CONDENSADOR ELÉCTRICO Un capacitor es un dispositivo formado por dos conductores, en forma de placas o láminas, separados por un material que actúa como aislante o por el vacío. Este dispositivo al ser sometido a una diferencia de potencial adquiere una determinada carga eléctrica. Si inicialmente las placas paralelas no están cargadas y el interruptor se encuentra abierto, no existirá carga neta positiva o negativa en ninguna placa. Al cerrarse el interruptor, la placa superior atrae los electrones libres, mientras que la placa inferior los repele. Al principio se presentará un pico de corriente, y a medida que el capacitor se carga, disminuye su corriente y aumenta la tensión. Esta transferencia de electrones continuará hasta que la diferencia de potencial de las placas sea exactamente igual al voltaje de la batería, entonces dejará de circular corriente. Entonces quedará una carga neta positiva sobre la placa inferior, y una carga neta negativa sobre la placa inferior. Cuando más grande sea el capacitor o cuanto más grande sea la resistencia de carga, más demorará el capacitor en descargarse. El valor de la capacidad viene definido por la fórmula siguiente:. en donde: C: (Faradios) Capacidad eléctrica de la placa que depende de la dimensión y el material Q: (Colombios) Carga eléctrica de la placa V: (Volts) Diferencia de potencial I: (Ampere) Corriente que se está cargando o descargando La capacidad eléctrica también puede ser calculada como: ε= Constante que depende del material A= Superficie de la placa D= Distancia entre las placas Capacitancia: Propiedad que poseen los capacitores de almacenar cargas. Se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador sometido a una d.d.p. de 1 voltio, adquiriendo una carga eléctrica de 1 culombio. Se suele indicar la capacidad en micro- µf = 10-6 faradios. Conexión en los capacitores Conexión en SERIE Conexión en PARALELO La carga será la misma sobre cada capacitor Permite obtener mayores niveles de capacitancia que un circuito en serie.
Carga y descarga de un capacitor 1 Indica en que porcentaje de la fuente está cargado el capacitor. Ej. 1 1 0,632 El capacitor está cargado al 63% 1 1 0,99 El capacitor está cargado casi totalmente Constante de tiempo que representa en segundos que demora un capacitor en cargarse hasta el 63,2% de la tensión de alimentación a través de la resistencia. 1 1Ω. 1 (1 1. 10 ) En esta curva de carga, se nota que al aumentar la tensión (V C ) en el capacitor, disminuye la corriente (I=V/R) que circula. Al cargarse el capacitor: Si la tensión es nula, la corriente es máxima. La carga depende solo de RC. Cuando la corriente es nula, la tensión es máxima. El capacitor atrasa la tensión con respecto a la corriente. Cuando el capacitor comienza a cargarse, su I es máxima. Periodo, ciclo y frecuencia Periodo(T): Tiempo en el que se desarrolla un ciclo completo de la onda. T Ciclo: Secuencia de valores que se repiten periódicamente con la misma frecuencia. Frecuencia(f): Cantidad de ciclos por unidad de tiempo de una señal. 1 Ej. 50 Hz= 50 ciclos por segundo 50 1 1 0,02, 50 La I de un capacitor es directamente proporcional a la frecuencia de la señal que se aplica. La V en un capacitor es una medida de la carga almacenada en sus placas. Cuando la frecuencia de la señal aplicada es alta en relación a el capacitor tiene a comportarse como un cortocircuito (I grande, V pequeño). (Cortocircuito: Circuito que ofrece resistencia cero (no posee cargas ni receptor de energía). Cuando la frecuencia es baja en relación a tiende a comportarse como un circuito abierto (I pequeño, V grande).
RESPUESTA EN FRECUENCIA DE CIRCUITOS RC Muestra como cambia el funcionamiento del circuito al cambiar la frecuencia. Indica como varía la salida con respecto a la entrada. Circuito pasa-bajo T<<RC A alta frecuencia el capacitor no alcanza a cargarse y por lo tanto casi no hay señal de salida, la señal no pasa. La señal de salida es mucho menor y está desfasada (o deformada) con respecto a la de entrada. Entonces, la salida es aproximadamente la integral de la entrada. En baja frecuencia el capacitor alcanza a cargarse y la señal a la salida es casi igual en amplitud y fase a la de entrada. Si T<<RC F c.r=vr Si. 2 Si T >> RC V R V g V C 45º V R Vg V C V c casi a 90º con V g 45º V g V C 1 2 1 2 V c casi en fase con V g Frecuencia de corte (f c ): Es la frecuencia a la cual la señal de salida es V s =0,707 V e de la señal de entrada, es decir, que la tensión está atrasada un 0,7 con respeto a la corriente. F c se mide en [Hz], R en [ohm], y C en [faradios]. 1 2 Reactancia Capacitiva (X c ): Resistencia que ofrece un capacitor en CA al paso de la corriente. 1 2 Circuito pasa-alto T>>RC El circuito entrega una VsI que es casi igual a la derivada de la entrada y mucho más pequeña. A baja frecuencia el capacitor alcanza a cargarse y la señal de salida es casi igual en amplitud y fase a la entrada.
FUENTES DE ALIMENTACIÓN La energía eléctrica que se suministra es en 220 V eficaces y 50 Hz. Transformador: Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. Son 2 bobinas, que generan campos magnéticos, separadas por un aislante. La bobina se adelanta a la tensión y se opone a la corriente. Para que el transformador pueda transferir energía del primario al secundario debe circular por él corriente alterna. º º Rendimiento o Eficacia Diodo: Dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una sola dirección. (Permite convertir la corriente alterna en continua). Rectificador: Circuito que convierte la corriente alterna(dibujo) en utilizando diodos que permiten el paso de la corriente sólo cuando tiene una determinada polaridad. continua, esta Rectificador de Media Onda El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada convirtiéndola en corriente continua de salida. Se aprovecha solo un semiciclo de la tensión de alterna. Rectificador de Onda Completa El rectificar de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada en corriente continua de salida pulsante. La parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua. Se aprovechan los dos semiciclos de la onda. (Rectificador de media onda con dos diodos y transformador de punto medio)arriba
(Formas de la onda) Rizado (Ripple): Pequeña componente de corriente alterna que queda luego de rectificarse una señal. Es la variación de la tensión sobre la carga. 1.. 2. 1.10. 10
FILTRO PASA BAJO T<<RC FILTRO PASA ALTO T>>RC La salida debe tomarse sobre el capacitor No pasan las frecuencias mayores a la frecuencia de corte. La salida debe tomarse en la resistencia No pasan las frecuencias menores a la frecuencia de corte. BAJA FRECUENCIA El capacitor presenta una resistencia al paso de la corriente, entonces, sobre él se presentará casi toda la tensión de entrada. El capacitor alcanza a cargarse y la señal a la salida es casi igual en amplitud y fase a la de entrada. La reactancia del capacitor es alta y se puede sustituir por el equivalente de un circuito abierto (I pequeño, V grande). ALTA FRECUENCIA El capacitor presenta poca oposición al paso de corriente, y sobre la resistencia quedará casi el total de la tensión de entrada. El capacitor no alcanza a cargarse, y la señal de salida es mucho menor y está desfasada (o deformada) con respecto a la señal de entrada. La salida es prácticamente la integral de la entrada. La reactancia del capacitor es pequeña y actúa similar a un cortocircuito (I grande, V pequeña). 0
CIRCUITO RC EN PARALELO En un circuito RC en paralelo el valor de la tensión es el mismo en el condensador y en la resistencia y la corriente alterna que le entrega al circuito se divide entre la resistencia y el condensador. (It = Ir + Ic) La corriente que pasa por la resistencia y la tensión que hay en ella están en fase debido a que la resistencia no causa desfase y la corriente en el capacitor está adelantada con respecto a la tensión (voltaje), que es igual que decir que el voltaje está retrasado con respecto a la corriente. CIRCUITO RC EN SERIE En un circuito RC en serie la corriente alterna que pasa por la resistencia y por el condensador es la misma y la tensión VS es igual a la suma fasorial de la tensión en la resistencia (Vr) y la tensión en el condensador (Vc). Vs = Vr + Vc (suma fasorial) Esto significa que cuando la corriente está en su punto más alto (corriente pico), será así, tanto en la resistencia como en el condensador (capacitor.) Pero algo diferente pasa con las tensiones (voltajes). En la resistencia, la tensión y la corriente están en fase (sus valores máximos y mínimos coinciden en el tiempo). Pero la tensión en el capacitor no es así. Como el capacitor se opone a cambios bruscos de tensión, la tensión en el condensador está retrasada con respecto a la corriente que pasa por él. (el valor máximo de voltaje en el capacitor sucede después del valor máximo de corriente en 90 o ). Estos 90º equivalen a ¼ de la longitud de onda dada por la frecuencia de la corriente que está pasando por el circuito. La tensión total que alimenta el circuito RC en serie es igual a la suma fasorial de la tensión en la resistencia y la tensión en el condensador.