Aula 32 - Carga e descarga de capacitor

A carga elétrica (Q) armazenada por um capacitor (C) é dada por: Q = C.V . Onde: C é a capacitância em Farad, V é a  tensão elétrica em Volts e a unidade de carga elétrica é Coulomb.
Exemplo: Q = 100µF x 12V = 1200µC.

Figura 01 - Carga e descarga em capacitores.

A energia elétrica armazenada pelo capacitor será:   W = C.V.V / 2 =>  w = 100µ.12.12/ 2     =>    w = 100.10-6.144 / 2 => W = 0,0072 joule.

Para carga e descarga de capacitores usamos o circuito da figura 01. A função do resistor R é controlar o tempo de carga do capacitor. O tempo de carga depende diretamente do produto RC.
Para o circuito temos R = 100.000 R e C=0,000100 F, logo:

R.C = 100.10³. 100.10^-6  =>  R.C =10000.10^-3 = 10 segundos.
Após uma constante de tempo RC, o capacitor carrega com 63,2% da tensão da fonte ( Vc = 63,2% de V ).

Após 5.R.C, o capacitor está praticamente carregado com a tensão da fonte (99,3% de V ).

t = 5.R.C = 5. 100.10³. 100.10^-6=> t =  50000.10^-3 segundos => t = 50 segundos

Figura 02 - Curvas de carga e descarga de capacitores.

Para controlar o tempo de descarga liga-se um resistor em paralelo com o mesmo. A função do resistor R é controlar o tempo de descarga do capacitor e este depende diretamente do produto RC.
Após uma constante de tempo RC, o capacitor perde 63,2% da sua carga.(ainda tem 36,8% da carga inicial).
Após 5.R.C, o capacitor estará praticamente descarregado.  (terá somente 0,7% da carga inicial). 

Com a chave na posição 1, o capacitor carrega através do resistor R1 e com a chave na posição 2 descarrega através do resistor R2. Se  R1 = R2,  o  tempo de carga é igual ao tempo de descarga.

Para a carga e a descarga tem-se uma função exponencial. No início do processo, a tensão varia rapidamente num pequeno intervalo de tempo e no final do processo, a tensão varia lentamente num grande intervalo de tempo.

• A tensão na carga do capacitor é calculada por: Vc = V ( 1 - e^-(t/RC) ) [V] ;
• A tensão na descarga do capacitor é calculada por: Vc = V (  e^-(t/RC) ) [V] ;

Observe que, como a curva de descarga é exponencial, o capacitor levará um tempo infinito para estar completamente descarregado. Na prática considera-se que após transcorrido um tempo igual a 5t o capacitor estará com carga desprezível. Temos na figura 03 dados de fator de decrescimento da tensão do capacitor na descarga.

Parte Prática 01: Monte o circuito e com o capacitor descarregado, acione a chave e o cronômetro. Determine e anote o instante em que cada tensão for atingida, anote os valores em uma tabela.

Vcc = 10 Volts		Resistor = 10 KW			Capacitor = 1000 mF			RC =
Volts (V)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Tempo (s)

No link a seguir há o exercício de aplicação: 24_04_32 Aplicação de carga e descarga de Capacitor. 

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Aula 31 - Circuito Divisor de Tensão Capacitivo em corrente contínua

A tensão em corrente contínua é dividida em um divisor capacitivo de acordo com a fórmula, V=Q/C . Portanto, a tensão é inversamente proporcional ao valor da capacitância do capacitor. Assim, o capacitor com menor capacitância terá maior tensão e, inversamente, o capacitor com maior capacitância terá menor tensão.

Como o circuito está em série os capacitores tenham uma carga semelhante, você pode calcular a tensão a partir de seus valores de capacitância. Dado que o valor do capacitor de 1μF é metade do valor do capacitor de 2μF, a tensão do primeiro capacitor será o dobro da do segundo. Portanto, a tensão do capacitor de 1μF será de 10 volts e a tensão do capacitor de 2μF será de 5 volts.

Quando os capacitores são ligados em série a carga da associação é igual para todos os capacitores. Q = constante. Portanto a diferença de potencial elétrico é expressa em cada capacitor por; Se, C = Q/V, Isolando “V”,temos que; U1 = Q/C1; U2 = Q/C2. Como U = U1 + U2, percebemos que Q/Ceq = (Q/C1) + (Q/C2). Portanto a capacitância equivalente (Ceq) é dada por:  1/Ceq=1/C1+1/C2.

Os divisores de tensão capacitivos têm inúmeras aplicações. Sendo muito utilizado como divisor de tensão pode diminuir a tensão e permitir a medição de tensões altas. A medição é baseada em um divisor de tensão do tipo capacitivo.

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Aula 30 - Associação de Capacitores em: Série, Paralelo e Misto.

Capacitância de um capacitor

A capacitância de um capacitor pode ser calculada pela razão da carga do capacitor acumulada pela sua diferença de potencial elétrico (ddp) entre suas armaduras. Matematicamente é expressa  por:

C = Q/V. Onde: Q -> carga do capacitor armazenada, no SI dada por Coulomb(C), V -> Diferença de potencial elétrico, no SI dado por Volts(V) e A Razão Coulomb/Volt é denominada de Faraday. Então; 1 Coulomb/volt= 1 Faraday.

Os capacitores podem ser associados visando uma capacitância específica. As associações podem ser de três formas específicas; Série, paralela, mista

1 - Associação de Capacitores em Série

Figura 01 - Associação de capacitores em série.

Na associação em série o terminal negativo do capacitor está ligada ao terminal positivo do capacitor seguinte. Quando os capacitores são ligados em série a carga da associação é igual para todos os capacitores. 

Q = constante. Portanto a diferença de potencial elétrico é expressa em cada capacitor por; Se, C = Q/V, Isolando “V”,temos que; U1 = Q/C1; U2 = Q/C2; U3 = Q/C3. 

Como U = U1 + U2 + U3, percebemos que Q/Ceq = (Q/C1) + (Q/C2) + (Q/C3)

Portanto a capacitância equivalente (Ceq) é dada por:

 1/Ceq=1/C1+1/C2+1/C3  +.... 1/Cn

Abaixo demonstraremos um exercício prático dessa associação em série. Três capacitores são ligados em série, a capacitância do primeiro é expressa por C1 = 5µF ,assim segue C2 = 3µF e C3 = 7µF esta associação esta alimentada por uma fonte de 12V. Pede-se: a) A capacitância equivalente (Ceq). b) A carga (Q) de cada capacitor. c)  A diferença de potencial elétrico (ddp) de cada capacitor. Solução:

a)      1/Ceq = 1/5µF +1/3µF+1/7µf             Ceq = 1,478µF

b)      Q = const;    Q1 = Q2 = Q3    C = Q/V     1,478uF = Q/12 ->   Q=17,7µC

c)        Capacitor 1 -> U = Q/C1 => U = 17,7µC/5µF => 3,6V

            Capacitor 2 -> U = Q/C2=> U = 17,7µC/3µF => 5,9V

            Capacitor 3 -> U = Q/C3=> U = 17,7µC/7µF => 2,5V

2 - Associação de Capacitores em Paralelo

Figura 02 - Associação de capacitores em paralelo.

Na associação de capacitores em paralelo os terminais negativos do capacitor são ligadas entre si assim como as  armaduras positivas  do capacitor. Quando os capacitores são ligados em paralelo a ddp da associação é a mesma para todos os capacitores. 

V = constante. Portanto a carga em cada capacitor é expressa  por: C = Q/V, Isolando “Q”,temos que;

Q1 = C1.V, Q2 = C2.V, Q3  = C3.V; 

Como Q = Q1 + Q2 + Q3, percebemos que: 

Ceq.V = C1.V + C2.V + C3.V

Portanto a capacitância equivalente (Ceq) é dada por; Ceq = C1 + C2 + C3 ...Cn

Abaixo demonstraremos um exercício prático dessa associação em paralelo. Três capacitores são ligados em paralelo, a capacitância  do primeiro é expressa por C1 = 6µF ,assim segue C2 = 2µF e C3 = 4µF esta associação esta combinada por um tensão de 24V. Pede-se: a) A capacitância equivalente (Ceq). b) A carga(Q) elétrica de cada capacitor.

Resolução

a)      Ceq= C1+C2+C3= 6F+2µF+4µF=12µF

b)      V=const;   V=24V; Q1=C1.V=6µFx24V=144µC

          Q2=C2.V=2µF x 24=48µC

          Q3=C3.V=4µF x 24=96µC

3 - Associação de Capacitor Mista

Neste tipo de associação encontramos capacitores associadas em série e em paralelo. Se C1 = 5µF, C2 = 2µF e C3 = 3µF. Calcular a capacitância equivalente da associação. Resolução:

Inicialmente resolvemos o circuito em paralelo depois “juntamos” com o capacitor em série.

Tomemos C2 e C3

C23 = C1 + C2 = 2µF + 3µF = 5µF

“Juntando” C1 e C23 (Série)

1/Ceq = 1/C12+1/C3

1/Ceq = 1/5µF +1/5µF

Ceq = 2,5µF

No link a seguir há exercícios de aplicação de associação de capacitores: série, paralelo e misto: 21_05_01 Associação de capacitores .

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019

Aula 29 - Funcionamento e ajustes básicos dos medidores LCR

Figura 01 - LCR Meter

Os medidores LCR são instrumentos que medem uma propriedade física conhecida como impedância. A impedância, que é expressa usando o símbolo Z, que indica resistência ao fluxo de uma corrente do tipo alternada. Ela pode ser calculada a partir da corrente I que flui pelo componente a ser medido e da tensão V nos seus terminais. Como a impedância é expressa como um vetor em um modelo matemático complexo, os medidores LCR medem não apenas a relação dos valores eficazes da corrente e tensão, mas também a diferença de fase entre as formas de onda de corrente e tensão.

O medidor LCR é usado para medir a indutância (L), capacitância (C) e resistência (R) de um componente eletrônico. 

Figura 02 - Ponte de Wheatstone

Nas versões mais simples deste instrumento, a impedância era medida internamente e convertida para exibição no valor de capacitância ou indutância correspondente. As leituras são razoavelmente precisas poisos medidores LCR medem a indutância ou capacitância real, bem como a resistência em série equivalente de capacitores e o Fator Q de componentes indutivos. O componente a ser medido é colocado entre os terminais de teste do medidor LCR, após o que, de acordo com o tipo de componente, a medição é realizada. Ponte de Wheatstone e circuitos RC são partes importantes do medidor LCR. O componente cujo valor precisa ser determinado é anexado a um dos braços da ponte. Para os vários tipos de medidas, existem disposições diferentes.

• Excitação DC: Ao estimular a ponte com tensão DC, as quantidades DC serão medidas.
• Excitação AC: A ponte de Wheatstone deve ser excitada com um sinal AC para realizar medições AC. O oscilador é empregado no circuito para fornecer excitação CA. Produz uma frequência de um kilohertz.

Para atingir o equilíbrio total, a ponte é colocada na posição nula. Além de equilibrar a ponte, a sensibilidade do medidor precisa ser modificada. Em um circuito seguidor de emissor, a saída da ponte é alimentada. Uma entrada para o amplificador do detector é fornecida como saída do circuito emissor seguidor.

Figura 03 - Impedância medida na
Ponte de Wheatstone do LCR Meter

Vamos primeiro entender o conceito de impedância. Conforme mostrado na figura, a impedância consiste em duas partes; resistência (ou seja, real) e reatância (ou seja, imaginária). Zs representa a impedância em série que é uma combinação de resistência (Rs) e reatância (Xs). A impedância pode ser expressa com magnitude |Z| e ângulo de fase θ Quando θ>0 a reatância é indutiva e quando θ<0 a reatância é capacitiva. Existem dois tipos de reatância viz. reatância indutiva (XL) e reatância capacitiva (XC).  Elas podem ser expressos da seguinte forma: XL = 2*π * f * L e XC = 1/ (2* π * f * C).

Existem várias técnicas para a medição da impedância. O método mais comum é anular o tipo bridge, conforme mostrado na figura acima. Quando o instrumento é ligado, por padrão ele entra em modo de identificação automática. Neste momento, o objeto a ser medido é adicionado ao lado da medição, o instrumento identificará automaticamente se o objeto a ser medido é capacitivo, resistivo ou indutivo e exibirá o valor da medição no mostrador principal, exibindo o valor D/Q/θ/ correspondente no mostrador secundário. Neste modo, você pode trocar a frequência de medição pela frequência de operação.

Manual do Medidor LCR Meter:  LCR Meter CHY 41R.

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/04/2023

Aula 28 - Formas construtivas, valores comerciais e código de Capacitores

Formas construtivas de capacitores

Há várias formas de construir capacitores. A formas geométricas e a constante dielétrica do material isolante ε  (ε letra grega épsilon) influencia no valor da capacitância. 
Para o capacitor com material dielétrico diferente do ar a capacitância é dada por: C =  (ε0 x εr x A ) / d onde εr é a constante de permissividade (ou constante elétrica) do material; A é área da placa e d a distância entre as placas.

Figura 01 - Forma construtiva e
capacitância.

A constante dielétrica do material isolante ε0 é o valor da permissividade para o vácuo é 8.84 x 10^-12 F / m, e εr é a permissividade do meio dielétrico usado entre as duas placas.

Os vários materiais isolantes usados ​​como dielétrico em um capacitor diferem em sua capacidade de bloquear ou passar uma carga elétrica. 
Este material dielétrico pode ser feito a partir de vários materiais isolantes ou combinações destes materiais sendo os tipos mais comuns utilizados: ar, papel, poliéster, polipropileno, mylar, cerâmica, vidro, óleo e uma variedade de outros materiais. 

Unidades típicas de permissividade dielétrica, εr ou constante dielétrica para materiais comuns são: Vácuo = 1,0000; Ar = 1,0006; Papel = 2,5 a 3,5; Vidro = 3 a 10; Mica = 5 a 7; Madeira = 3 a 8 e Óxido de Metal Pós = 6 a 20 etc. 
A capacitância é medida em Farads , que é uma unidade muito grande, portanto micro-Farad (μF), nano-Farad (nF) e pico-Farad (pF) são geralmente usados.
Capacitor de placas empilhadas: 

Figura 02 - Capacitor de placas
empilhadas.

Este Capacitor de elementos planos tem um dielétrico de maior constante dielétrica, maior área das placas, pequena distância entre as placas, isto é, menor espessura do dielétrico. Entretanto, a redução da espessura do dielétrico é limitada pela tensão de operação do capacitor. Na prática, os capacitores são construídos de forma a maximizar a área das placas no menor espaço físico possível.

Na figura 02 temos duas placas conectadas a um condutor ( A ) e duas placas conectadas ao outro condutor ( B ). Então, os dois lados das duas placas centrais estão estão em contato com o dielétrico, enquanto apenas um lado de cada uma das placas externas conectadas está em contato com o dielétrico. Então, como acima, a área superficial útil de cada conjunto de placas é três vezes maior e sua capacitância também será três vezes maior.

Capacitor de filme enrolado: 

Figura 03 - Capacitor de filme enrolado.

Este Capacitor de placas planas empilhadas, eletricamente ligadas de forma alternada e filmes de dielétrico entre elas.  O tipo de filmes de metal e de dielétrico enrolados em forma de bobina é também bastante usado. Por apresentar constante e rigidez dielétrica baixas, o ar é pouco usado como dielétrico.

Estes tipos de capacitores são feitos de tiras longas e finas de folhas finas de metal com o material dielétrico coladas juntas, que são enroladas em um rolo apertado e depois seladas em papel ou tubos de metal.
Esses tipos de filme exigem um filme dielétrico muito mais espesso para reduzir o risco de rasgos ou furos no filme e, portanto, são mais adequados para valores de capacitância mais baixos e tamanhos maiores.

Capacitor variável:

Figura 04 - Capacitor variável.

Neste Capacitor há um conjunto de placas fixas intercalado com um de placas móveis que podem girar em torno de um eixo comum. Assim, a área efetiva do capacitor varia e, por consequência, a capacitância.

A posição das placas móveis em relação às placas fixas determina o valor total da capacitância. A capacitância é geralmente no máximo quando os dois conjuntos de placas são totalmente conectados em malha. Os capacitores de sintonia do tipo de alta tensão têm espaçamentos relativamente grandes ou intervalos de ar entre as placas com tensões de ruptura que atingem muitos milhares de volts.
Capacitores comerciais

A função do capacitor é armazenar a energia elétrica. O capacitor também funciona como um filtro, a passagem de corrente alternada (AC), e de bloqueio de corrente direta (DC). 

Figura 05 - Capacitores fixos .

O capacitor tem um isolador (o dieléctrico) entre duas folhas de eletrodos. Diferentes tipos de capacitores usam materiais diferentes para o dielétrico. 
Este símbolo da figura 05 é usado para indicar um capacitor em um diagrama de circuito. 
O capacitor é construído com duas placas de eletrodos paralelos, mas separados por um isolador. Quando a tensão de CC é aplicada ao capacitor, uma carga elétrica é armazenada em cada eletrodo. Enquanto o capacitor está carregando, a corrente flui. A corrente será interrompida quando o capacitor está totalmente carregado. 

Figura 06 - Tolerância de capacitores.

O valor de um capacitor (capacitância), é dado em unidades chamada Farad (F). A capacitância de um capacitor é geralmente muito pequena, de modo as unidades, tais como o microfarad (µF) (10^-6  F) onde 1.000.000 µF = 1 F, nanofarad (nF) (10^-9 F), com isso temos que 1.000 nF = 1µF, e picofarad (pF) (10^-12 F) e  então 1.000 pF = 1nF são os sub-múltiplos utilizados.

A conversão entre um submúltiplo é muito simples. Um capacitor de 100000pF. concorda que é um numero muito grande para gravar no corpo de um capacitor? A solução é puxar a "virgula" três casas para a esquerda e subir um submúltiplo (Obs.: dividir um valor por 1000 tem o efeito de puxar a virgula em 3 casas a esquerda). Assim sendo este mesmo capacitor pode ser grafado como 100nF. Mas em alguns caso, com este valor pode acontecer uma simplificação maior ainda. Então basta deslocar a "virgula" mais 3 casas a esquerda e subir mais uma unidade. Assim sendo o mesmo capacitor de 100000pf também pode ser representado como 0,1µF

Capacitores são usados ​​com resistores em circuitos de temporização porque leva tempo para um capacitor se encher de carga. Eles são usados ​​para suavizar vários fontes de tensão contínua DC, agindo como um reservatório de carga. Eles também são usados ​​em circuitos de filtro porque os capacitores passam facilmente os sinais de CA, mas bloqueiam os sinais CC.

Figura 07 - Temperatura mínima e
máxima para capacitores.

Existem muitos tipos de capacitores, mas eles podem ser divididos em dois grupos principais: polarizados (geralmente 1µF e maiores) e não polarizados (geralmente menores que 1µF). Cada grupo tem seu próprio símbolo de circuito.
Quanto ao valor de capacitores padrão, os valores utilizados podem ser divididos como um logaritmo. No caso da série E12: [1], [1.2], [1.5], [1.8], [2.2], [2.7], [3.3], [3.9], [4.7], [5.6], [6.8], [8.2], [10]. 

Códigos para valor nominal, tolerância e tensão máxima em capacitores - 
Um código de três dígitos é utilizado para indicar o valor de um capacitor. Existem duas maneiras em que a capacitância pode ser escrito. Um usa letras e números, o outro usa apenas números. Em qualquer caso, há apenas três caracteres usados. [10n] e [103] denotam o mesmo valor de capacitância. O método utilizado é diferente dependendo do fornecedor capacitor. 

Figura 08 - Código
de capacitores.

No caso em que o valor é apresentado com o código de três dígitos, o primeiro e segundo números da esquerda mostram a figura 5, e o dígito 3 é um multiplicador que determina quantos zeros devem ser adicionados à capacitância dada em  Picofarad (pF) são escritos desta forma. 
Por exemplo, quando o código é [103], indica que 10 x 10³ , ou 10000 pF = 10 nanofarad (nF) = 0,01 microfarad (uF). Se o código passou a ser [224], seria 22 x 10⁴ = 220000 ou pF = 220nF = 0.22μF. Valores abaixo de 100pF são exibidos com dois dígitos apenas. Por exemplo, 47 seria 47pF. 

Um código de alfanumérico é utilizado para indicar o valor máximo da tensão de trabalho do capacitor. Geralmente este código é escrita antes do código numérico. Na figura 05 há os valores correspondentes ao código usados para indicar a tensão de isolação em capacitores.
Um código de letras é utilizado para indicar o valor de desvio de valor nominal do capacitor. Geralmente a letra é escrita após o código numérico, conforme figura 06. 
Na figura 07 há a tabela do valor minimo e máximo de temperatura para uso de capacitores cerâmicos.
Há ainda informações sobre variações de capacitância em partes por milhão, conforme figura 08.

Ao usar um capacitor, você deve prestar atenção para a tensão máxima que pode ser usado. Esta é a "tensão de ruptura". A tensão de ruptura depende do tipo de capacitor a ser utilizado. 

Você deve ter um cuidado especial com capacitores eletrolíticos, pois a tensão de ruptura é relativamente baixa. A tensão de ruptura de capacitores eletrolíticos é apresentado como Tensão de trabalho. A tensão de ruptura é a tensão que, quando excedido fará com que o dielétrico (isolante) no interior do condensador de quebrar e conduzir. Quando isso acontece, a falha pode ser catastrófica. Temos que ter também cuidado com a temperatura minima e máxima de trabalho do capacitor.

1.1 - Capacitores Cerâmicos

Figura 09 - Capacitores Cerâmicos.

São construídos com materiais, tais como bário titânio ácido utilizado como dielétrico. Estes capacitores podem ser usados ​​em aplicações de alta frequência. Estes Capacitores têm a forma de um disco. A sua capacidade é comparativamente pequena. O Capacitor do lado esquerdo é um capacitor 100pF com um diâmetro de cerca de 3 mm. O Capacitor do lado direito é impressa com 103, então torna-se 10 x 1000 pF 0,01 micro Farads. O diâmetro do disco é de cerca de 6 mm. Capacitores de cerâmica não têm polaridade. Capacitores cerâmicos não deve ser usado para circuitos analógicos, porque eles podem distorcer o sinal.
Informações sobre Capacitores Cerâmicos podem ser obtidas no link: 19_04_01 Capacitor Cerâmico.

1.3 - Capacitores de Multicamadas 

Figura 10 - Capacitores de
Multicamadas

O capacitor de multicamadas de cerâmica tem um dielétrico muitas camadas. Estes condensadores são pequenos em tamanho, e têm boas características para maiores temperatura e resposta em  de frequência.

Sinais de onda quadrada utilizados em circuitos digitais pode ter um componente de frequência relativamente elevada incluídos. Este capacitor é usado para filtrar a alta freqüência à terra.

Na figura, a capacitância do componente do lado esquerdo é mostrado como 104. Assim, a capacidade é de 100.000 pF = 0,1 mF. A espessura é de 2 mm, a altura é de 3 mm, a largura é de 4 mm. O capacitor para a direita tem uma capacidade de 103 (10.000 pF = 0,01 mF). A altura é de 4 mm, o diâmetro da parte redonda é de 2 mm. Estes condensadores não têm polaridade.

Informações sobre Capacitores de Multicamadas podem ser obtidas no link: 19_04_02 Capacitor de Multicamadas.

1.4 - Capacitores de Poliéster

Figura 11 - Capacitores de Poliéster

Este Capacitor usa película de poliéster fina como o dielétrico. Eles não são de alta tolerância, mas eles são baratos e acessíveis. A sua tolerância é de cerca de 5% a 10%.

Capacitor 1: 0,001 micro F (impressos com 0,01K): [A largura de 5 mm, a altura de 10 mm, a espessura de 2 mm].

Capacitor 2: 0,1 micro F (impressos com 104K):  [A largura de 10 mm, a altura de 11 mm, a espessura de 5mm].

Capacitor 3: 0,22 micro F (impresso com 0,22 K):  [A largura 13 mm, a altura de 18 mm, a espessura de 7 milímetros].

Cuidados devem ser tomados, pois diferentes fabricantes usam métodos diferentes para indicar os valores de capacitância.
Informações sobre Capacitores de Poliéster podem ser obtidas no link: 19_04_03 Capacitor de filme de Poliester metalizados.

1.5 - Capacitores de Polipropileno

Figura 12 - Capacitores de Polipropileno

Este capacitor é utilizado quando é necessário uma maior tolerância do que capacitores de poliéster podem oferecer. A película de polipropileno é utilizada para o dielétrico. 

Diz-se que não há quase nenhuma mudança de capacitância nestes dispositivos se eles são usados ​​com frequência de 100KHz ou menos. Este capacitores têm uma tolerância de ± 1%.  Estes capacitores não tem polaridade. 

• Capacitor 1: 0.010 µF (impresso com 103), [a largura 7mm, altura de 7mm, espessura de 3mm]. 
• Capacitor 2: 0.022 µF (impresso com 223), [a largura 7mm, a altura de 10 mm, a espessura de 4 milímetros]. 
• Capacitor 3: 0.100 µF (impresso com 104), [a largura 9mm, a altura 11 milímetros, a espessura 5mm].

Informações sobre Capacitores de Polipropileno podem ser obtidas no link: 19_04_04 Capacitor de Polipropileno.

1.6 - Capacitores eletrolíticos

Figura 13 - Capacitores Eletrolíticos

O alumínio é utilizado para os elétrodos por meio de uma membrana delgada de oxidação. Grandes valores de capacitância podem ser obtidos, em comparação com o tamanho do capacitor, pois o dielétrico utilizado é muito fino. A característica mais importante de capacitor eletrolíticos é que eles têm polaridade. Eles têm um positivo e um negativo. Isto significa que é muito importante a maneira em que estão ligados. Se o capacitor é submetido à tensão superior a sua tensão de trabalho, ou se ele está conectado com inversão de polaridade, pode estourar. É extremamente perigoso, porque pode literalmente explodir. Geralmente, no diagrama do circuito, o lado positivo é indicado por um símbolo "+" (mais). Capacitores eletrolíticos são comercializados no valor de cerca de 1 micro F a milhares de micro F. Principalmente esse tipo de capacitor é usado como um filtro de ondulação em um circuito de alimentação de energia, ou como um filtro para ignorar os sinais de baixa frequência, etc. Uma vez que este tipo de capacitor é relativamente semelhante à natureza de construção de uma bobina, não é possível utilizar para os circuitos de alta frequência. A fotografia da esquerda é um exemplo de valores diferentes de condensadores eletrolíticos em que a capacitância e tensão diferentes. 

Na figura 11 temos da esquerda para a direita:

Capacitor 1: 1 micro F (50V) [diâmetro 5 mm, 12 mm de alta];

Capacitor 2: 47 micro F (16V) [diâmetro de 6 mm, 5 mm de altura];

Capacitor 3: 100 micro F (25V) [diâmetro 5 mm, 11 mm de alta];

Capacitor 4: 220 micro F (25V) [diâmetro de 8 mm, 12 mm de alta];

Capacitor 5: 1000 micro F (50V) [diâmetro de 18 mm, 40 mm de alta];

O tamanho do capacitor, por vezes, depende do fabricante. Assim, o tamanhos mostrados aqui nesta página são apenas alguns exemplos. Na foto a marca que indica o condutor negativo do componente. Você precisa prestar atenção para a indicação de polaridade, para não cometer um erro quando você montar o circuito.

Informações sobre Capacitores Eletrolíticos podem ser obtidas no link: 19_04_06 Capacitor Eletrolítico.

1.7 - Capacitores de Tântalo

Figura 14 - Capacitores de Tântalo

Capacitores de tântalo são capacitores eletrolíticos que usam um material chamado tântalo para os eletrodos. Grandes valores de capacitância semelhantes aos capacitores eletrolíticos de alumínio podem ser obtidas. Além disso, os condensadores de tântalo são superiores aos condensadores eletrolíticos de alumínio pois trabalha e maiores temperatura e frequência.

Na construção, quando o pó de tântalo é cozido, a fim de solidificar, forma uma fenda interna. Uma carga eléctrica pode ser armazenado nesta fenda.

Estes capacitores têm polaridade. Normalmente, o símbolo "+" é usada para mostrar o terminal positivo do componente. Não inverter a polaridade sobre esses tipos.

Capacitores de tântalo são um pouco mais caros do que capacitores eletrolíticos de alumínio. Capacitância pode mudar com a temperatura, assim como de frequência, e esses tipos são muito estáveis. Assim, capacitores de tântalo são usados ​​para circuitos que exigem uma elevada estabilidade nos valores de capacitância. Além disso, o uso de capacitores de tântalo para sistemas de sinais analógicos melhora o desempenho, porque o ruído de corrente pico que ocorre com os capacitores eletrolíticos de alumínio não aparece. Onde é necessário alta estabilidade é melhor utilizar capacitores de tântalo.

A fotografia ilustra o capacitor de tântalo. Os valores de capacitância é de 10 µF (35V). O símbolo "+" é usada para mostrar o condutor positivo do componente.

Informações sobre Capacitores de Tântalo podem ser obtidas no link: 19_04_07 Capacitor de Tântalo .
1.8 - Capacitores variáveis

Capacitores variáveis ​​são utilizados  principalmente para ajuste de frequência. Há  capacitores que usam cerâmica como dielétrico e ostros que usam filme de poliéster para o dielétrico.Um dos fios do componente é ligado ao parafuso de ajuste do capacitor. Isto significa que o valor do condensador pode ser afetada pela capacidade de a chave de fendas na sua mão. É preferível utilizar uma chave especial para ajustar estes componentes.Os são capacitores variáveis ao lado tem as seguintes especificações:

Figura 15 - Capacitores Variável

Capacitor 1: 20pF (3PF - 27pF) , [Espessura 6 mm, altura 4,8 milímetros]. 

Capacitor 2: 30pF (5pF - 40pF medido), [A largura (comprimento) 6,8 mm, a largura (curto) 4,9 mm, e a altura de 5 mm].

São codificado por cores diferentes. Azul: 7PF (2-9), branco: 10pF (3 - 15), verde: 30pF (5 - 35), marrom: 60pF (8 - 72).Existem vários tipos de capacitores variável, escolhidos de acordo com a finalidade para a qual eles são necessários. Os componentes retratados têm valores nominais muito pequenos.
Informações sobre Capacitores variáveis podem ser obtidas no link: 19_04_08 Capacitores Variáveis.

Figura 17 - Teste de capacitores

Quando um multímetro análogo ajustado para medir a resistência, for conectado a um capacitor eletrolítico de 10 microfarads (µF), uma corrente fluirá, mas somente por um momento. Você pode confirmar que a agulha do medidor desloca-se para retornar logo a seguir.

Há uma lista de exercícios para identificação de capacitores: 24_04_01 R1 Tipos de Capacitores.

Há no link á seguir um resumo de informações sobre capacitores elaborado pelo Prof. Sinésio Raimundo Gomes que pode ser baixada em: Aula 19 - Tudo sobre Capacitores.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019

Aula 27 - Ponte de Wheatstone com resistores não lineares

 Nessa seção você descobrirá como funcionam os circuitos do tipo "Ponte de Wheatstone", saberá porque eles são importantes nos circuitos eletrônicos em geral. 

Ponte de Wheatstone

Charles Wheatstone era um cientista talentoso e versátil. Ele inventou a concertina, experimentou com a fotografia estereoscópica, inventou o estereoscópio e teve uma participação importante no desenvolvimento das comunicações com o telégrafo da época. Ele não reivindicou ter inventado o circuito que mais tarde veio a receber o seu nome, mas foi certamente um dos primeiros a explorar o circuito para fazer medidas de resistências. Então, vamos ver como é uma ponte de Wheatstone. Esse é o circuito:

É óbvio que o circuito consiste de dois divisores de tensão. Suponha que R_X seja um valor desconhecido de resistência. R_A e R_B são resistores de resistências fixas e conhecidas. Vamos ajustar R_C até que a U_saída sobre ele fique igual à U_saída do divisor que contém R_X. Quando esses valores tornarem-se iguais, a ponte será dita "em equilíbrio". O "ponto de equilíbrio" (atuando-se sobre R_C) pode ser visualizado, conectando-se um voltímetro ou um amperímetro aos terminais de saída. Ambos os tipos de medidores darão uma leitura ZERO quando o equilíbrio for alcançado. Quando o equilíbrio for obtido, a razão R_X/R_A será igual à razão R_B/R_C. Reorganizando:

          R_A x R_B
R_X = ________
          R_C

Em outras palavras, conhecendo-se R_A, R_B e R_C, é fácil calcular R_X. Nos instrumentos baseados na ponte de Wheatstone, R_A e R_B são fixos e R_C é ajustado a uma escala corrediça de tal modo que o valor de R_X é lido diretamente nessa escala móvel. Atualmente, a ponte de Wheatstone não é mais corriqueiramente usada para a medida de resistência, mas sim para artificiosos circuitos sensores. 

AP01 - Medição de nível de
líquidos com PTC

Circuitos eletrônicos são construídos a partir de subcircuitos com finalidades específicas. Cada um deles deve operar em termos de entrada, processamento, saída. Há permanente transferência de informações entre subcircuitos. Essas informações, sob a denominação de sinais, via de regra estão sob a forma de tensões variáveis. Isso torna inevitável que tais circuitos incluam ponte de wheatstone como parte integrante de suas estruturas. Divisores de tensão não são apenas pequenos detalhes num circuito geral, eles são fundamentais para a compreensão do circuito eletrônico como um todo. Uma vez que você os entenda e saiba como procurá-los você os encontrará em todos os circuitos, como nos exemplos abaixo.

Aplicação 01 - Medição de Nível de Líquidos com PTC

A figura abaixo ilustra uma aplicação onde PTCs estão ligados em um divisor de tensão com um resistor, cuja finalidade é medir o nível  de líquido em um tanque.

À medida que o nível do líquido sobe, a resistência dos PTCs vai se alterando, alterando a resistência total da associação. Isto provocará uma alteração da corrente que circula pelo amperímetro, que devidamente calibrado, permitirá determinar o nível do líquido.

Adequado para aplicações de medição ou controle de grande volume e baixo custo como sensoriamento do nível do líquido ou medição do fluxo de gás.

Aplicação 02 - Medição de Velocidade de Ar com PTC

AP02 - Medição de velocidade de
ar com PTC

A figura abaixo ilustra uma aplicação onde PTCs estão ligados em ponte de Wheatstone com um resistor, cuja finalidade é medir a velocidade do ar em um canal aerodinâmico.

Funcionamento: Dois PTCs permanecem onde o ar está parado e um outro é colocado dentro do canal aerodinâmico. Todos os PTCs são previamente aquecidos pela corrente que circula pela ponte.

Se o ar tiver a mesma temperatura em ambas as condições, ou seja dentro e fora do canal aerodinâmico, a ponte estará em equilíbrio.

Uma passagem de ar pelo canal fará com que o referido PTC seja mais resfriado causando então uma mudança da resistência e o desequilíbrio da ponte, que será acusado pelo amperímetro. Uma prévia calibração da escala do amperímetro permitirá a medição da velocidade do ar no canal aerodinâmico.

Aplicação 03 - Medição de pressão de Ar com NTC

O circuito desses variômetros apresentam dois termístores NTC, cada um deles medindo a temperatura do fluxo de ar que se movimenta sob a diferença de pressão ocasionadas pela alteração da altitude. O variômetro alerta o piloto para uma corrente térmica ascendente e, com isso, ele pode ganhar altura e voar durante um tempo maior. O variometro, por exemplo, que detecta mudanças na pressão do ar devido às mudanças súbitas de altitude, muito usado em planadores, é um sensor que usa dos recursos dessa ponte. 

A ponte de Wheatstone pode ser usada como variômetro. O variômetro detecta mudanças na pressão do ar devido às mudanças súbitas de altitude, muito usado em planadores, é um sensor que usa dos recursos dessa ponte de Wheatstone.

AP03 - Medição de pressão do ar com PTC

O circuito desses variometros apresentam dois termistores NTC, cada um deles medindo a temperatura do fluxo de ar que se movimenta sob a diferença de pressão ocasionadas pela alteração da altitude. O variometro alerta o piloto para uma corrente térmica ascendente e, com isso, ele pode ganhar altura e voar durante um tempo maior. Quando o instrumento é inicialmente aferido, o resistor prefixado é ajustado para uma tensão de saída ZERO. A vantagem da ponte de Wheatstone é que só diferenças de temperatura entre os dois sensores colocarão a ponte fora de equilíbrio. A propósito, os circuitos com ponte de Wheatstone são supostos prematuramente difíceis de entender. Isso não deve acontecer com você. 

Via de regra, muito devido às aulas de Física, esse circuito é normalmente desenhado sob a forma de um losangulo. Sob esse formato fica menos óbvio o circuito básico de dois divisores de tensão mas, uma vez que você sabe disso, torna-se fácil entender a ação do circuito. 

No link a seguir há exercícios de aplicação: 23_06_18 Aplicação de Ponte de Wheatstone com resistores não lineares e "LED". 

© Direitos de autor. 2004: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 23/05/2023