Los condensadores o capacitores suelen definirse por sus numerosas características. Estas características determinan en última instancia la aplicación específica, la temperatura, el rango de capacitancia y la tensión nominal de un condensador. El número de características de los condensadores es desconcertante. Además, puede resultar muy difícil interpretar y comprender la información impresa en el cuerpo de un condensador.
Los condensadores vienen en diferentes tipos o familias, y cada uno de estos grupos tiene su propio sistema de identificación y características. Algunos de estos sistemas son fáciles de interpretar. Sin embargo, otros sistemas están inundados de símbolos, letras y colores que pueden resultar confusos de comprender.
Identificar las características de un condensador suele significar averiguar a qué familia pertenece. Las familias de condensadores incluyen:
Una vez identificada la familia a la que pertenece un condensador, resulta mucho más fácil averiguar sus características.
Cuando se trata de condensadores, puede haber más de lo que parece a simple vista. Por ejemplo, que dos condensadores tengan el mismo valor de capacitancia no significa que tengan la misma tensión nominal. Es vital conocer esta información, ya que si se utiliza un condensador incorrecto (por ejemplo, un condensador con una tensión nominal más baja en lugar de un condensador con una tensión nominal más alta), el condensador puede resultar dañado e incluso destruido. La figura siguiente muestra las características físicas de un condensador.
Las características de un capacitor pueden consultarse en las fichas técnicas que facilita el fabricante. Veamos algunas de las características más importantes:
1. Capacitancia Nominal (C)
Una de las más importantes entre todas las características de los condensadores es la capacitancia nominal (C). Este valor de capacitancia nominal generalmente se mide en pico-faradios (pF), nano-faradios (nF) o micro-faradios (uF), y este valor se indica con colores, números o letras en el cuerpo de un condensador. Este valor de capacitancia nominal, que está impreso en el costado del cuerpo de un capacitor, no es necesario para igualar su valor real.
Los condensadores fijos tienen una capacitancia específica que no se puede ajustar. Los condensadores variables pueden modificarse para conseguir la capacitancia deseada dentro del rango disponible de ese condensador.
Todos los condensadores tienen una clasificación de tolerancia que varía de -20% a + 80%.
2. Voltaje de Trabajo
El voltaje de trabajo es una característica más importante de todas las características de los condensadores. La cantidad máxima de voltaje que se aplica a un capacitor sin fallar durante su vida útil se denomina voltaje de trabajo. Este voltaje de trabajo se expresa en términos de CC y también está impreso en el cuerpo de un condensador.
Generalmente, el voltaje de trabajo que está impreso en el cuerpo de un condensador, se refiere a su voltaje de CC pero no a su voltaje de CA, porque el voltaje de CA está en su valor rms. Por lo tanto, el voltaje de funcionamiento del condensador debe ser mayor que 1.414 (Vm = Vrms x√2) veces de su valor de CA real para aplicar voltaje de CA al condensador. Este voltaje de trabajo de CC especificado de un condensador es válido solo dentro de un cierto rango de temperatura, como -300C a + 700C. Si aplica un voltaje de CC o CA que es mayor que el voltaje de trabajo de un condensador, entonces el condensador puede dañarse.
Los voltajes de trabajo que se imprimen comúnmente en el cuerpo de un condensador son 10V, 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 100V, 160V, 250V, 400V y también 1000V. Todos los condensadores tendrán una vida útil más larga si funcionan dentro de sus valores de voltaje nominal y en un ambiente fresco.
3. Tolerancia (±%)
La tolerancia es la desviación relativa permisible de la capacitancia del valor nominal, que se expresa en porcentaje. Al igual que los resistores, el valor de tolerancia para el condensador también existe en valores positivos o negativos. Este valor de tolerancia generalmente se mide en pico-faradios (+/- pF) para condensadores de bajo valor que son menores a 100pF o en porcentajes (+/-%) para capacitores de mayor valor, que son mayores a 100pF.
El valor de tolerancia de un condensador se mide a una temperatura de +20°C y es válido solo en el momento de su entrega. Si se puede utilizar un condensador después de un período de almacenamiento más largo, el valor de tolerancia aumentará, pero de acuerdo con las especificaciones estándar, este valor no excederá el doble del valor medido en el momento de su entrega. Las tolerancias de entrega normalmente para condensadores bobinados son +/- (1%, 2.5%, 5%, 10%, 20%). La variación de tolerancia más común para los condensadores es del 5% o 10%, pero algunos capacitores de plástico tienen una clasificación tan baja como +/- 1%.
4. Corriente de Fuga
Todos los materiales dieléctricos que se utilizan en los condensadores para separar las placas metálicas de los condensadores no son aislantes perfectos. Permiten que la pequeña cantidad de corriente, como la corriente de fuga, fluya a través de ella. Este efecto se debe al campo eléctrico de alta potencia que se forma por las partículas de carga en las placas de un condensador cuando se le aplica voltaje de suministro (V).
La corriente de fuga de un condensador es una pequeña cantidad de corriente continua que está en nanoamperios (nA). Esto se debe al flujo de electrones a través del material dieléctrico o alrededor de sus bordes y también al descargarlo con el tiempo cuando se desconecta la fuente de alimentación.
La corriente de fuga se define como la transferencia de energía no deseada de un circuito a otro. Una definición más es que la corriente de fuga se da cuando la corriente ideal del circuito es cero. La corriente de fuga de los condensadores es un factor considerable en los circuitos de acoplamiento de amplificadores y en los circuitos de suministro de energía.
La corriente de fuga es muy baja en los condensadores de tipo película o lámina y muy alta (5-20 uA por uF) en los capacitores de tipo electrolítico (tantalio y aluminio), donde sus valores de capacitancia también son altos.
5. Temperatura de Trabajo (T)
El valor de capacitancia de un condensador varía con los cambios de temperatura que rodean al condensador. Debido a que los cambios de temperatura, provocan cambios en las propiedades del dieléctrico. La temperatura de trabajo es la temperatura de un capacitor que opera con valores nominales de voltaje. El rango general de temperaturas de trabajo para la mayoría de los condensadores es de -30°C a +125°C. En los condensadores de tipo plástico, este valor de temperatura no es superior a +700C.
El valor de capacitancia de un condensador puede cambiar si el aire o la temperatura circundante de un condensador es demasiado frío o demasiado caliente. Estos cambios de temperatura afectarán el funcionamiento real del circuito y también dañarán los demás componentes de ese circuito. Creo que no es sencillo mantener estables las temperaturas para evitar que los condensadores se frían.
Los líquidos dentro del dieléctrico se pueden perder por evaporación, especialmente en los condensadores electrolíticos (condensadores electrolíticos de aluminio) cuando funcionan a altas temperaturas (más de +850C) y también el cuerpo del condensador se daña debido a la corriente de fuga y la presión interna. Además, los condensadores electrolíticos no se pueden utilizar a bajas temperaturas, como por debajo de -100°C.
6. Coeficiente de Temperatura (CT)
El coeficiente de temperatura (CT) de un condensador describe el cambio máximo en el valor de capacitancia con un rango de temperatura especificado. Generalmente, el valor de capacitancia que está impreso en el cuerpo de un condensador se mide con la referencia de temperatura 250°C y también se debe considerar el CT de un condensador que se menciona en la hoja de datos para las aplicaciones que operan por debajo o por encima de esta temperatura. Generalmente, el coeficiente de temperatura se expresa en unidades de partes por millón por grado centígrado (PPM/°C) o como un cambio porcentual en un rango particular de temperaturas.
Algunos condensadores son lineales (condensadores de clase 1), estos son muy estables con las temperaturas; tales condensadores tienen un coeficiente de temperatura cero. Generalmente, los condensadores de mica o poliéster son ejemplos de condensadores de clase 1. La especificación CT para condensadores de clase 1 siempre especificará el cambio de capacitancia en partes por millón (PPM) por grados centígrados.
Algunos condensadores no son lineales (condensadores de clase 2), las temperaturas de estos condensadores no son estables como los condensadores de clase 1, y sus valores de capacitancia incrementarán al aumentar los valores de temperatura. Por lo tanto, estos condensadores dan un coeficiente de temperatura positivo. La principal ventaja de los condensadores de clase 2 es su eficiencia volumétrica. Estos condensadores se utilizan principalmente en las aplicaciones donde se requieren altos valores de capacitancia, mientras que la estabilidad y el factor de calidad con las temperaturas no son factores principales a considerar. El coeficiente de temperatura (TC) de los condensadores de clase 2 se expresa directamente en porcentaje. Una de las aplicaciones útiles del coeficiente de temperatura de los condensadores es usarlos para cancelar el efecto de la temperatura en otros componentes dentro de un circuito, como resistores o inductores, etc.
7. Polarización
Generalmente, los condensadores polarizados pertenecen a los condensadores de tipo electrolítico, como los condensadores de tipo aluminio y de tantalio. La mayoría de los condensadores electrolíticos están polarizados, es decir, necesita la polaridad correcta cuando el voltaje de suministro se conecta a los terminales del condensador, como el terminal positivo (+ve) a la conexión positiva (+ve) y el negativo (-ve) a la conexión negativa (-ve).
La capa de óxido dentro del condensador puede romperse por una polarización incorrecta, esto hace que fluyan altas corrientes a través del dispositivo. Como resultado, el condensador se daña como se mencionó anteriormente. Para evitar una polarización incorrecta, la mayoría de los condensadores electrolíticos tienen flechas o franjas o bandas negras o chevrones en un lado de su cuerpo para indicar sus terminales negativos (-ve) como se muestra en la siguiente figura.
Los condensadores polarizados tienen grandes corrientes de fuga si su voltaje de suministro está invertido. La corriente de fuga en los condensadores polarizados distorsiona la señal, sobrecalienta el condensador y finalmente lo destruye. La razón básica para usar condensadores polarizados es su menor costo que los condensadores no polarizados de las mismas clasificaciones de voltaje y los mismos valores de capacitancia. Básicamente, los condensadores polarizados están disponibles en unidades de micro-faradios, como 1uF, 10uF, etc.
8. Resistencia Equivalente en Serie (ESR)
La resistencia equivalente en serie (ESR) de un condensador se define como la impedancia de CA de un condensador cuando se usa a frecuencias muy altas y también teniendo en cuenta la resistencia dieléctrica. Tanto la resistencia de CC del dieléctrico como la resistencia de la placa del condensador se miden a una temperatura y frecuencia determinadas.
ESR actúa como una resistor en serie con un condensador. La ESR de un condensador es la calificación de su calidad. Sabemos que, teóricamente, un condensador perfecto no tiene pérdidas y también tiene el valor de ESR cero. A menudo, esta resistencia (ESR) provoca fallas en los circuitos de condensadores.
Los efectos de la resistencia en serie equivalente
La resistencia en serie equivalente (ESR) del condensador de salida en el circuito hace que afecte el rendimiento del dispositivo. Y también la ESR puede reducir el voltaje de alimentación de un condensador. La ESR es bastante opuesta a la resistencia de aislamiento de un condensador que se presenta como resistencia pura en paralelo con el condensador en algún tipo de condensadores. Un condensador ideal tiene solo su capacitancia y el valor de ESR es muy menor (menos de 0.1Ω).
Si aumenta el espesor dieléctrico, aumentará la ESR. Si el área de la superficie de la placa aumenta, el valor de ESR bajará. Para calcular la ESR del condensador, necesitamos algo más que un medidor de condensador estándar, como un medidor de ESR. Si el medidor de condensadores es un dispositivo útil, entonces no detectará fallas de condensadores que aumenten el valor de ESR.
En un condensador no electrolítico o un condensador con electrolito sólido, la resistencia metálica de los conductores, electrodos y pérdidas en el dieléctrico son causas de ESR. Generalmente, los valores de ESR para los condensadores cerámicos se encuentran entre 0.01 y 0.1 ohmios. Los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio con electrolito no sólido tienen valores de ESR muy altos, como varios ohmios. Un problema principal con los condensadores electrolíticos de aluminio es que los componentes del circuito se dañarán si los valores de ESR de los condensadores que se utilizan en ese circuito aumentan con el tiempo en la operación.
Generalmente, los valores de ESR son menores para los condensadores de polímero que para los condensadores electrolíticos (húmedos) del mismo valor. Por lo tanto, los condensadores de polímero pueden manejar las corrientes de ondulación más altas. Se puede usar un condensador como filtro que tiene una clasificación ESR muy baja. Los condensadores tienen la capacidad de almacenar la carga eléctrica aunque la corriente de carga no fluya a través de ellos. Los condensadores utilizados en los televisores, flashes fotográficos y bancos de condensadores son generalmente de tipo electrolítico. De acuerdo con la regla del pulgar, los cables de los condensadores de gran valor no deben tocarse nunca después de retirar la fuente de alimentación.