No tutorial anterior aprendemos sobre a construção prática de um capacitor e os diferentes aspectos técnicos associados a um capacitor padrão. Vamos agora discutir os diferentes tipos de capacitores comerciais e as especificações técnicas práticas associadas a eles. Isso ajudará imensamente na escolha do capacitor adequado para uma determinada aplicação. Os capacitores são classificados com base no material dielétrico utilizado por eles da seguinte forma:
1) Papel
2) Mica
3) Filme Plástico
4) Vidro
5) Cerâmica
6) Eletrolítico
7) Semicondutor
8) Variável
Capacitores de papel
Os capacitores de papel são um dos primeiros tipos de capacitores. São feitos colocando papel embebido em óleo mineral entre duas folhas de alumínio. Todo o conjunto é enrolado, os fios são presos às folhas de alumínio e o conjunto é fechado em uma caixa cilíndrica de papelão e selada com cera.
Os capacitores de papel são volumosos e quase foram substituídos por capacitores de filme plástico. Eles ainda podem ser encontrados em algumas aplicações elétricas – a maioria dos ventiladores de teto e refrigeradores de ar ainda usam capacitores de papel. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
Mica & Capacitores de mica metalizada
Os capacitores de mica usam folhas de mica como dielétrico e geralmente são construídos como capacitores de múltiplas placas. Vários capacitores de mica usam folhas de mica com tinta prateada como dielétrico para melhor imunidade à umidade e ionização. Os capacitores de mica são conhecidos por sua baixa tolerância (até 1%), baixas perdas operacionais (fator de dissipação de 0,001%), fator de alta qualidade e estabilidade em alta frequência. No entanto, esses capacitores são bastante volumosos, proporcionais à sua capacitância. Os capacitores de mica possuem as seguintes especificações técnicas:
Capacitores de filme plástico
Os capacitores de filme incluem muitas famílias de capacitores que usam diferentes plásticos como materiais dielétricos. Eles quase substituíram os capacitores de papel em circuitos de áudio, rádio e circuitos que operam em tensões baixas a moderadas. Alguns dos plásticos comumente usados em capacitores de filme incluem policarbonato, poliéster (PET), polipropileno (PP), poliestireno, polissulfona, parileno, poliamida Kapton, teflon (fluorocarbono PTFE) e poliéster metalizado (plástico metalizado). Esses capacitores vêm em várias geometrias, como envoltório e preenchimento oval ou redondo, caixa retangular de epóxi, caixa redonda de epóxi, caixa retangular ou redonda de metal hermeticamente selada e condutores radiais ou axiais. Algumas das famílias populares de capacitores de filme plástico são descritas abaixo.
1) Filme de policarbonato (PC) – Esses capacitores são conhecidos por sua longa vida útil, baixas perdas operacionais em uma ampla faixa de frequências e quase substituíram os capacitores de policarbonato. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
2) Filme de poliéster (PET) – Esses capacitores são populares por seu baixo custo e tamanho pequeno. Eles substituíram principalmente capacitores de plástico metalizado e poliestireno em aplicações CC e CA de baixa frequência. Esses capacitores podem ser usados com tensões de até 60.000 V, mas não são recomendados para aplicações de alta potência devido a perdas operacionais significativas em altas temperaturas e frequências. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
3) Filme de polipropileno (PP) – Esses são os capacitores de filme plástico mais populares e são conhecidos por seu coeficiente de baixa temperatura, baixas perdas operacionais, baixa absorção de umidade e estabilidade em alta temperatura e alta potência. No entanto, esses capacitores estão sujeitos a danos e quebras devido a sobretensões transitórias e inversões de tensão. Possuem as seguintes especificações técnicas:
4) Filme de poliestireno (PS) – Esses capacitores são conhecidos por sua capacitância estreita e alta estabilidade e estão sendo rapidamente substituídos por capacitores PET. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
5) Filme de polissulfona – Os capacitores de polissulfona são semelhantes aos capacitores de policarbonato e são conhecidos por sua estabilidade térmica. Existem fabricantes limitados desses capacitores, que não estão prontamente disponíveis. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
6) Filme Kapton Poliimida – Esses capacitores têm a maior rigidez dielétrica e podem ter temperaturas operacionais de até 250°C. No entanto, estes condensadores de alto custo não são adequados para aplicações de RF. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
7) Filme de Teflon (PTFE) – Esses capacitores volumosos e caros são mais conhecidos por suas baixas perdas operacionais, ampla faixa de temperatura e excelente estabilidade em aplicações críticas. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
8) Plástico Metalizado – Esses capacitores são variações aprimoradas dos capacitores PET, PP, PEN, PPS e Teflon. Eles são menores em tamanho em comparação com suas versões de plástico não metalizado. A única limitação desses capacitores são suas baixas classificações de corrente de ondulação.
9) Folha – Estas são versões de película metálica de capacitores PP, PET e Teflon. Eles são conhecidos pela estabilidade de pulso e melhores classificações de corrente de ondulação.
Existem muitos outros tipos e variações de capacitores de plástico e de filme plástico, incluindo capacitores de potência baseados em filme. Capacitores de potência baseados em filme populares incluem capacitores de papel metalizado, capacitores de filme/folha de papel (papel Kraft), capacitores de polipropileno metalizado (PP metalizado de lado único ou duplo), capacitores de filme/folha PP e potência MKV (polipropileno como dielétrico entre papéis metalizados como condutores) Capacitores.
Capacitores de vidro
Esses capacitores caros são mais conhecidos por sua robustez, estabilidade, precisão e confiabilidade em condições ambientais extremas. Eles são ainda resistentes à radiação nuclear e são mais adequados para aplicações de nível militar. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
Capacitores cerâmicos
Capacitores cerâmicos referem-se a uma ampla gama de capacitores disponíveis como capacitores de disco, capacitores MLC (Cerâmica Multicamada) e capacitores SMD. A composição desses capacitores varia de acordo com os fabricantes. Alguns materiais comumente usados na construção de capacitores cerâmicos incluem titanato de estrôncio, óxido de titânio, titanato de bário, etc. A Electronics Industries Alliance (EIA) classificou os capacitores cerâmicos nas três classes a seguir:
Capacitores Cerâmicos Classe 1 – Estes são os melhores capacitores cerâmicos que oferecem menor tolerância, estabilidade térmica e baixas perdas operacionais, e são mais adequados para aplicações de alta frequência. Esses capacitores são compostos de óxido de titânio com outros aditivos como Magnésio, Cobalto, Cálcio, Zinco, Nióbio, etc. Esses capacitores possuem seus próprios códigos EIA para especificar sua capacitância nominal e tolerância. Esses capacitores têm uma alta constante dielétrica variando de 5 a 150. Todas as vantagens dos capacitores cerâmicos Classe 1 estão no custo de seu tamanho. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
Cerâmica Classe 2 – Os capacitores cerâmicos Classe 2 são menos estáveis e precisos que os capacitores Classe 1. No entanto, esses capacitores são menores em comparação com os últimos. Estes também possuem seus próprios códigos EIA para especificar sua capacitância e tolerância. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
Cerâmica Classe 3 – Esses capacitores são os menos estáveis e precisos entre os capacitores cerâmicos, com outras desvantagens como dependência não linear de temperatura, dependência de tensão e altas perdas operacionais. Eles têm uma vida útil curta e não suportam altas tensões. No entanto, eles possuem alta permissividade (até 50.000) e são compactos (possuem dimensões de poucos milímetros). Outros tipos de capacitores já substituíram os Classe 3, e a EIA não os padroniza mais.
Capacitores eletrolíticos
Capacitores eletrolíticos são capacitores polarizados que oferecem alta capacitância por unidade de volume. Como esses capacitores são polarizados, eles devem ser conectados em um circuito com a polaridade correta. Eles possuem um terminal como ânodo, uma placa metálica revestida com óxido metálico; um eletrolítico líquido ou sólido serve como cátodo. Quando a corrente CC flui através do capacitor eletrolítico, a placa de metal começa a oxidar devido a um eletrolítico. Sobre ele é depositada uma fina camada isolante de óxido metálico, que é um dielétrico. A camada de óxido metálico é extremamente fina, por isso oferece capacitância muito alta por unidade de volume. Geralmente, esses capacitores são projetados para maximizar a área de superfície do ânodo.
Ao conectar esses capacitores na polaridade reversa, o eletrólito emite gás, que se expande no corpo selado do capacitor e pode causar uma explosão. Esses capacitores possuem uma corrente de fuga significativa, o que os torna inadequados para muitas aplicações. Os capacitores eletrolíticos estão disponíveis nas três famílias a seguir:
1) Eletrolítico de Alumínio – Esses capacitores usam folha de alumínio como ânodo e óxido de alumínio como meio dielétrico. Eles podem ter etilenoglicol, dimetilacetamida, gama-butirolactona ou dimetilformamida como eletrolítico líquido, dióxido de manganês ou polímero condutor como eletrolítico sólido. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
2) Eletrolítico de Tântalo – Esses capacitores usam Tântalo como ânodo e Óxido de Tântalo como meio dielétrico. Eles podem ter ácido sulfúrico, dióxido de manganês ou polímero condutor como eletrolítico e são altamente confiáveis, eficientes e menores que os tipos eletrolíticos de alumínio. Eles são frequentemente usados em aplicações militares devido à sua estabilidade e confiabilidade. Esses capacitores possuem as seguintes especificações técnicas:
3) Capacitores eletrolíticos de nióbio – Esses capacitores usam nióbio como ânodo, pentóxido de nióbio como meio dielétrico e dióxido de manganês ou polímero condutor como eletrolítico. Eles estão disponíveis como capacitores SMD e possuem as seguintes especificações técnicas:
Capacitores semicondutores
Capacitores semicondutores são capacitores em nanoescala fabricados em circuitos integrados, formando padrões de camadas de óxido imprensados entre materiais semicondutores. Esses capacitores são empacotados como matrizes de capacitores e são usados principalmente em CIs de memória e processador. Suas minúsculas capacitâncias podem lidar com tensões CC baixas e pulsantes.
Capacitores variáveis
A capacitância dos capacitores variáveis pode ser variada alterando a distância entre as placas condutoras ou alterando a área de superfície mútua entre as placas sobrepostas. Os tipos comuns de capacitores variáveis são os seguintes:
1) Variável de ar (trimmer de entreferro) – Esses capacitores variáveis têm um conjunto giratório de placas denominado rotor e um conjunto fixo de placas denominado estator. A capacitância é variada girando um eixo de controle que varia a distância ou área de superfície entre as placas. Esses capacitores podem ter uma capacitância de alguns Picofarad a 000 Picofarad e tensão nominal de até milhares de volts. Esses capacitores não polarizados eram comumente usados em circuitos de RF e áudio. Os diodos Varactor quase substituíram esses capacitores.
2) Aparador de cerâmica – Os capacitores de cerâmica classe 1 são projetados para oferecer capacitância variável. Eles são projetados para definir capacitância que não precisa ser alterada com muita frequência. Sua capacitância pode variar de alguns Picofarads a 200 Picofarads. Devido à sua não polarização, eles podem lidar com tensões baixas a moderadas e são comumente usados junto com capacitores variáveis de ar.
3) Coaxial – São capacitores de linha de transmissão que oferecem capacitância entre um tubo interno e externo de uma linha de transmissão coaxial. Sua capacitância pode ser variada deslizando o tubo interno para dentro ou para fora do tubo externo. Esses capacitores são usados em circuitos de radiofrequência e podem ter capacitância de alguns Picofarads a 100 Picofarads.
4) Ajuste do entreferro – São capacitores variáveis circulares ou logarítmicos que usam rotor e estator como condutores e ar como meio dielétrico. Esses capacitores variáveis volumosos e caros são usados em dispositivos elétricos comerciais.
5) Ajuste de vácuo – São semelhantes aos capacitores de ajuste de entreferro e usam o vácuo como meio dielétrico. Esses capacitores variáveis volumosos e caros são usados em aplicações de RF de alta potência.
6) FC6 Ajuste preenchido com gás – Esses capacitores são semelhantes aos capacitores de ajuste de entreferro e usam SF6 gás como meio dielétrico para melhor eficiência e baixas perdas.
O próximo artigo discute a seleção de um capacitor para uma determinada aplicação e a leitura de pacotes de capacitores.