Capacitores facilitados do jeito Hackaday

Dec 23, 2023

Se você constrói circuitos eletrônicos regularmente, é provável que já tenha usado capacitores muitas vezes. Eles são um componente padrão junto com o resistor cujos valores são retirados da prateleira sem pensar duas vezes. Nós os usamos para suavização e desacoplamento de fontes de alimentação, bloqueio de CC, circuitos de temporização e muitas outras aplicações.

É melhor começar com o básico e descrever a capacitância desde os primeiros princípios antes de examinar os capacitores reais. Um capacitor ideal consiste em duas placas condutoras separadas por um dielétrico não condutor. A carga pode acumular-se nas placas, mas não pode fluir entre elas devido à natureza isolante do dielétrico. Assim, o capacitor pode armazenar a carga.

A capacitância é medida em farads: um capacitor de um farad mantém uma tensão de um volt quando mantém um coulomb de carga. Um farad é como muitas unidades SI, de tamanho pouco prático, portanto, fora do estreito domínio dos supercapacitores que estão além do escopo deste artigo, é mais provável que você encontre micro, nano ou picofarads. Você pode derivar a capacitância de qualquer capacitor a partir de suas dimensões e das propriedades de seu dielétrico usando uma fórmula que provavelmente vale a pena enviar para a Wikipedia, se estiver interessado. Você não precisa memorizá-lo, a menos que esteja estudando para um exame de física do ensino médio, mas ele esconde um ponto importante a ser aprendido. A capacitância é proporcional à constante dielétrica εr do dielétrico utilizado, o que deu origem a uma ampla variedade de capacitores comercialmente disponíveis usando diferentes materiais dielétricos para atingir faixas de capacitância mais altas ou melhores características de manuseio de tensão.

Há um obstáculo no uso de materiais dielétricos em um capacitor; junto com as características desejáveis ​​de um dielétrico, há uma série de efeitos colaterais irritantes. Todos os capacitores do mundo real têm resistência e indutância parasitas internas e, embora minúsculos, às vezes podem afetar a operação do capacitor. As constantes dielétricas podem variar com a temperatura ou tensão, piezoeletricidade ou ruído. Diferentes tipos de capacitores podem ter modos de falha alarmantes ou até mesmo ser extremamente caros. E assim chegamos à parte principal desta peça, a seção na qual mostraremos alguns dos tipos de capacitores que você pode encontrar e apresentaremos suas várias propriedades, tanto boas quanto ruins. Não pretendemos cobrir todas as tecnologias de capacitores possíveis, mas examinaremos as tecnologias de capacitores comuns e examinaremos quaisquer subtipos que você possa encontrar.

Os capacitores eletrolíticos práticos têm suas placas na forma de um sanduíche de papel alumínio enrolado em um cilindro e alojado em uma lata de alumínio. Eles terão uma tensão de trabalho cotada que depende da profundidade da camada anodizada.

Os capacitores eletrolíticos têm a capacitância mais alta dos tipos que você encontrará em uso normal, variando de cerca de 0,1 a muitos milhares de µF. Por causa dessa célula eletroquímica fortemente enrolada, eles têm uma alta indutância em série equivalente, portanto não são adequados para uso em altas frequências. Normalmente você os encontrará usados ​​para suavização e desacoplamento da fonte de alimentação, bem como para acoplamento em frequências de áudio.

Os capacitores de tântalo estão disponíveis com valores de cerca de 0,1 a várias centenas de µF. Eles têm uma resistência a vazamentos muito menor e uma resistência em série equivalente do que seus equivalentes de alumínio, portanto você os encontrará em testes e medições, áudio de alta qualidade e em outras aplicações onde essas propriedades são vantajosas.

Os capacitores de tântalo têm um modo de falha a ser observado e têm a reputação de pegar fogo. O óxido de tântalo amorfo é um bom dielétrico, enquanto a forma cristalina do óxido de tântalo é um bom condutor. O mau tratamento de um capacitor de tântalo, por exemplo, aplicando muita corrente de partida a ele, pode fazer com que o dielétrico mude de uma forma para outra, causando um enorme aumento na corrente através do capacitor. Felizmente, nem todas as notícias são ruins, sua reputação em relação aos incêndios veio de uma geração muito anterior de capacitores de tântalo, e técnicas de fabricação aprimoradas forneceram um produto muito mais confiável.