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.

Os capacitores estão disponíveis em diversos tamanhos e formatos. Uma coisa em comum para todos é que, para um mesmo tipo de construção e dielétrico, quanto maior a capacitância exigida, maior o tamanho do capacitor. Esse aumento é devido ao efeito da área e da espessura do dielétrico sobre o nível de capacitância. 

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 de haste imergida: 

Figura 04 - Capacitor de
haste imergida.

O terceiro método mais comum é usar o próprio dielétrico para estabelecer o formato do corpo. Então, simplesmente é inserida uma haste para funcionar como placa positiva e a superfície do revestida do cilindro forma a placa negativa. 

Estes capacitores são produzidos ao se imergir o dielétrico (podendo ser de tântalo ou mica) em um condutor derretido para que seja formada uma fina camada condutiva sobre o dielétrico. Por causa disso, os capacitores de tântalo imersos precisam da informação impressa de sua polaridade, lembrando que o terminal positivo é o maior. 

Capacitor variável:

Figura 05 - 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 06 - 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 07 - 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 08 - 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 09 - 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 10 - 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 11 - 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 12 - 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 13 - 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 14 - 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 15 - 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 16 - 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. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/04/2024