El condensador cerámico es el tipo de condensador más común utilizado en la mayoría de los circuitos electrónicos, ya que son más fiables y más baratos de fabricar.
Estos condensadores están formados por discos de cerámica o porcelana y se dice que existen en una forma no polarizada que se utiliza en diversas industrias. El material cerámico es conocido por ser un excelente dieléctrico debido a su escasa conductividad y también un eficaz soporte de los campos electrostáticos.
Estos condensadores se utilizan principalmente cuando se requiere un tamaño físico pequeño y un gran almacenamiento de carga.
Continúe leyendo para conocer más sobre sus tipos, características, usos y en qué se diferencia de un condensador electrolítico.
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Un condensador cerámico (también denominado capacitor cerámico) es un tipo de condensador que utiliza un material cerámico como dieléctrico. La cerámica fue uno de los primeros materiales utilizados en la fabricación de condensadores, ya que era un aislante conocido.
Se utilizaron muchas geometrías en los condensadores cerámicos, de las cuales algunas, como los condensadores cerámicos tubulares y los condensadores de capa de barrera, están obsoletas hoy en día debido a su tamaño, efectos parásitos o características eléctricas.
Los condensadores cerámicos son pequeños y livianos y pueden almacenar una cantidad relativamente grande de energía para su tamaño. También son conocidos por su excelente estabilidad, bajo costo y alta resistencia de aislamiento.
Los tipos de condensadores cerámicos más utilizados en la electrónica moderna son el condensador cerámico multicapa, también denominado condensador de chip multicapa (MLCC) y el condensador de disco cerámico.
Los MLCC son los condensadores más producidos, con una cantidad aproximada de 1000 billones de dispositivos al año. Se fabrican con tecnología SMD (montaje en superficie) y son muy utilizados debido a su pequeño tamaño.
Los condensadores cerámicos suelen fabricarse con valores de capacitancia muy pequeños, normalmente entre 1nF y 1µF, aunque son posibles valores de hasta 100µF.
Los condensadores cerámicos también son muy pequeños y tienen una tensión nominal máxima baja. Estos condensadores cerámicos tienen una gran respuesta en frecuencia debido a los bajos efectos parásitos como la resistencia o la inductancia.
Polaridad del condensador cerámico
Es importante entender que la polaridad de los condensadores es uno de los puntos esenciales a tener en cuenta al conectar condensadores en un circuito eléctrico. Los condensadores pueden clasificarse en dos grupos en función de su polaridad:
- Condensador polarizado
- Condensador no polarizado
Cuando un condensador está polarizado, tiene dos terminales, denominados ánodo y cátodo. Estos terminales se tienen en cuenta al conectarlos en un circuito. En cambio, cuando el condensador no está polarizado, no hay ningún terminal implicado y, por lo tanto, puede utilizarse de cualquier forma.
Los condensadores cerámicos no están polarizados, lo que significa que pueden conectarse con seguridad a una fuente de CA.
Construcción de un Condensador Cerámico
En un condensador cerámico, se utiliza material cerámico para construir el dieléctrico y metales conductores para construir los electrodos. El dieléctrico es el material aislante colocado entre los electrodos de un condensador.
El material cerámico se elige como dieléctrico por su gran capacidad de permitir la atracción y repulsión electrostática. Además, los materiales cerámicos son malos conductores de la electricidad. Por lo tanto, no permiten el flujo de cargas eléctricas a través de ellos. En cambio, los electrodos del condensador cerámico son buenos conductores de la electricidad. Por lo tanto, permiten fácilmente el paso de la corriente eléctrica a través de ellos.
Tipos de condensadores cerámicos
Los dos tipos más comunes de condensadores cerámicos son
Condensador de Disco Cerámico
Los condensadores de disco cerámico se fabrican recubriendo de plata ambas caras del disco cerámico. El disco cerámico actúa como dieléctrico y la plata recubierta en ambas caras del disco actúa como electrodo. Para una baja capacitancia, se utiliza un solo disco cerámico recubierto de plata, mientras que para una alta capacitancia se utilizan múltiples capas.
Los cables de cobre se unen al disco cerámico mediante una técnica de soldadura. Se aplica una capa protectora al condensador de disco cerámico para protegerlo del calor.
El área del disco cerámico o dieléctrico y el espacio entre los electrodos de plata también determinan la capacitancia del condensador de disco cerámico. La principal desventaja del uso del condensador de disco cerámico es su gran cambio de capacitancia con un ligero cambio de temperatura.
Condensador Cerámico Multicapa (MLCC)
El condensador cerámico multicapa (MLCC) está formado por múltiples capas de material cerámico y electrodos conductores colocados uno encima del otro. Los electrodos conductores se colocan entre cada capa de material cerámico. En el MLCC, las múltiples capas de material cerámico actúan como dieléctrico.
Las múltiples capas de cerámica y electrodos se ponen en contacto a través de las superficies terminales. De este modo, se construyen múltiples capas de material cerámico y electrodos. Algunos MLCC contienen cientos de capas de cerámica y electrodos, cada capa con un grosor de sólo unos pocos micrómetros.
La capacitancia de cada capa en el MLCC es la misma. La capacidad total del MLCC se obtiene multiplicando la capacitancia de una capa por el número total de capas.
Por ejemplo, si cada capa tiene una capacitancia de 2 pF y el total de capas en el MLCC es de 50. La capacitancia total es igual a 100 pF.
Capacitancia total del MLCC = 2 pF × 50 = 100 pF
La capacitancia del MLCC aumenta al reducir el espacio entre las capas dieléctricas de cerámica.
Características de un capacitor cerámico
Precisión y tolerancias exactas
En la actualidad existen dos clases de capacitores cerámicos: de clase 1 y de clase 2. Los condensadores cerámicos de clase 1 se utilizan cuando se requiere alta estabilidad y bajas pérdidas. Son muy precisos y el valor de la capacitancia es estable con respecto a la tensión aplicada, la temperatura y la frecuencia. Los capacitores de la serie NP0 tienen una estabilidad térmica de la capacitancia de ±0,54% dentro del intervalo de temperatura total de -55 a +125 °C. Las tolerancias del valor nominal de la capacitancia pueden ser tan bajas como el 1%.
Los capacitores de clase 2 tienen una alta capacitancia por volumen y se utilizan para aplicaciones menos sensibles. Su estabilidad térmica suele ser de ±15% en el rango de temperatura de funcionamiento, y las tolerancias de valor nominal rondan el 20%.
Ventajas del pequeño tamaño
Cuando se requieren altas densidades de empaquetado de componentes, como ocurre en la mayoría de las modernas placas de circuito impreso (PCB), los dispositivos MLCC ofrecen una gran ventaja en comparación con otros capacitores. Para ilustrar este punto, el encapsulado del capacitor cerámico multicapa «0402 mide sólo 0.4 mm x 0.2 mm. En un encapsulado de este tipo, hay 500 o más capas cerámicas y metálicas. El grosor mínimo de la cerámica en 2010 es del orden de 0.5 micras.
Alta tensión y alta potencia
Se pueden fabricar condensadores cerámicos físicamente más grandes para soportar voltajes mucho más altos y se denominan condensadores cerámicos de potencia. Son físicamente mucho más grandes que los que se utilizan en las placas de circuito impreso y tienen terminales especializados para una conexión segura a una fuente de alimentación de alta tensión. Los condensadores cerámicos de potencia se pueden fabricar para soportar tensiones de entre 2 kV y 100 kV, con una potencia especificada muy superior a los 200 voltio-amperios.
Los MLCC más pequeños que se utilizan en placas de circuitos impresos soportan tensiones desde unos pocos voltios hasta varios cientos de voltios, dependiendo de la aplicación.
Clases dieléctricas de condensadores cerámicos
La clase de un condensador cerámico ayuda en su selección según su uso. Estas clases dieléctricas se mencionan a continuación:
Clase 1
- Ofrecen el máximo rendimiento en cuanto a estabilidad y pérdidas.
- Se utilizan en osciladores y filtros por su baja pérdida.
- Se utilizan en condensadores de alta tolerancia por sus coeficientes de temperatura estables.
- El rendimiento del dieléctrico del condensador cerámico se define por tres características, y son cambios de cifras significativas en la capacitancia con respecto a la temperatura.
- El segundo carácter numérico que da el multiplicador.
- El tercer carácter es una letra que da el error máximo en el ppm/C.
Clase 2
- La capacitancia depende de la tensión aplicada.
- Los dieléctricos de clase 2 presentan un coeficiente de temperatura no lineal.
- Se utilizan en aplicaciones de acoplamiento y desacoplamiento.
- Una vez más, el rendimiento se basa en tres características. El primer carácter es la letra y explica la temperatura de funcionamiento en el extremo inferior.
- El segundo carácter es numérico y explica la temperatura de funcionamiento de gama alta.
- El tercer carácter es una letra y explica el cambio de capacitancia con respecto a la temperatura.
Clase 3
- Los valores de permitividad de los dieléctricos de clase 3 son extremadamente altos, hasta 50000 veces superiores a los dieléctricos de clase 2.
- Tienen pérdidas elevadas y son condensadores dependientes de la tensión.
Clase 4
- También se conocen como condensadores de capa de barrera.
Estas clases de condensadores cerámicos están normalizadas por organismos internacionales como la CEI, Comisión Electrotécnica Internacional, y la EIA, Alianza de Industrias Electrónicas.
Para qué sirve un condensador cerámico
Teniendo en cuenta que los MLCC son los condensadores más producidos en la industria electrónica, no hace falta decir que existen innumerables aplicaciones para estos condensadores.
Una aplicación interesante de alta precisión y alta potencia es un circuito resonante en estaciones transmisoras. Los condensadores de alta potencia de clase 2 se utilizan en fuentes de alimentación láser de alta tensión, disyuntores de potencia, hornos de inducción, etc.
Los condensadores SMD (montaje superficial) de pequeño tamaño se utilizan a menudo en placas de circuitos impresos y las aplicaciones de alta densidad utilizan condensadores comparables al tamaño de un grano de arena.
También se utilizan en convertidores CC-CC que someten a los componentes a una gran tensión en forma de altas frecuencias y altos niveles de ruido eléctrico. Los condensadores cerámicos también pueden utilizarse como condensadores de uso general, ya que no están polarizados y están disponibles en una gran variedad de capacitancias, tensiones nominales y tamaños.
Muchos aficionados, especialmente en el campo de la robótica, están familiarizados con los condensadores de disco cerámicos que se utilizan en los motores de CC de escobillas para minimizar el ruido de radiofrecuencia.
Beneficios de los Condensadores Cerámicos
- En el mercado se puede encontrar cualquier tamaño o forma.
- Al mismo tiempo, los condensadores cerámicos son baratos.
- También son ligeros.
- Pueden ser diseñados para soportar una tensión suficientemente alta (hasta 100V).
- Su rendimiento es fiable.
- Son adecuados para su uso en circuitos integrados híbridos.
Diferencia entre condensador cerámico y electrolítico
Construcción: Los condensadores cerámicos se fabrican a partir de capas de material cerámico cocido a altas temperaturas y recubierto con electrodos metálicos. Son pequeños, ligeros y tienen una tangente de pérdida muy baja, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta frecuencia. Los condensadores electrolíticos, por su parte, se fabrican enrollando capas de papel de aluminio y una fina tira de papel o polímero y sumergiéndolas después en una solución electrolítica. Son más grandes y pesados que los condensadores cerámicos y tienen una tangente de pérdida mayor, lo que los hace menos adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.
Capacitancia: Los condensadores cerámicos suelen tener valores de capacitancia más bajos que los electrolíticos. La capacitancia de un condensador es una medida de su capacidad para almacenar carga eléctrica y suele medirse en microfaradios (µF). Los condensadores cerámicos suelen tener valores comprendidos entre 1 pF y 100 nF, mientras que los electrolíticos pueden tener valores de hasta varios miles de µF.
Tensión nominal: Los condensadores electrolíticos tienen una tensión nominal mucho mayor que los condensadores cerámicos. La tensión nominal de un condensador es la tensión máxima que puede aplicarse a través de él sin dañarlo. Los condensadores cerámicos suelen tener una tensión nominal de entre 25 V y 50 V, mientras que los electrolíticos pueden tener una tensión nominal de hasta varios cientos de voltios.
Polarización: Los condensadores electrolíticos están polarizados, lo que significa que tienen un terminal positivo y otro negativo. La polaridad de un condensador electrolítico debe respetarse cuando se conecta en un circuito, ya que invertir la polaridad puede dañar el condensador. Los condensadores cerámicos no están polarizados y pueden conectarse en cualquier dirección.
Costo: Los condensadores cerámicos suelen ser más baratos que los electrolíticos.
En resumen, los condensadores cerámicos son componentes pequeños de alta frecuencia con valores de capacitancia bajos y valores nominales de tensión bajos, mientras que los condensadores electrolíticos son componentes más grandes de baja frecuencia con valores de capacitancia altos y valores nominales de tensión altos. Se utilizan en distintos tipos de circuitos y aplicaciones, y la selección del tipo de condensador adecuado depende de los requisitos específicos del circuito.
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Para verificar un capacitor cerámico con un multímetro, primero gire el multímetro a su configuración de resistencia más baja. Conecte un cable del multímetro a un cable del capacitor y los otros cables del multímetro al otro cable del capacitor. La lectura debe ser cercana a cero ohmios. Si la lectura no es cercana a cero, es probable que el condensador esté dañado y deba reemplazarse.
Preguntas Frecuentes
Un capacitor cerámico es un componente electrónico que almacena y libera energía eléctrica. Consta de dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico cerámico.
Los capacitores cerámicos tienen varias ventajas, que incluyen bajo costo, altos valores de capacitancia, alta estabilidad y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.
El inconveniente fundamental del condensador cerámico es que no puede alcanzar los altos valores de capacitancia del tipo polarizado.
El rango de capacitancia típico de un capacitor cerámico es de 10 pF a 0.1 μF.
La disponibilidad de voltaje nominal del capacitor cerámico es de alrededor de 2 V y más.
Cuando un condensador cerámico contiene tres números, como 101, 102 o 103, los valores implican que deben medirse en picofaradios.
Cuando se utiliza el mismo condensador usando alfabetos en lugar de números, como ABC, el valor se calcula como AB x 10C picofaradio.
Los diferentes tipos de capacitores cerámicos incluyen capacitores cerámicos multicapa (MLCC), capacitores de disco cerámico y capacitores de potencia cerámicos.
Los condensadores cerámicos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluidas fuentes de alimentación, circuitos de RF, circuitos de audio, circuitos de desacoplamiento y filtrado y circuitos de temporización.
No, los condensadores cerámicos no están polarizados, lo que significa que se pueden conectar en cualquier dirección sin dañar el componente.
Sí, los condensadores cerámicos pueden fallar con el tiempo debido a factores como temperaturas extremas, picos de voltaje y tensión mecánica.
Los condensadores cerámicos generalmente se consideran respetuosos con el medio ambiente ya que no contienen materiales peligrosos como plomo o mercurio. Sin embargo, aún pueden contribuir a la generación de desechos electrónicos si no se eliminan adecuadamente.