mayoría de los ventiladores de techo y refrigeradores de aire todavía usan condensadores de papel. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
Condensadores de mica y mica metalizada
Los condensadores de mica utilizan láminas de mica como dieléctrico y generalmente se construyen como condensadores de placas múltiples. Varios condensadores de mica utilizan láminas de mica teñidas de plata como dieléctrico para una mejor inmunidad a la humedad y la ionización. Los condensadores de mica son conocidos por su baja tolerancia (hasta 1%), bajas pérdidas operativas (factor de disipación del 0,001%), alto factor de calidad y alta estabilidad de frecuencia. Sin embargo, estos condensadores son bastante voluminosos, proporcionalmente a su capacitancia. Los condensadores de mica tienen las siguientes especificaciones técnicas:
Condensadores de película plástica
Los condensadores de película incluyen muchas familias de condensadores que utilizan diferentes plásticos como materiales dieléctricos. Casi han reemplazado a los capacitores de papel en circuitos de audio, circuitos de radio y circuitos que operan a voltajes bajos a moderados. Algunos de los plásticos comúnmente utilizados en los condensadores de película incluyen policarbonato, poliéster (PET), polipropileno (PP), poliestireno, polisulfona, parileno, poliamida Kapton, teflón (fluorocarbono PTFE) y poliéster metalizado (plástico metalizado). Estos condensadores vienen en varias geometrías, como envoltura y relleno ovaladas o redondas, caja epoxi rectangular, caja redonda de epoxi, caja redonda o rectangular de metal herméticamente sellada y conductores radiales o axiales. A continuación se describen algunas de las familias populares de condensadores de película plástica.
1) Película de policarbonato (PC): estos condensadores son conocidos por su larga vida útil, bajas pérdidas operativas en una amplia gama de frecuencias y casi han reemplazado a los condensadores de policarbonato. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
2) Película de poliéster (PET): estos condensadores son populares por su bajo costo y tamaño pequeño. Han reemplazado principalmente a los condensadores de plástico metalizado y poliestireno en aplicaciones de CC y CA de baja frecuencia. Estos condensadores se pueden utilizar con voltajes de hasta 60.000 V, pero no se recomiendan para aplicaciones de alta potencia debido a pérdidas operativas significativas a altas temperaturas y frecuencias. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
3) Película de polipropileno (PP): estos son los condensadores de película plástica más populares y son conocidos por su bajo coeficiente de temperatura, bajas pérdidas operativas, baja absorción de humedad y estabilidad a alta temperatura y alta potencia. Sin embargo, estos condensadores están sujetos a daños y averías debido a sobretensiones transitorias e inversiones de tensión. Tienen las siguientes especificaciones técnicas:
4) Película de poliestireno (PS): estos condensadores son conocidos por su estrecha capacitancia y alta estabilidad y están siendo reemplazados rápidamente por condensadores de PET. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
5) Película de polisulfona: los condensadores de polisulfona son similares a los condensadores de policarbonato y son conocidos por su estabilidad térmica. Hay fabricantes limitados de estos condensadores, que no están fácilmente disponibles. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
6) Película de poliimida Kapton: estos condensadores tienen la mayor rigidez dieléctrica y pueden tener temperaturas de funcionamiento de hasta 250 °C. Sin embargo, estos condensadores de alto coste no son adecuados para aplicaciones de RF. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
7) Película de teflón (PTFE): estos condensadores voluminosos y costosos son mejor conocidos por sus bajas pérdidas operativas, amplio rango de temperaturas y excelente estabilidad en aplicaciones críticas. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
8) Plástico metalizado: estos condensadores son variaciones mejoradas de los condensadores de PET, PP, PEN, PPS y teflón. Son de menor tamaño en comparación con sus versiones de plástico no metálico. La única limitación de estos condensadores es su baja corriente nominal de rizado.
9) Lámina: son versiones de película metálica de condensadores de PP, PET y teflón. Son conocidos por su estabilidad de pulso y mejores índices de corriente de ondulación.
Existen muchos otros tipos y variaciones de condensadores de plástico y de película plástica, incluidos los condensadores de potencia basados en película. Los condensadores de potencia a base de película populares incluyen condensadores de papel metalizado, condensadores de película/lámina de papel (papel Kraft), condensadores de polipropileno metalizado (PP metalizado de una o dos caras), condensadores de película/lámina de PP y potencia MKV (polipropileno como dieléctrico entre papeles metalizados como conductores) Condensadores.
Condensadores de vidrio
Estos costosos condensadores son mejor conocidos por su robustez, estabilidad, precisión y confiabilidad en condiciones ambientales extremas. Incluso son resistentes a la radiación nuclear y son los más adecuados para aplicaciones de grado militar. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
Condensadores cerámicos
Los condensadores cerámicos se refieren a una amplia gama de condensadores disponibles, como condensadores de disco, condensadores MLC (cerámica multicapa) y condensadores SMD. La composición de estos condensadores varía según los fabricantes. Algunos materiales comúnmente utilizados en la construcción de condensadores cerámicos incluyen titanato de estroncio, óxido de titanio, titanato de bario, etc. La Electronics Industries Alliance (EIA) ha clasificado los condensadores cerámicos en las siguientes tres clases:
Condensadores cerámicos de clase 1 : estos son los mejores condensadores cerámicos que ofrecen una tolerancia más estricta, estabilidad térmica y bajas pérdidas operativas, y son los más adecuados para aplicaciones de alta frecuencia. Estos condensadores están compuestos de óxido de titanio con otros aditivos como Magnesio, Cobalto, Calcio, Zinc, Niobio, etc. Estos condensadores tienen sus propios códigos EIA para especificar su capacitancia y tolerancia nominal. Estos capacitores tienen una constante dieléctrica alta que oscila entre 5 y 150. Todas las ventajas de los capacitores cerámicos de Clase 1 están en el costo de su tamaño. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
Cerámica Clase 2 : los condensadores cerámicos de Clase 2 son menos estables y precisos que los condensadores de Clase 1. Sin embargo, estos condensadores son más pequeños en comparación con estos últimos. Estos también tienen sus propios códigos EIA para especificar su capacitancia y tolerancia. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
Cerámica Clase 3 : estos condensadores son los menos estables y precisos entre los condensadores cerámicos, con otras desventajas como la dependencia no lineal de la temperatura, la dependencia del voltaje y altas pérdidas operativas. Tienen una vida útil corta y no soportan altos voltajes. Sin embargo, tienen una alta permitividad (hasta 50.000) y son compactos (dimensiones de unos pocos milímetros). Otros tipos de condensadores ya han sustituido a los de Clase 3 y la EIA ya no los estandariza.
Condensadores electrolíticos
Los condensadores electrolíticos son condensadores polarizados que ofrecen una alta capacitancia por unidad de volumen. Dado que estos condensadores están polarizados, deben conectarse en un circuito con la polaridad correcta. Tienen un terminal a modo de ánodo, una placa metálica recubierta de óxido metálico; un electrolítico líquido o sólido sirve como cátodo. Cuando la corriente continua fluye a través del condensador electrolítico, la placa de metal comienza a oxidarse debido a un electrolítico. Sobre él se deposita una fina capa aislante de óxido metálico, que es un dieléctrico. La capa de óxido metálico es extremadamente delgada, por lo que ofrece una capacitancia muy alta por unidad de volumen. Generalmente, estos condensadores están diseñados para maximizar la superficie del ánodo.
Al conectar estos condensadores en polaridad inversa, el electrolito emite gas, que se expande en el cuerpo sellado del condensador y puede provocar una explosión. Estos condensadores tienen una corriente de fuga importante, lo que los hace inadecuados para muchas aplicaciones. Los condensadores electrolíticos están disponibles en las tres familias siguientes:
1) Electrolítico de aluminio: estos condensadores utilizan papel de aluminio como ánodo y óxido de aluminio como medio dieléctrico. Pueden tener etilenglicol, dimetilacetamida, gamma-butirolactona o dimetilformamida como electrolito líquido, dióxido de manganeso o polímero conductor como electrolito sólido. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
2) Electrolítico de tantalio: estos condensadores utilizan tantalio como ánodo y óxido de tantalio como medio dieléctrico. Pueden tener ácido sulfúrico, dióxido de manganeso o polímero conductor como electrolítico y son altamente confiables, eficientes y más pequeños que los tipos electrolíticos de aluminio. A menudo se utilizan en aplicaciones militares debido a su estabilidad y fiabilidad. Estos condensadores tienen las siguientes especificaciones técnicas:
3) Condensadores electrolíticos de niobio: estos condensadores utilizan niobio como ánodo, pentóxido de niobio como medio dieléctrico y dióxido de manganeso o polímero conductor como electrolítico. Están disponibles como condensadores SMD y tienen las siguientes especificaciones técnicas:
Condensadores semiconductores
Los condensadores semiconductores son condensadores a nanoescala fabricados en circuitos integrados formando patrones de capas de óxido intercaladas entre materiales semiconductores. Estos condensadores están empaquetados como conjuntos de condensadores y se utilizan principalmente en circuitos integrados de memoria y procesador. Sus pequeñas capacitancias pueden soportar voltajes de CC bajos y pulsantes.
Condensadores variables
La capacitancia de los condensadores variables se puede variar cambiando la distancia entre las placas conductoras o cambiando el área de superficie mutua entre las placas superpuestas. Los tipos comunes de condensadores variables son los siguientes:
1) Aire variable (recortador de entrehierro): estos condensadores variables tienen un conjunto de placas giratorias llamado rotor y un conjunto fijo de placas llamado estator. La capacitancia se varía girando un eje de control que varía la distancia o el área de superficie entre las placas. Estos condensadores pueden tener una capacitancia de unos pocos picofaradios a 000 picofaradios y tensiones nominales de hasta miles de voltios. Estos condensadores no polarizados se usaban comúnmente en circuitos de audio y RF. Los diodos varactor casi han reemplazado a estos condensadores.
2) Recortador cerámico: los condensadores cerámicos de Clase 1 están diseñados para proporcionar capacitancia variable. Están diseñados para establecer capacitancias que no necesitan cambiarse con mucha frecuencia. Su capacitancia puede variar desde unos pocos picofaradios hasta 200 picofaradios. Debido a su no polarización, pueden manejar voltajes bajos a moderados y se usan comúnmente junto con capacitores variables de aire.
3) Coaxial: son condensadores de línea de transmisión que proporcionan capacitancia entre un tubo interno y externo de una línea de transmisión coaxial. Su capacitancia se puede variar deslizando el tubo interior dentro o fuera del tubo exterior. Estos condensadores se utilizan en circuitos de radiofrecuencia y pueden tener una capacitancia desde unos pocos picofaradios hasta 100 picofaradios.
4) Ajuste del entrehierro – Son condensadores variables circulares o logarítmicos que utilizan rotor y estator como conductores y aire como medio dieléctrico. Estos condensadores variables voluminosos y costosos se utilizan en dispositivos eléctricos comerciales.
5) Ajuste de vacío: son similares a los condensadores de ajuste del entrehierro y utilizan el vacío como medio dieléctrico. Estos condensadores variables voluminosos y costosos se utilizan en aplicaciones de RF de alta potencia.
6) Sintonización llena de gas FC 6 : estos condensadores son similares a los condensadores de sintonización con entrehierro y utilizan gas SF 6 como medio dieléctrico para una mejor eficiencia y bajas pérdidas.
El siguiente artículo analiza la selección de un capacitor para una aplicación determinada y la lectura de paquetes de capacitores.