Los condensadores electrolíticos, también conocido como condensador polarizado, se utilizan principalmente cuando se requiere un elevado almacenamiento de carga en un volumen reducido. En los condensadores electrolíticos, el electrolito líquido actúa como uno de los electrodos (sobre todo actúa como cátodo). Para entender mejor el concepto de condensador electrolítico, primero debemos conocer el funcionamiento de un condensador común.
Un condensador es un dispositivo electrónico que almacena carga eléctrica. Está formado por dos placas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico. Se utilizan diferentes tipos de materiales aislantes para construir el dieléctrico en función del uso.
Las placas conductivas del condensador son buenas conductoras de la electricidad. Por lo tanto, permiten fácilmente el paso de la corriente eléctrica a través de ellas. En cambio, un medio o material dieléctrico es un mal conductor de la electricidad. Por lo tanto, no permite que la corriente eléctrica pase a través de él.
Cuando se aplica la tensión al condensador de tal manera que el terminal negativo de la batería se conecta a la placa del lado derecho y el terminal positivo de la batería se conecta a la placa del lado izquierdo, el condensador comienza a cargarse.
Debido a esta tensión de alimentación, los electrones comienzan a fluir desde el terminal negativo de la batería y llegan a la placa del lado derecho. Después de llegar a la placa derecha, los electrones experimentan una fuerte oposición del material dieléctrico, ya que éste es un mal conductor de la electricidad.
Como resultado, un gran número de electrones quedan atrapados en el condensador de la placa derecha. Sin embargo, este gran número de electrones ejerce una fuerza o campo eléctrico hacia la placa del lado izquierdo. Por lo tanto, los electrones en la placa del lado izquierdo experimentan una fuerza de repulsión por el exceso de electrones en la placa del lado derecho. Como resultado, los electrones se alejan de la placa izquierda y son atraídos hacia el terminal positivo de la batería.
Por lo tanto, la placa del lado derecho se carga más negativamente (se acumula carga negativa) debido a la ganancia de electrones en exceso. Por otro lado, la placa del lado izquierdo se carga más positivamente (se acumula carga positiva) debido a la pérdida de electrones. Como resultado, se establece una tensión entre las placas. Así es como funciona el condensador normal.
El condensador electrolítico también se carga en su mayor parte de forma similar. Sin embargo, el material utilizado en la construcción del condensador electrolítico es diferente.
¿Qué es un Condensador Electrolítico?
Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que utiliza un electrolito para conseguir una mayor capacitancia o un elevado almacenamiento de carga. El electrolito es un fluido o gel con un gran número de iones. La alta reactancia capacitiva de los condensadores electrolíticos tiene ventajas y desventajas.
Características de los Condensadores Electrolíticos
Se caracterizan por una elevada corriente de fuga, una resistencia equivalente en serie y una vida útil limitada. Los condensadores electrolíticos pueden ser de electrolito líquido o de polímero. Suelen estar hechos de aluminio o tantalio, pero también pueden utilizarse otros materiales. La mayoría de los condensadores electrolíticos tienen polarización, lo que significa que la tensión en el electrodo positivo debe ser mayor que la tensión en el electrodo negativo.
Cómo se Fabrican los Condensadores Electrolíticos
La figura anterior es un diagrama de la estructura interna de un condensador electrolítico de uso común. La mayoría de los condensadores electrolíticos (también conocidos como e-caps) son condensadores polarizados que están formados principalmente por dos finas capas de lámina metálica y un espaciador de papel lleno de electrolito. Una capa de óxido dieléctrico actúa como medio dieléctrico, es decir, como aislamiento eléctrico entre las láminas del ánodo y del cátodo.
El supercondensador es un condensador electrolítico único, que suele llamarse condensador de doble capa. Su rango de potencia puede oscilar entre cientos de faradios y miles de faradios.
Símbolo del Condensador Electrolítico
El símbolo del condensador electrolítico se muestra en la siguiente figura. El condensador electrolítico se representa mediante dos líneas rectas paralelas o una línea recta y una línea curva.
Se escribe un signo más o menos cerca de cualquiera de las líneas para representar si es un terminal positivo o negativo (ánodo o cátodo). La tensión debe aplicarse al terminal correcto. De lo contrario, el condensador puede resultar dañado.
Polaridad
Conocer la polaridad de cualquier dispositivo es importante para construir cualquier circuito electrónico. Conectar en el sentido contrario puede destruir el condensador. Aunque algunos condensadores no están polarizados, como los condensadores cerámicos (1 µF o menos), pueden conectarse de cualquier manera.
En algunos casos, el cable positivo del condensador es más largo que el negativo. A veces, los terminales del condensador están recortados, por lo que el usuario debe tener cuidado al conectar el condensador.
Los condensadores de tantalio y aluminio tienen una polaridad marcada con el signo más (+) que indica el lado del ánodo.
Los condensadores electrolíticos de tipo no sólido tienen una polaridad marcada con el signo menos (-) que indica el lado del cátodo.
Los condensadores electrolíticos de tipo sólido constan de una polaridad marcada con el signo más que indica el lado del ánodo, pero está ausente en los condensadores cilíndricos y condensadores SMD.
Por qué Elegir Condensadores Electrolíticos
Un condensador electrolítico puede adaptarse a circuitos de mayor frecuencia que un condensador cerámico debido a sus altos valores de capacitancia. Además, hacen un mejor trabajo que los supercondensadores en el manejo de la corriente de rizado. Y se construyen a bajo volumen, lo que ahorra mucho espacio en una placa, ahorrando costes directos.
¿Qué es un Electrolito?
Un electrolito es un conductor eléctrico líquido en el que la corriente eléctrica es transportada por los iones en movimiento. Por ejemplo, en nuestra sangre, los electrolitos o minerales transportan la carga eléctrica. Los electrolitos más comunes son el sodio, el potasio, el cloro, el calcio y el fósforo.
En los electrolitos, los iones son de dos tipos: aniones (-) y cationes (+). El anión es un ion que tiene más electrones que protones. Sabemos que los electrones están cargados negativamente y los protones positivamente. Debido al exceso de electrones respecto a los protones, la carga total del átomo o anión se vuelve negativa. Por lo tanto, los aniones se denominan iones con carga negativa. Estos aniones cargados negativamente llevan carga negativa.
Por otro lado, el catión tiene menos electrones que los protones. Debido al menor número de electrones que de protones, la carga total del átomo o catión se vuelve positiva. Por lo tanto, los cationes se denominan iones con carga positiva. Estos cationes cargados positivamente tienen carga positiva.
Tipos de Condensadores Electrolíticos
Los condensadores electrolíticos se clasifican en tres tipos en función del material utilizado para construir el dieléctrico:
- Condensadores electrolíticos de aluminio
- Condensadores electrolíticos de tantalio
- Condensadores electrolíticos de niobio
En este tutorial se explica el condensador electrolítico de aluminio. Los condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio y niobio funcionan de manera similar. Sin embargo, el material utilizado para construir los electrodos es diferente.
Condensador Electrolítico de Aluminio
El condensador electrolítico de aluminio está formado por dos láminas de aluminio, una capa de óxido de aluminio, un papel electrolítico o un separador de papel empapado en líquido o soluciones electrolíticas y un electrolito líquido o sólido. El líquido electrolítico contiene átomos o moléculas que han perdido o ganado electrones.
En el condensador electrolítico de aluminio, el ánodo (+) y el cátodo (-) se construyen con papel de aluminio puro. El papel de aluminio del ánodo está recubierto con una fina capa de óxido de aluminio aislante (elemento de aluminio con elemento de oxígeno). Este papel de aluminio aislante actúa como dieléctrico del condensador electrolítico que bloquea el flujo de corriente eléctrica. El cátodo y el ánodo recubierto de óxido están separados por un papel electrolítico (que está empapado en un líquido electrolítico).
La lámina de aluminio del cátodo también está cubierta por una capa de óxido aislante muy fina o dieléctrica formada naturalmente por el aire. Sin embargo, esta capa de óxido es muy fina en comparación con la capa de óxido formada en el ánodo.
Por lo tanto, la construcción del condensador electrolítico de aluminio se parece a dos condensadores conectados en serie con la capacitancia del ánodo CA y la capacitancia del cátodo CK.
La capacidad total del condensador se obtiene así a partir de la fórmula de la conexión en serie de dos condensadores.
Donde,
- CA = Capacitancia del ánodo
- CK = Capacidad del cátodo
- CCE = Capacidad total del condensador electrolítico
Sabemos que la capacitancia o almacenamiento de carga del condensador es directamente proporcional a la superficie de las placas conductoras o electrodos e inversamente proporcional al espesor del dieléctrico. En otras palabras, los condensadores con electrodos grandes almacenan una gran cantidad de carga, mientras que los condensadores con electrodos pequeños almacenan una pequeña cantidad de carga. Del mismo modo, los condensadores con un dieléctrico muy grueso almacenan una pequeña cantidad de carga, mientras que los condensadores con un dieléctrico muy fino almacenan una gran cantidad de carga.
En los condensadores normales, el dieléctrico es muy grueso, lo que se traduce en una baja capacitancia por volumen. En los condensadores electrolíticos, el electrolito actúa como cátodo real que tiene una gran superficie y el dieléctrico es muy fino. Por lo tanto, debido a la gran superficie del electrodo y al fino dieléctrico, en los condensadores electrolíticos se consigue una gran cantidad de almacenamiento de carga.
La conductividad eléctrica del condensador electrolítico aumenta a medida que sube la temperatura y disminuye a medida que baja la temperatura. Como resultado, la capacitancia o el almacenamiento de carga del condensador electrolítico de aluminio también aumenta a medida que la temperatura sube y disminuye a medida que la temperatura baja. Por lo tanto, la capacitancia del condensador electrolítico de aluminio se ve afectada en gran medida por el cambio de temperatura.
La mayoría de los condensadores electrolíticos están polarizados, es decir, la tensión aplicada a los terminales debe estar en la polaridad correcta (positivo conectado al terminal positivo y negativo conectado al terminal negativo). Si se conecta en la dirección inversa o incorrecta, el condensador puede sufrir un cortocircuito, es decir, una gran corriente eléctrica fluye a través del condensador y eso puede dañar permanentemente el condensador.
En los condensadores polarizados, un signo menos (-) o un signo más (+) está claramente marcado en uno de los dos terminales. Esta polaridad debe respetarse.
Aplicaciones del Condensador Electrolítico
Las aplicaciones de los condensadores electrolíticos son las siguientes:
- Se utiliza en aplicaciones de filtrado para reducir el ondulado en las fuentes de alimentación
- Se utiliza como filtro de paso bajo para suavizar las señales de entrada y salida
- Se utiliza en circuitos de amplificación de audio como filtros para reducir el zumbido
Cómo Leer un Condensador Electrolítico
En el caso de los condensadores comunes, el valor de la capacitancia y la tensión nominal máxima están impresos en la envoltura. Un condensador que lleva impreso «4.7μF 25V» tiene un valor nominal de capacitancia de 4.7μF y una tensión nominal máxima de 25 voltios, que nunca debe superarse.
En el caso de los condensadores electrolíticos SMD, existen dos tipos básicos de marcado. El primero especifica el valor en microfaradios y el voltaje de funcionamiento. Por ejemplo, utilizando esta técnica, un condensador de 4.7 μF con una voltaje de funcionamiento de 25 voltios llevaría la marca «4.7μF 25v».
En el otro sistema de marcado, una letra va seguida de 3 números. La letra representa la puntuación del voltaje según la tabla que figura a continuación.
| Letra | Voltaje |
| e | 2.5 |
| G | 4 |
| J | 6.3 |
| A | 10 |
| C | 16 |
| D | 20 |
| E | 25 |
| V | 35 |
| H | 50 |
Los dos primeros números representan el valor en picofaradios, mientras que el tercer número es el cero absoluto que se aporta a los 2 primeros. Por ejemplo, un condensador de 4.7 μF con una puntuación de voltaje de 25 voltios llevaría el marcado E476. Esto equivale a 47000000 pF = 47000 nF = 47 μF.
Diferencia Entre Condensador Electrolítico y Cerámico
Estabilidad
Los condensadores electrolíticos tienen menor estabilidad que los cerámicos y su capacidad podría alterarse en condiciones de alta tensión y cambios de temperatura.
Los condensadores cerámicos pueden soportar condiciones de alta frecuencia y alto voltaje, manteniendo su capacidad estable.
Aplicaciones
Aunque pueden aparecer en la misma aplicación, como la placa base de un ordenador personal, los condensadores electrolíticos realizan un gran trabajo de desacoplamiento/filtrado de baja frecuencia y, por tanto, pueden utilizarse como filtros de baja frecuencia.
Por otro lado, los condensadores cerámicos son una mejor opción cuando se trata de ruido de alta frecuencia.
Tamaño y forma
En cuanto a la apariencia, un condensador electrolítico se parece a una lata de refresco de cola con tamaños versátiles.
Los condensadores cerámicos son componentes con forma de disco y tienen el tamaño de una moneda o incluso más pequeño.
Polarización
Como se ha mencionado, un condensador electrolítico está generalmente polarizado (pero aún así hay algunos diseñados para su uso en circuitos de CA).
Los condensadores cerámicos no suelen estar polarizados y no requieren una tensión de polarización directa.