Capacitores de película de sulfuro de polifenileno (PPS) para montaje superficial

Transcripción

1 CAPACITORES INTRODUCCIÓN Los capacitores son componentes eléctricos y electrónicos capaces de almacenar energía eléctrica, la cantidad de energía almacenada dependerá de las características del mismo componente. Estos, están compuestos por dos placas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico. La capacidad de almacenamiento de energía eléctrica es directamente proporcional a la superficie de las placas e inversamente a la distancia de separación entre placas. Por esto, se entiende que, la capacidad también dependerá del tipo de material dieléctrico utilizado. Capacitores de película de sulfuro de polifenileno (PPS) para montaje superficial Los capacitores de este tipo, constan de varios dieléctricos apilables metalizados de este aislante. Son fabricados para montaje de superficie (SMD), por lo que su aspecto externo difiere mucho de los demás capacitores antes conocidos. Su tensión aplicada entre placas no debe ser mayor de 50 V, el dieléctrico se perfora con tensiones aplicadas durante un tiempo máximo de 5 segundos, si la tensión es superior al 175 % del valor nominal. Sus valores de capacidad están entre 100 pf y 100 nf. Sus dimensiones, dependen de su capacidad, según se indica en la tabla siguiente: Capacidad Longitud Ancho Alto De 100 pf a 2.2 nf nf nf nf nf nf Capacitores cerámicos Este tipo de capacitor, es el que más se acerca al capacitor ideal, ya que su inductancia, factor de potencia y tangente de pérdidas son prácticamente nulas. Estos capacitores consisten en un tubito de cerámica obtenida por extracción. El tubo es metalizado interiormente, de forma que uno de los extremos sobresalga y cubra una estrecha faja en la parte exterior. El resto de la superficie exterior se metaliza de forma que deje una faja libre para que no haga contacto eléctrico con la anterior.

2 Las armaduras del capacitor quedan así formadas por las dos capas metálicas que cubren interior y exteriormente el tubo cerámico. El conjunto se recubre con una laca protectora, sobre la que se imprime con cifras o franjas de color el valor dado al componente, u otros datos que se verán posteriormente. De los dos terminales, el de la armadura exterior es el que debe conectarse al punto común por razones de seguridad y de radiación de la armadura viva. Los capacitores cerámicos de disco están constituidos por un disco cerámico cuyas dos caras se han metalizado y sobre las cuales se sueldan las terminales de conexión. En este tipo de capacitores, también se fabrican con tecnología multicapa, por lado todas las capas pares y, por el otro, las capas impares. La capacidad se aumenta, ya que el resultado es la suma de todas las superficies. capacitores cerámicos multicapa con indicación de las partes que lo forman. En la fig. Se muestra el corte esquematizado de En esta figura no se muestran las patitas de conexión, sino unas terminales longitudinales a ambos lados, cuya finalidad es que servir como puntos de soldadura sobre circuitos impresos en cadenas de montaje automatizadas (SMD). Su tamaño es muy pequeño: tan sólo 3,45 mm de largo por 1.85 mm de ancho en el formato industrial estándar 1206; o de 2 mm de largo, por 1,25 mm de ancho y 0.7 mm de espesor en el formato industrial estándar Capacitores de poliéster Este tipo de capacitores ha sustituido a los de papel. Su construcción es idéntica, con la única diferencia de sustituir el dieléctrico de papel con uno de poliéster y metalizar los extremos salientes de las cintas de aluminio de tal forma que las espiras de las mencionadas cintas queden cortocircuitadas, reduciéndose así la inductancia parásita creada por las espiras. Por lo anterior, se les conoce como los capacitores de inductancia pobre. Estos presentan varias ventajas sobre los de papel, entre las que destacan las siguientes: mayor resistencia mecánica, no ser higroscópicos y soportar un amplio margen de temperaturas que van desde -55 o C a +150 o C, destacando también su gran rigidez dieléctrica. El dieléctrico de poliéster carece de poros y de un espesor muy pequeño (inferior a 1 μm). En el caso de los capacitores miniatura de película ultra delgada de poliéster el espesor del dieléctrico está comprendido entre 1.5 y 2 μm (de 15 a 20 veces más fino que un cabello humano normal).

3 La capacidad en este tipo de capacitores tiende a aumentar ligeramente con la temperatura, mientras que disminuye al aumentar la frecuencia. Por ejemplo, al aplicar 100 KHz, la capacidad disminuye en un 3 % aproximadamente. A partir de este valor de frecuencia el porcentaje de disminución va en aumento considerable, por lo que no se recomienda su utilización en circuitos donde la frecuencia sea de varios megahercios. Se fabrican con capacidades comprendidas entre 2 pf y 10 μf según tipo y modelo, con tensiones de servicio comprendidas entre 30 y 1000 V. Capacitores de poliéster Este tipo de capacitores ha sustituido a los de papel. Su construcción es idéntica, con la única diferencia de sustituir el dieléctrico de papel con uno de poliéster y metalizar los extremos salientes de las cintas de aluminio de tal forma que las espiras de las mencionadas cintas queden cortocircuitadas, reduciéndose así la inductancia parásita creada por las espiras. Por lo anterior, se les conoce como los capacitores de inductancia pobre. Estos presentan varias ventajas sobre los de papel, entre las que destacan las siguientes: mayor resistencia mecánica, no ser higroscópicos y soportar un amplio margen de temperaturas que van desde -55 o C a +150 o C, destacando también su gran rigidez dieléctrica. El dieléctrico de poliéster carece de poros y de un espesor muy pequeño (inferior a 1 μm). En el caso de los capacitores miniatura de película ultra delgada de poliéster el espesor del dieléctrico está comprendido entre 1.5 y 2 μm (de 15 a 20 veces más fino que un cabello humano normal). La capacidad en este tipo de capacitores tiende a aumentar ligeramente con la temperatura, mientras que disminuye al aumentar la frecuencia. Por ejemplo, al aplicar 100 KHz, la capacidad disminuye en un 3 % aproximadamente. A partir de este valor de frecuencia el porcentaje de disminución va en aumento considerable, por lo que no se recomienda su utilización en circuitos donde la frecuencia sea de varios megahercios. Se fabrican con capacidades comprendidas entre 2 pf y 10 μf según tipo y modelo, con tensiones de servicio comprendidas entre 30 y 1000 V. Valor capacitivo La capacidad de almacenamiento de la electricidad de un capacitor se expresa en faradios (F). Sin embargo, como esta unidad es excesivamente grande, en práctica se utilizan los submúltiplos pf, nf y µf. La unidad de capacidad, el faradio, corresponde a la capacidad de almacenar una cantidad de electricidad de 1 culombio en un capacitor a la que se aplica una tensión de 1 voltio, es decir: Dado que uno de los factores que más en la capacidad de un capacitor es su dieléctrico, es lógico pensar que no todos los tipos de capacitores estudiados cubren toda la gama de capacidades necesarias en el diseño de un equipo electrónico, es decir, que cada tipo de capacitor tiene límites de capacidades determinadas. Tolerancia En valor real de la capacidad de un capacitor, es diferente dentro de ciertos límites. Estas discrepancias son debidas al proceso de fabricación y se designan por tolerancias. En algunos casos la tolerancia negativa no es igual a la tolerancia positiva, es decir, en un capacitor, por ejemplo, electrolítico, de 125 mf con una tolerancia de 10 % +50 %, el valor real del capacitor está comprendido entre:

4 Corriente de carga Al conectar un capacitor descargado a una fuente de alimentación de CC, o entre dos puntos de bajo voltaje, circulará una corriente que tiende a disminuir a medida que el capacitor se va cargando, hasta desaparecer al quedar totalmente cargado. A esta corriente, se le denomina corriente de carga. Si la fuente es alterna, el componente sufre sucesivas cargas y descargas a la velocidad de los cambios de sentido de la corriente alterna, por lo que circula una corriente de carga en ambos sentidos. Esta corriente tiene la particularidad de estar desfasada 90 adelante con respecto al voltaje aplicado al capacitor. Al observar la figura, en esta se puede apreciar como en el instante t 0, es decir, cuando el capacitor queda conectado a la fuente de alimentación, la corriente es máxima, siendo la tensión nula. A medida que el tiempo avanza, es decir, en los instantes t 1, t 2, t 3,... la corriente de carga va disminuyendo progresivamente de valor, por estarse cargando las placas del capacitor hasta quedar prácticamente saturadas. Como consecuencia de este aumento de la cantidad de electricidad almacenada en el capacitor el voltaje va aumentando hasta que la corriente alcanza el valor de cero Amperios, en ese instante el capacitor empieza su carga en sentido opuesto y la tensión entre placas disminuye. Lo anterior sólo se da en un capacitor ideal, ya que en la práctica este ángulo es ligeramente inferior. Tangente delta En todo capacitor, además de la corriente de carga, circula una pequeña corriente de fuga en fase con la tensión aplicada. Esta corriente de fuga es debida a que el dieléctrico no es perfecto, y por lo tanto, deja pasar a través de la mencionada corriente. Por el hecho de que el dieléctrico no es perfecto equivale a colocar una resistencia de valor elevado en paralelo con el capacitor. La corriente de fuga queda en fase con la tensión aplicada al capacitor (I R en fase con V), mientras que la corriente ideal I c queda desfasada 90 o de adelanto respecto a la tensión.

5 El ángulo que forma en realidad la corriente que circula por el capacitor con respecto al voltaje aplicado es igual a la suma vectorial de la corriente de fuga I R más la corriente ideal I C, es decir, el ángulo del vector resultante I creal de la figura 4.15, con respecto al vector V, y cuyo valor es igual a: I creal = I 2 R + I 2 C El ángulo que forma la corriente de carga ideal Ic con la corriente de carga real I creal Se denomina ángulo delta (δ) La corriente de carga y descarga de un capacitor ideal está por: Donde Xc es la reactancia capacitiva del capacitor, cuyo valor viene dado por la igualdad: De esta última se puede deducir que el parámetro que puede hacer variar la reactancia de un capacitor de f, por tanto, si f influye sobre Xc se deduce que también lo hará sobre la corriente Ic. La temperatura influye sobre el valor óhmico del dieléctrico y, como consecuencia, sobre la intensidad de corriente de fuga, I R a través de él. Inductancia parásita Todos los capacitores presentan cierta inductancia parásita, muy variable, según la forma constructiva del componente. Dicha inductancia puede suponerse conectada en serie con el capacitor y, como toda inductancia, esta resulta despreciable para la frecuencia baja. Pero, si la frecuencia aplicada al capacitor es muy alta, la inductancia parásita se hace manifiesta, y el capacitor se manifiesta como una bobina, cuando los márgenes de frecuencia están por encima de la antes mencionada. Lo anterior es la razón del por qué en algunos capacitores, al seleccionarlos del tipo no adecuado al circuito donde son conectados, éstos no dan los resultados esperados. Frecuencia de resonancia Se le denomina frecuencia de resonancia de un capacitor a aquella frecuencia con la cual se igualan las reactancias capacitiva e inductiva parásitas.

6 Por debajo de la frecuencia de resonancia propia el capacitor se comporta como tal, cuando la frecuencia aumenta el capacitor se comporta como una bobina. Siendo esta una explicación del porque muchos capacitores de tipo no adecuado al circuito en los son conectados, no den los resultados esperados. INDICACIÓN DEL VALOR DE LOS CAPACITORES Normalmente, el valor de los capacitores viene indicado por cifras impresas sobre la superficie de estos. Por ejemplo, a un capacitor de 4700 pf, se le puede identificar por cualquiera de las siguientes anotaciones: 4700 p se suprime la F de Faradio se suprime la p de pico y la F de Faradio. 4.7 K La K indica kilo representa que 4.7 se multiplica por 1000 pf. 4.7 n Se sustituye pf por la n de nanofaradio, puesto que 4.7 nf = 4700 pf µf Indicación en µf, puesto que 4700 pf = 4.7 nf = µF. 472 La cifra 2 indica que detrás de 47 debes añadirse dos ceros. CAPACITOR ADECUADO Como ya se ha visto, los capacitores son fabricados en diferentes tipos, lo cual dificulta en ocasiones la elección del más adecuado para ciertos fines. A continuación se intenta resumir algunas aplicaciones de los capacitores con el fin de ayudar en la elección de adecuado para determinados circuitos, de forma que el lector pueda escoger con relativa facilidad aquel que resulta más eficaz en cada aplicación. Circuitos de sintonía hasta 200 KHz: Cerámicos. Circuitos de sintonía hasta 30 MHz: Cerámicos. Circuitos de sintonía hasta 1000 MHz. Cerámicos Desacoplo de radiofrecuencia: Cerámicos de V. Cerámicos de V. Cerámicos 1 KV. Paso de frecuencia: Cerámicos. Cerámicos de V.

7 Cerámicos de V. Cerámicos de 1 KV. Desacoplo de audiofrecuencia: Cerámicos de V. Cerámicos de V. Electrolíticos de aluminio. Electrolíticos de tantalio. Paso de audiofrecuencia de alta impedancia: Cerámicos. Cerámicos V. Cerámicos 1 KV. Poliéster metalizado. Paso de audiofrecuencia de baja impedancia: Electrolíticos de aluminio. Electrolíticos de tantalio. Desacoplo de toda banda: Electrolítico de tantalio. Electrolítico de aluminio en paralelo con cerámico. Filtros de altavoz: Poliéster metalizado. Filtros de audiofrecuencia para control de tono: Cerámico. Poliéster metalizado. Filtros de corriente continúa: Electrolíticos de aluminio. Antiparásitos de red: Cerámicos de 1 KV. Poliéster metalizado 1 KV. Electrolítico de aluminio 1 KV. Circuitos de régimen de impulsos:

8 Circuito práctico donde son indispensable tanto el transistor, como los elementos ya conocidos, los resistores y capacitores.

9 EQUIVALENCIAS EN VALORES DE CAPACITORES pf nf µf pf nf µf Así pueden ir sacándose los valores más altos. Prefijos utilizados: Símbolo Nombre Expresión µ micro 1x10-6 n nano 1x 10-9 p pico 1x10-12