Introduccción

La tentativa de almacenarelectricidad en algún tipo dedispositivo es muy antigua. Setiene constancia de queen 1745, simultánea-mente, en la Catedralde Camin (Alemania) yen la Universidad deLeyden (Holanda), dosinvestigadores desarro-llaron dispositivos cuyafinalidad era almacenarelectricidad o, como sedecía entonces, "con-densar" electricidad.

La botella de Ley-

den, como se ve en la figura 1,fue el primer "condensador" ydio origen, por su principio defuncionamiento, a los modernoscapacitores (o "condensadores"

como todavía los denominan al-gunos) utilizados en aparatoselectrónicos. La estructura delos componentes modernos esmuy diferente de la que tenían

los primeros, de 250años atrás, pero elprincipio de funciona-miento es el mismo.

La capacidad

Para entender cómo unconductor eléctricopuede almacenar elec-tricidad, imaginemos lasituación siguiente que

LECCION 6

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TEORIA: LECCION Nº 6

CapacitoresLa intensión de almacenar cargas eléctricas en un recipiente datade mucho tiempo. Los elementos que permiten la acumulación decargas se denominan “capacitores” y su uso es fundamental para lamayoría de circuitos electrónicos. Desde la “rectificación” de unaonda pulsante, hasta la captación de señales de radio, TV, comuni-caciones, etc., las aplicaciones de estos componentes permiten quese lleven a cabo infinidad de eventos electrónicos. En esta lecciónnos ocuparemos de la teoría y la práctica necesaria para compren-der sus usos y aplicaciones.

Coordinación: Horacio D. Vallejo

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puede ser el tema de unaexperiencia práctica:

Al cargar de electricidadun conductor esférico, veri-ficamos que las cargas pue-den comprimirse más o me-nos según el diámetro delconductor y también segúnla cantidad que pretende-mos colocar en ese conduc-tor.

Eso significa que esa com-presión de las cargas almacena-das se manifiesta como poten-cial V. La carga Q en un con-ductor de radio R manifiesta unpotencial V.

Si intentamos colocar máscargas en el cuerpo, éstas au-mentan el grado de compresióny, por consiguiente, el potencialtambién debe aumentar.

Se verifica que, independien-temente del radio del conduc-tor, en las condiciones indica-das existe una proporcionalidaddirecta entre las cargas que po-demos almacenar y la tensiónque se manifestará (figura 2).

Si el cuerpo tuviera un radioR y se carga con 0,01 Coulomb(unidad de carga), manifestará100 volt y el mismo cuerpo ma-nifestará 200 volt si se cargacon 0,02 Coulomb.

Podemos entonces definiruna magnitud llamada "capaci-dad" como la relación entre lacarga almacenada (Q) y la ten-sión a que se encuentra (V). Es-cribimos entonces:

C = Q/V (1)

En estas condiciones, el con-ductor esférico funciona como

"capacitor esférico".La capacidad de almacena-

miento de carga depende delradio del conductor, y este tipode dispositivo no es de los másapropiados para los usos elec-trónicos, pero veremos másadelante cómo hacer algunoscálculos interesantes que lo tie-nen en cuenta.

Nos interesa ahora la cons-tancia de la relación Q/V quedefine la capacidad cuya uni-dad es el Farad (F).

Un capacitor (no necesaria-mente esférico) tendrá una ca-pacidad de 1 Farad si almacenala carga de 1 Coulomb y tiene 1volt de tensión.

(Usamos la palabra tensión yno potencial pero el lector sabeque en este caso la diferenciano importa porque la unidad esla misma - Figura 3).

En la práctica, una esfera

con la capacidad de 1 Fa-rad debiera ser enorme, demanera que los capacitoresque usamos en los aparatostienen capacidades que sonsubmúltiplos del Farad.Tres son los submúltiplosdel Farad que más se usan:- Microfarad (µF) que es lamillonésima parte de 1 Fa-rad o 0,000001 Farad que

representado en forma expo-nencial es 10-6 Farad.

- Nanofarad (nF) que es labillonésima parte del 1 Farad o0,000000001 Farad y 10-9 Faraden forma exponencial.

- El picofarad (pF) que es latrillonésima parte de 1 Farad o0, 000000000001 Farad o 10-12

Farad.Vea que de la relaciones in-

dicadas se tiene que:- 1 nanofarad equivale a

1.000 picofarad (1nf = 1.000pF)1 microfarad equivale a

1.000 nanofarad (1µF =1.000nF)

- 1 microfarad equivale a1.000.000 picofarad (1µF =1.000.000pF)

Acostúmbrese a convertir es-tas unidades, porque aparecencon mucha frecuencia en lostrabajos de electrónica.

Recuerde- Los dispositivos que alma-

cenan cargas eléctricas se deno-minan capacitores.

En un capacitor, la relacióncarga/tensión es constante y sellama capacidad.

La unidad de capacidad es elFarad.

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Capacitores planos

Puede obtenerse unacapacidad mucho mayorcon una disposición ade-cuada de los elementosconductores. Con eso,una cantidad mucho ma-yor de cargas puede al-macenarse en un volu-men menor, dando asíun componente de usomás práctico.

Un capacitor básicode placas paralelas se veen la figura 4.

Consiste de dos pla-cas de material conduc-tor separadas por mate-rial aislante denominadodieléctrico.

El símbolo usado para repre-sentar este tipo de capacitor re-cuerda mucho su disposiciónreal y se muestra en la mismafigura. Hay capacitores con dis-posiciones diferentes, pero co-mo la estructura básica se man-tiene (un aislante entre dosconductores) el símbolo semantiene por lo general conpocas modificaciones.

Cuando conectamos la es-tructura indicada a un genera-dor, como se ve en la figura 5,las cargas fluyen hacia las pla-cas de manera que una se vuel-va positiva y la otra negativa.

Se dice que el capacitor tie-ne una armadura positiva y otranegativa.

Aun después de desconectarla batería, como se mantienenlas cargas, por efecto de laatracción mutua, en las armadu-

ras el capacitor, se dice que és-te está "cargado".

Como la carga en Coulombsdepende no sólo de la capaci-dad sino también de la tensióndel generador, para calcularlaes necesaria la relación:

C = Q/V

Es así que si un capacitor de100µF (100 x 10-6) se conecta aun generador de 100 volts, lacarga será:

Q = CV (2)Q = 100 x 100 x 10-6

Q = 10.000 x 10-6

Q = 104 x 10-6

Q = 10-2 = 0,01 Coulomb

Para descargar uncapacitor basta interco-nectar las armaduras

mediante un alambre.Las cargas negativas(electrones) de la arma-dura negativa puedenfluir a la positiva neutra-lizando así sus cargas.Vea qe no importa cuáles el capacitor pues lacantidad de cargas deuna armadura es igual ala cantidad de cargas dela otra; sólo es diferentela polaridad.

En la descarga, la neu-tralización es total (Fi-gura 6).Para un capacitor planocomo el indicado, lacapacidad puede calcu-larse en función de lascaracterísticas físicas, asaber: superficie de las

placas, distancia entre ellas ynaturaleza del aislante.

Podemos aplicar la fórmulasiguiente:

C = ε A/d (3)

donde:C es la capacidad en Fa-

rad (F)d es la distancia entre

placas en metrosA es la superficie de las

placas en metros cuadradosε es una constante que

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depende de la naturalezadel dieléctrico.

El valor depende delmaterial considerado.

Ese valor puede calcu-larse mediante la fórmula:

ε = ε o . K (4)

donde:ε o es la pérmisividad

del vació y vale 8,85 x 10-12 F/m K es la constante dieléc-

trica y depende del materialusado.

La energía almacenada en un capacitor

Para obligar a una ciertacantidad de cargas a permane-cer en un capacitor debemosgastar una cierta cantidad deenergía. En realidad esa energíaque se gasta para colocar lascargas en el capacitor quedadisponible para usarla en el fu-turo, queda almacenada en elcapacitor.

Cuando descargamos un ca-pacitor mediante un conductorque presenta cierta resistencia,como muestra la Figu-ra 7, la energía queestaba contenida enel capacitor se disipaen forma de calor.

Puede imaginarsela carga del capacitorcon el gráfico de la fi-gura 8. Vea que a me-dida que va aumen-tando la cantidad de

carga, debemos forzarlas cadavez más y eso implica una ele-vación de tensión.

El área de la figura hasta elpunto en que dejamos de car-gar el capacitor, representadapor W en la figura correspondea la energía almacenada en elcapacitor.

Podemos calcular la energíaa partir de dos fórmulas:

W = 0,5 x Q x V (5)

o

W = 0,5 x C x V2 (6)Donde:

W es la energía de Joule (J)Q es la carga en Cou-

lomb (C)C es la capacidad en Fa-

rad (F)V es la tensión en Volt (V)

Podemos comparar un capa-

citor cargado a un resortecomprimido. Gastamosenergía (potencial) paracomprimir el resorte, éste"guarda" esa energía queluego puede usarse paraponer en movimiento unmecanismo.Es claro que, según vere-

mos, la cantidad de energía quepuede almacenar un capacitorno es grande y entonces su uti-lidad como fuente de energía esmuy restringida, pero este com-ponente tiene otras propiedadesque son de gran utilidad enelectrónica.

Un poco de cálculo

El dominio de las técnicasde cálculo por el proyectista estan importante como el domi-nio de las herramientas por elarmador. Enseguida veremosunos ejemplos de cálculos queemplean las fórmulas queaprendimos en esta lección.

• Capacitor esféricoSegún vimos, la cantidad de

cargas que puede almacenar uncapacitor esférico depende desu radio (R) y de la tensión.

Una fórmula quepermite encontrar lacapacidad de un ca-pacitor esférico es lasiguiente:

C = ε0 . R

donde:C es la capacidad

en Faradε0 vale 8,85 x 10-12

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R es el radio enmetros

Calculemos cuál de-bería ser el diámetro deuna esfera que almace-nará una carga de 1Coulomb bajo la tensiónde 1 Volt, o sea que tu-viera la capacidad de unFarad.

C = 1 FaradR = ¿?ε0 = 8,85 x 10-12

De la fórmula tenemos:R = C/ER = 1/8,85 x 10-12

R = 1,129 x 1011 metros

Otro tipo interesante de cál-culo es el de los capacitoresplanos para un capacitor de vi-drio (dieléctrico de vidrio) co-mo se muestra en la figura 9,calculamos la capacidad de lamanera siguiente:

C = E A/d

K para el vidrio puede seraproximadamente 5 (en reali-dad varía entre 4 y 10). Tene-mos el caso de un capacitor de10 cm de lado con separaciónentre armaduras de 1 cm:

A = 0,1 x 0,1 = 0,01 m2

d = 0,01 mE = 5 x 8,85 x 10-12 F/m

Aplicando la fórmula 3 setiene:

C = 5 x 8,85 x 10-12

C = 44,25pF

Finalmente tenemos el cálcu-lo de la energía almacenada enun capacitor plano (o de cual-quier otro tipo).

Supongamos que queremoscalcular cuál es la energía acu-mulada en un capacitor de1.000µF (1.000 x 10-6F) cuandoestá sometido a una tensión de30V.

Aplicamos la fórmula:

W = 0,5 x C V2

W = 0,5 x 1.000 x 10-6 x 900W = 0,45 Joule

Para que el estudiante tengauna idea de lo que significa es-ta cantidad, basta decir que laenergía almacenada en ese ca-pacitor encendería una lámparade 100 watt por sólo 0,0045 se-gundos.

Aclaraciones:— ¿Y la botella de Leyden?,

¿cómo era ese capacitor anti-guo?

— La botella de Leyden eraun capacitor primitivo. En unabotella común existía una arma-

dura interna hecha conuna lámina de metal yotra externa hecha conotra lámina de metal. Eldieléctrico era el vidriode la botella.El contacto de la arma-dura interna se efectua-ba mediante un alambreen la tapa conectado ala fuente de corriente.La botella de Leydenpodía cargarse con ten-

siones muy altas, a pesar de supoca capacidad, con un genera-dor electrostático, de manera deproducir un "shock" de intensi-dad considerable durante ladescarga, cuando se conectabanentre sí las armaduras.

—¿Por qué no usamos "con-densador" en lugar de capaci-tor?

Porque la electricidad nopuede ser condensada, sino al-macenada en un componente.

—¿Existe límite para la can-tidad de carga que puede alma-cenarse en un capacitor?

Sí, a pesar de que podemos"comprimir” tantas más cargasen las armaduras cuanto mayorsea la tensión. Pero existe un lí-mite que está dado por la capa-cidad de la sustancia usada co-mo dieléctrico para aislar altastensiones.

Esa capacidad se denomina"rigidez dieléctrica". Así quecuando se llega al valor máxi-mo de la tensión en el dieléctri-co, éste ya no aísla las cargasde las armaduras. En ese instan-

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te el capacitor se des-carga y puede quedardañado en forma irre-versible. Por lo tanto,los capacitores comu-nes deben tener especi-ficada no solo la capa-cidad sino también latensión máxima que ad-miten.

Los capacitores en la práctica

A diferencia de la botella deLeyden que nada tenía de prác-tica por sus dimensiones y pro-piedades, los capacitores mo-dernos son compactos y efi-cientes, con volúmenes cente-nas de veces menores que laantigua botella de Leyden y ca-pacidades miles de veces mayo-res.

Estos son los capacitores queencontramos en los aparatoseléctrónicos y que pueden va-riar muchísimo en forma y va-lor.

Estudiaremos en esta lecciónlo que sucede cuando conecta-mos varios capacitores entre síy los distintos tipos de capacito-res que encontramos en lapráctica.

Asociación de capacitores

Podemos obtener unefecto mayor o menorde almacenamiento decargas, según se aso-cien distintos capacito-

res, del mismo modo que obte-nemos efectos diferentes de re-sistencias al asociar resistores.

Los capacitores pueden co-nectarse en serie o en paralelo.

a) Asociación de capacitores en paralelo

Decimos que dos o más capa-citores están asociados en paralelocuando sus armaduras están co-nectadas de la manera siguiente:las armaduras positivas están co-nectadas entre sí para formar laarmadura positiva equivalente alcapacitor; las armaduras negativasestán conectadas entre sí y formanla armadura negativa equivalenteal capacitor, según muestra la fi-gura 10.

Vea el lector que en esas con-diciones los capacitores quedansometidos todos a la misma ten-sión (V) cuando se cargan. Lascargas dependen de las capacida-des.

La capacidad equivalente enesta asociación está dada por lasuma de las capacidades asocia-das.

C = C1 + C2 + C3 + ...+ Cn (7)

Se pueden deducir lassiguientes propiedadesde la asociación de ca-pacitores en paralelo:

- Todos los capacitoresquedan sometidos a la mismatensión.

- El mayor capacitor (el demayor capacidad) es el que másse carga.

La capacidad equivalente esmayor que la capacidad del ma-yor capacitor asociado.

Ejemplo práctico:¿Cuál es la capacidad equiva-

lente si se conectan en paraleloun capacitor de 10µF con unode 20µF?

Aplicando la fórmula:C1 = 10µFC2 = 20µF

C = C1 + C2C = 10µF + 20µFC = 30 µF

b) Asociación de capacitores en serie

En la asociación en serie decapacitores, éstos se conectancomo se muestra en la figura11. La armadura positiva delprimero pasa a ser la armadurapositiva del equivalente; la ne-gativa del primero se une a la

positiva del segundo; lanegativa del segundoda la positiva del terce-ro y así sucesivamentehasta que la negativa

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del último queda comola armadura negativadel capacitor equiva-lente.

Vea que si conecta-mos de esta manera unconjunto cualquiera decapacitores (aun de valores to-talmente diferentes) ocurre unproceso de inducción de car-gas, de modo que todas las ar-maduras queden con las mis-mas cantidades (figura 12). Se-gún el valor del capacitor (ca-pacidad) la tensión hallada ten-drá valores diferentes.

Puede darse la fórmula:

C1 = Q/V1; C2 = Q/V2; C3 = Q/V3...

Cn = Q/Vn

Como la suma de las tensio-nes de estos capacitores asocia-dos debe ser la tensión en lasarmaduras del capacitor equiva-lente; podemos escribir:

V = V1 + V2 + V3 + ... + Vn

Reemplazando el valor de Ven cada una de las expresionesde capacidad:

V = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3 + ... + Q/Cn

Sacando Q como factor co-mún:

V = Q (1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn)

Dividiendo por Q ambosmiembros de la igualdad, tene-mos:

V/Q = 1/C1 + 1/C2 = + 1/C3

V/Q = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... + 1/Cn

Pero:

V/Q es 1/C

Luego:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ...+ 1/Cn (8)

De esta fórmula podemosdeducir las siguientes propieda-des de la asociación en serie decapacitores:

-Todos los capacitores que-dan con la misma carga.

- El menor capacitor quedasometido a la mayor tensión.

- La capacidad equivalentees menor que la capacidad delmenor capacitor asociado.

- Todos los capacitores secargan y descargan al mismotiempo.

Ejemplo práctico¿Cuál es la capacidad equiva-

lente en la asociación en seriede dos capacitores de 20µF yde 30µF?

C1 = 20µFC2 = 30 µFAplicando la fórmula:1/C = 1/C1 + 1/C21/C = 1/20 + 1/30Reduciendo a común deno-

minador:

1/C = 3/60 + 2/601/C = 5/60C = 60/5C = 12µF

Conclusión Dos casos particulares

son interesantes en las asocia-ciones en serie y en paralelo decapacitores.

Cuando los capacitores soniguales, la asociación puede te-ner la capacidad equivalentecalculada con más facilidad porlas fórmulas siguientes:

a) Serie: C = C1/n

donde C es la capacidad equi-

valente.C1 es el valor de cada

uno de los capacitores asocia-dos.

n es el número de capa-citores.

b) Paralelo: C = n x C1

donde C, C1 y n son los del

caso anterior.

Capacitores de papel y aceite

En muchos aparatos anti-guos, principalmente en radiosy televisores de válvulas, pue-den encontrarse con el aspectoque se ve en la figura 13. Soncapacitores tubulares de papelo aceite (el tipo viene marcadonormalmente en el componen-te).

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Para fabricar estos ca-pacitores se enrollan al-ternadamente dos hojasde aluminio que formanel dieléctrico y se colocaentre ellas un aislanteque puede ser una tirade papel seco (en el tipode papel) o de papel em-bebido en aceite (en elcaso de los capacitoresde aceite).

Esos capacitores, asícomo los otros, presen-tan dos especificaciones:

a) La capacidad quese expresa en microfa-rads (µF), nanofarads(nF) y picofarad (pF) yque puede variar entre100pF (o,1nf) hasta 1µF.

b) La tensión de tra-bajo que es la tensiónmáxima que puede apli-carse entre armaduras sinpeligro de que se rompael dieléctrico. Esta tensión varía,en los tipos comunes, entre 200y 1.000 volt.

Los capacitores de papel yaceite pueden tener hasta unatolerancia de 10% a 20% y pre-sentan las siguientes característi-cas principales:

- Son relativamente chicos enrelación a su capacidad.

- Tienen buena aislación atensiones altas.

- Pueden obtenerse en unabanda buena de altas tensiones.

- Su gama de valores es apro-piada para la mayoría de lasaplicaciones electrónicas.

Vea que la aislación es unproblema que merece estudiar-se en detalle:

El problema de la aislación

Ningún dieléctrico es perfec-to. No existe un aislante perfec-to, lo que significa que ningúncapacitor puede mantener inde-finidamente la carga de sus ar-maduras. Una resistencia, porgrande que sea, deja pasar unacierta corriente y una corrientees un flujo de cargas que acabapor descargar el capacitor. Uncapacitor que tenga una resis-tencia por debajo de los límitestolerados en las aplicacionesprácticas se dice que tiene una"fuga".

Volviendo a los capacitoresde papel y aceite, éstos se usanen los circuitos de bajas fre-

cuencias y corrientescontinuas.

Capacitores de poliéster y policarbonato

El poliéster y el poli-carbonato son termo-plásticos que presentanexcelentes propiedadesaislantes y buena cons-tante dieléctrica, por loque sirven para la fa-bricación de capacito-res.En la figura 14 tene-mos algunos tipos decapacitores hechos conesos materiales y quepueden ser planos otubulares.En el tipo plano, lasarmaduras se depositan

en las caras de una película dedieléctrico, entonces se obtieneuna estructura que recuerda laasociación de muchas capas decapacitores planos. En la dispo-sición tubular, un filme de po-liéster o de policarbonato tieneen sus caras depositada una fi-na capa de conductor (alumi-nio) que hace las veces de die-léctrico.

Según el fabricante, los ter-moplásticos reciben denomina-ciones especiales.

Tenemos así:Policarbonatos: LEXAN, MER-

LONPoliéster: MYLAR, SCOTCH-

PAR, CELANAR

Las especificaciones funda-

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mentales de estos capacito-res son:

a) Gama de capacidadescomprendida entre 1nF y2,2µF o más.

b) Banda de tensiones detrabajo entre 100 y 600 volt.

c) Tolerancia de 5%, 10%y 20%.

Otras características deinterés son:

- Buena gama de valoresen dimensiones reducidasdel elemento en relación a lacapacidad.

- Gama de tensiones ele-vadas.

- aislación muy buena,comúnmente por arriba de20.000MΩ.

- Banda de tolerancias se-gún las aplicaciones prácticasen electrónica.

Los capacitores de poliéstery policarbonato pueden usarseen circuitos de bajas frecuen-cias, corrientes continuas y apli-caciones generales.

Capacitores de poliestireno

El poliestireno también es untermoplástico que tiene exce-lentes propiedades aislantes,que puede aparecer con nom-bres diversos según el fabrican-te, como: STYRON, LUSTREX,REXOLITE, POLYPENCO.

En la figura 15 vemos el as-pecto de estos capacitores.

También estos capacitorespueden tener estructura plana o

tubular. Las especificaciones bá-sicas son:

a) Gama de capacidad entre10pF y 10nF.

b0 Banda de tensiones entre30 y 500 volt.

c) Tolerancias entre 2,5% y 10%.Otras características impor-

tantes de estos capacitores son:- Tamaño reducido en rela-

ción a la capacidad.- Buena estabilidad térmica.- Tensiones de trabajo relati-

vamente altas.- Pueden obtenerse con tole-

rancia baja (2,5%).- Aislación muy alta: nor-

malmente por arriba de100.000 MΩ.

- Adecuados para operar encircuitos de altas frecuencias.

Estos capacitores son espe-

cialmente indicados paralos circuitos de RF (radio-frecuencia) y aplicacionesque exijan alta estabilidad.

Capacitores cerámicos

La cerámica presenta exce-lentes propiedades dieléctri-cas, pero no puede enro-llarse ni doblarse como losaislantes plásticos. Pero aunasí tenemos una buena va-riedad de capacitores cerá-micos, como se ve en la fi-gura 16.Las especificaciones de es-tos capacitores son las si-guientes:a) capacidades en la gama

de 0,5pF hasta 470nF,b) banda de tensiones de

operación desde 3V hasta3.000V o más,

c) tolerancias entre 1% y5,0%.

Otras características de im-portancia son:

- Relativamente chicos en re-lación a la capacidad.

- Banda relativamente am-plia detenciones de trabajo.

- Son adecuados para operaren circuitos de altas frecuen-cias.

- Banda de tolerancia buenapara aplicaciones que exigenprecisión.

Estos capacitores son de losmás utilizados en las aplicacio-nes prácticas de electrónica y selos encuentra en los circuitosde altas frecuencias, audio y

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también de corriente conti-nua.

Capacitores electrolíticos

Los capacitores electrolíti-cos o electrolíticos de alumi-nio son, de todos, los quetienen una técnica de cons-trucción muy diferente y espor eso que se los encuen-tra en una gama de valoresmuy determinada. En la fi-gura 17 tenemos la construc-ción interna típica de unelectrolítico de aluminio confines didácticos.

En contacto con una sus-tancia electrolítica, el alumi-nio es atacado y se formaen su superficie una películaaislante. Este material pre-senta una constante dieléc-trica muy alta, pero su espe-sor es de sólo milésimos demilímetro, lo que garantizala obtención de capacidadesmuy elevadas.

Los electrolíticos pueden en-contrarse en una gama de capa-cidades mucho más alta dadoque el dieléctrico tiene dimen-siones microscópicas.

Los electrolíticos tienen unacaracterística más en relación alos otros capacitores: la arma-dura positiva debe cargarsesiempre con cargas de ese sig-no. Si hubiera inversión de lasarmaduras, podría destruirse lapelícula dieléctrica y quedarinutilizado el capacitor.

Un electrolítico invertidopuede causar problemas serios.

Los del tipo antiguo llegaban aexplotar mientras que los mo-dernos apenas se hinchan rom-piendo la envoltura plástica y,entonces, exhalan un aromabastante desagradable.

Las principales característicasson:

a) Capacidades en la gamade 1µF a 220.000µF.

b) Tensiones de trabajo entre12 y 1.000V.

c) Tolerancia entre -20% y+50% comúnmente.

En la figura 18 vemos algu-nos tipos comunes de capacito-res electrolíticos, observándosesu polaridad. Otras característi-

cas importantes de estos ca-pacitores son:- Tamaño pequeño en rela-ción a la capacidad alta;- Banda de capacidades quellega a valores muy altos;- La corriente de fuga es re-lativamente alta o sea quela aislación no es excelente;- Son polarizados (debe res-petarse la polaridad de laarmadura);- La capacidad aumenta amedida que el capacitor en-vejece;- Tiene una duración limi-tada;- La capacidad varía ligera-mente con la tensión.

Los capacitores electrolíticosno se usan en circuitos dealtas frecuencias; se usan encircuitos de frecuencias ba-jas, uso general y corrientecontinua.

Aclaraciones¿Qué significa RF o alta fre-

cuencia?En realidad todavía no estu-

diamos lo que es la radiofre-cuencia (RF) o alta frecuencia,pero como se trata de términosque debemos usar, vamos aadelantar algunas cosas. Segúnvimos, los generadores comu-nes como las pilas hacen que lacorriente circule en un solosentido. Se dice que ésos songeneradores de corriente conti-nua. Pero existen generadores yhasta dispositivos formados porcomponentes electrónicos di-versos (circuitos) que generan

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corrientes que varían rápida-mente de intensidad. Si la velo-cidad de las variaciones fueralenta, hasta unas 50.000 Hertz o50 kilohertz (abreviado como50kHz) decimos que esas co-rrientes son de bajas frecuen-cias o audiofrecuencias ya quepueden originar sonidos audi-bles. En otros casos las varia-ciones son mucho más rápidasy superan los 50kHz hasta lle-gar a valores tan altos como100.000.000Hz o 100MHz. Eneste caso tenemos una señal deradiofrecuencia o RF.

- La tolerancia para el casode los capacitores, ¿tiene el mis-mo significado que en el casode los resistores?

Sí, porque no podemos ha-cer un capacitor con el valorexacto ni que cubra toda unagama de valores. Si bien mu-chos tipos de capacitores notienen sus valores estandariza-dos según las mismas seriesque los resistores, existen tiposque siguen esas normas. Encon-tramos así valores con el mismoprincipio que los resistores co-mo 1nF, 2,2nF, 3,3nF, etc., quecorresponden a valores como1k, 2,2k, 2,7k, 3,3k, etc.

Capacitores variables y ajustables

En determinadas aplicacio-nes, necesitamos disponer decapacitores cuya capacidadpueda ser alterada en una ciertafranja de valores, por motivosdiversos. Podemos dar el ejem-

plo de un proyecto enel que el funcionamien-to, por ser crítico, nonos permite establecercon exactitud cuál es lacapacidad que necesita-mos para llevar el cir-cuito al comportamientodeseado. Podemos cal-cular con cierta aproxi-mación el valor de estacapacidad y despuésajustar su valor para te-ner el comportamiento desea-do. En este caso precisamos uncapacitor ajustable o regulable.Otra aplicación es el caso enque durante el funcionamientodel aparato debemos cambiar lacapacidad de un capacitor paraque cambie el comportamientosegún nuestras necesidades. Esel caso en el que debemos usarun capacitor variable, como enla sintonía de un aparato de ra-dio para cambiar de estación enel momento querido. Separa-mos entonces los capacitoresque pueden cambiar de valorsegún nuestra voluntad en 2grupos.

a) Los capacitores regulables,en los que prácticamente sóloalteramos la capacidad unavez, para llegar al punto desea-do de funcionamiento y dejarlodespués de esta manera, indefi-nidamente.

b) Los capacitores variablesen los que alteramos continua-mente la capacidad, siempreque deseamos alterar el funcio-namiento del circuito.

Estudiaremos estos componentes:

Capacitores regulables

Tal como estudiamos, la ca-pacidad presentada por un ca-pacitor depende de algunos fac-tores.

a) Tamaño de las placas(área).

b) Separación entre las pla-cas.

c) Existencia o no de un ma-terial entre las placas (dieléctri-co). Vea la figura 19.

Podemos variar la capacidadde un capacitor si alteramoscualquiera de esos factores, pe-ro por cierto existen algunos enlos que esa tarea resulta más fá-cil. En el caso de los capacito-res ajustables o regulables, po-demos variar la capacidad mo-dificando dos de esos factores,según el tipo de componente.El tipo más común de capacitorajustable es el "trimmer" de ba-se de porcelana, que tiene laconstrucción que se muestra enla figura 20.

En este "trimmer" tenemosuna base de porcelana en la

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que están montadas dosplacas (armaduras), una delas cuales es fija y la otramóvil. El dieléctrico es unafina hoja de plástico o mica,colocada entre las armadu-ras.

Un tornillo permite elmovimiento de la armaduramóvil, para que se aproxi-me o aleje de la armadurafija. Con la aproximación(menor distancia) tenemosuna capacidad mayor y con elalejamiento (distancia mayor)tenemos una capacidad menor,estos capacitores permiten va-riaciones de capacidad en unaproporción de 10:1. Es comúntener un capacitor de este tipoen que la capacidad mínimaobtenida es de 2pF y la máxi-ma de 20pF, al pasar de la po-sición del tornillo totalmenteflojo (desatornillado - aleja-miento máximo) a la de fuer-temente apretado (alejamientomínimo). Los trimmers resultanespecificados por la banda decapacidades en que se encuen-tran. Un trimmer 2-20pF es untrimmer en el que podemosvariar la capacidad entre esosdos valores. Un problema quehay que analizar en este tipode capacitor es que el ajusteexcesivo del tornillo o tambiénproblemas mecánicos, no per-miten una precisión de ajustemuy grande, lo que lleva a quese usen en casos menos críti-cos. Para los casos más críticosexisten trimmers de precisión.Un tipo de trimmer, tambiénbastante popular es que haceuso de placas que giran alrede-

dor de un eje y que poseendieléctricos formados por hojasfinas de material plástico, comomuestra la figura 21. En éstos lamodificación de la capacidad se

efectúa al alterar el áreaefectiva de las placas queconstituyen las armaduras.Explicaremos mejor lo quees eso: la capacidad del ca-pacitor no depende simple-mente del tamaño de lasplacas sino también de suposición. Es así que en elcaso de la figura 22, las pla-cas tienen el mismo tamañoy están en posiciones talesque se enfrentan perfecta-

mente. En este caso decimosque la superficie del capacitores máxima y por consiguientesu capacidad también es máxi-ma. Si desplazamos una de lasplacas, como lo muestra la figu-ra 23, la superficie efectiva dis-minuye, de modo que tambiénse altera la capacidad que pre-senta este capacitor plano.

Vea que podemos cambiar lacapacidad de un capacitor si al-teramos el tamaño efectivo delas placas, es decir, al despla-zarlas como sugiere la figura.Una manera simple de controlarla superficie efectiva de un ca-pacitor es montar una de lasplacas en un eje, exactamentecomo en el caso de los trim-mers giratorios.

Para tener una capacidadmayor, usamos simplementeuna placa fija y una móvil, perotambién un conjunto de placasfijas y un conjunto de placasmóviles.

El resultado es un comporta-miento semejante al de unaasociación en paralelo de capa-citores.

Con el capacitor abierto, esdecir, con un área mínima de

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enfrentamiento (mínima áreaefectiva), la capacidad es míni-ma. Con el capacitor cerrado,es decir, máxima área de en-frentamiento (área efectiva) te-nemos la capacidad máxima(Figura 24).

Podemos encontrar estos ca-pacitores con valores en unabanda mucho más amplia quelos trimmers de base de porce-lana, pues todo depende delnúmero de placas que se montaen cada conjunto (fijo y móvil).

Dónde usar los trimmers

Como destacamos alprincipio de la lección exis-ten casos en los que nece-sitamos regular el punto defuncionamiento de un cir-cuito después de haberlomontado, sin que sea posi-ble establecer la capacidadexacta que debemos usar,con antelación, como parapoder usar un capacitor fi-jo. Normalmente los trim-mers aparecen en los cir-

cuitos que operan en frecuen-cias elevadas, como receptoresy transmisores, en los que espreciso hacer un ajuste delpunto de funcionamiento decircuitos que determinan la fre-cuencia de operación. Encontra-mos los trimmers en los si-guientes tipos de aparato:

Radio TransceptoresTransmisoresGeneradores de señalesOsciladores de alta frecuen-

cia

El ajuste de un trimmer nosiempre se puede hacer con laayuda de destornilladores co-munes y eso ocurre por un mo-tivo simple: siendo metálico, eldestornillador se comporta co-mo una tercera armadura, queal aproximarse al capacitor alte-ra su capacidad, como muestrala figura 25.

Hacemos el ajuste con eldestornillador pero después deque lo retiramos, su alejamientoaltera el ajuste que acabamosde hacer, dificultando así el tra-bajo del técnico. El ajuste delos trimmers debe hacerse conla ayuda de herramientas queno sean de metal y que por lotanto no se comporten comoarmaduras de un capacitor. Paraeso, existen destornilladores he-chos de material plástico o demadera como muestra la figura26. Este tipo de destornilladortambién se usará en el ajuste deotros componentes que, comoveremos, son sensibles a la pre-sencia de metales.

Tensión de trabajo

Del mismo modo que loscapacitores fijos, los trim-mers también tienen limita-ciones en relación a la ten-sión máxima que puedeexistir entre sus armaduras.Tensiones mayores que lasespecificadas por los fabri-cantes pueden causar laruptura del material usadocomo dieléctrico, inutilizan-do así el componente.Recuerde: la capacidad má-

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xima se obtiene con eltrimmer cerrado al todo(apretado o con las pla-cas con mayor superficieefectiva).

Aclaraciones¿Podemos asociar

trimmers de la mismamanera que otros capaci-tores para ampliar su franjade acción?

Existen diversos recursospara modificar la franja deactuación de un trimmer.Uno de ellos se muestra enla figura 26 y consiste en co-nectarlos en paralelo con uncapacitor de valor conocido.

Si tenemos un trimmer de2-20pF, por ejemplo, y lo co-nectamos en paralelo, conun capacitor fijo de 10pF, lanueva variación corresponderáa la suma: 12-30pF.

Está claro que si tuviéramosuna asociación en serie, los cál-culos serían un poco diferentes,pero igualmente llevaríamos eltrimmer a "barrer" una bandadiferente de capacidad. Tome-mos el ejemplo de un trimmerde 2-20pF, conectando en seriecon un capacitor fijo de 1pF.

En la capacidad mí-nima tendremos:

1/C = 1/1 + 1/21/C = (2 + 1) /21/C = 3/2C= 2/3 = 0,667pF

En el punto de ca-pacidad máxima ten-dremos:

1/C = 1/1 + 1/201/C = (20 +1) /201/C = 21/20C = 20/21 = 0,952pF

Por consiguiente, la nuevabanda de capacidades estarácomprendida entre 0,667 y0,952.

Será fácil para el lector perci-bir que con la conexión de uncapacitor fijo en paralelo, alar-gamos la banda para valores

mayores y con la cone-xión en serie, reducimosla banda para valores me-nores.

Capacitores variables

El principio de funciona-miento de los capacitores

variables es el mismo que elde los trimmers. La diferen-cia está en el hecho de tenerun acceso más fácil al con-junto de placas móviles demodo que alteramos la ca-pacidad en cualquier mo-mento. En la figura 27 tene-mos un capacitor variablecomún, del tipo denominado"con dieléctrico de aire",

pues ningún aislante especialexiste entre las placas del con-junto móvil y fijo.

El conjunto de placas móvi-les se acciona mediane un eje,penetrando en el conjunto deplacas fijas en forma recta. Amedida que el conjunto de pla-cas penetra en la parte fija, au-menta la superficie efectiva(ojo: debe ser ejecutiva o eyec-tora, creo) y con eso la capaci-dad presentada por el compo-

nente. En la figura 28vemos que con el capa-citor abierto es decir,las placas móviles fuerade las placas fijas, el ca-pacitor tiene una capa-cidad mínima. Con elcapacitor cerrado tene-mos la capacidad máxi-ma.Las dimensiones de las

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placas fijas y móviles, ade-más de su cantidad y sepa-ración, determinan la varia-ción de capacidad que sepuede obtener: teóricamen-te, la variación debiera estarentre 0 y un cierto valormáximo dado por la canti-dad de placas y otros facto-res. Y con las placas todasabiertas (armadura móvil)todavía con un efecto residualse manifiesta una cierta capaci-dad.

Esta capacidad se denominaresidual y está especificada enlos manuales de los fabricantes.Los capacitores variables del ti-po indicado pueden tener másde un conjunto de placas fijas ymóviles, según muestra la figu-ra 29. Podemos entonces en-contrar capacitores de 2 y hasta3 secciones que se usan paraalterar simultáneamente las ca-racterísticas de varios circuitos.En las radio, estos capacitoresse usan para cambiar de esta-ción, al mismo tiempo alteranla frecuencia de operación dediversos circuitos que trabajanen conjunto. Otro tipo de capa-citor variable se muestra en lafigura 30 y se usa en las radiosportátiles y equipos transistori-zados en general. En éstos, lasplacas móviles se deslizan so-bre finas hojas plásticas queson el dieléctrico (aislante).Como la presencia de un die-léctrico tiene la propiedad demultiplicar la capacidad, comoya vimos se pueden obtener losmismos valores que tienengrandes capacitores en dimen-siones reducidas.

Banda de valores

Básicamente, los capacitoresvariables se encuentran en dosfranjas de valores determinadaspor las aplicaciones más comu-nes. Tenemos las variables demayor capacidad que puedentener valores máximos enre150pF y 410pF y que se usanen radios de ondas medias ycortas, o transmisores para la

misma banda. En ellos, te-nemos conjuntos de 10 a20 placas formando las ar-maduras. Para la banda deFM los variables son de ca-pacidad mucho menor,normalmente con máximosinferiores a 50pF, éstos es-tán formados por un núme-ro mucho menor de placas.En la figura 31 tenemos

una variable cuádruplo en elque observamos dos seccionespara una banda de FM y dossecciones para la banda de AM.Observe que existe un terminalcomún para las placas fijas quevale tanto para la conexión deun capacitor como de otro dela misma banda. El símbolousado para representar este tipode capacitor se muestra en lamisma figura.

Recursos mecánicos

En algunos casos, el girocompleto del eje corresponde aun recorrido muy pequeño parapoder hacer la regulación conla precisión deseada. En una ra-dio, por ejemplo, si colocamosdirectamene la perilla en el ejedel variable, un mínimo movi-miento puede provocar la fugade la estación, lo que significauna dificultad muy grande parasintonizar la que se desea, so-bre todo en la banda de ondascortas. Podemos girar el capaci-tor variable con mucha másprecisión en un ajuste, si tuvié-ramos sistemas de reduccióndel movimiento.

Dos son las posibilidades del

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caso y las analizaremos ense-guida:

a) Sistema de transmisión por correas.En la figura 32 tenemos

un sistema muy común enlas radios, en las que el mo-vimiento del eje del variablese hace por un sistema decorrea que también sirve pa-ra desplazar el puntero indi-cador en la escala. Una ruedamayor fijada al eje determina lareducción y por consiguiente, laampliación del movimiento. Sibien es la solución que másemplean muchos receptores, noes la más recomendable cuandose desea precisión, pues la co-rrea puede dilatarse con la hu-medad, patinar y hasta resbalaren determinadas condiciones.

b) Sistema mecánico por engranajes.En la figura 33 tenemos un

sistema mecánico de reducciónque es mucho más preciso, sibien es más caro. Este sistemase usa en receptores profesio-nales cuando se desea una pre-cisión mayor de ajuste sin losproblemas determinados por lascorreas. Es claro que en los sis-temas más económicos, comoen las radios portátiles, la peri-lla de acción de variable está fi-jada en el propio eje.

Aclaraciones¿Podemos también alterar la

banda de variación de capaci-dades de un variable con la co-nexión de capacitores externos?

En el caso de los capacitoresvariables existe una soluciónmás interesante y que puedeemplearse con frecuencia. Loque se puede hacer es retirarplacas de un capacitor variable,en el sentido de cambiar labanda de variación, según seanecesario. Suponiendo que uncapacitor variable tenga una ca-pacidad máxima de 300pF y

que posea 15 placas y quedeba llegar a un nuevo má-ximo de 200pF, podemoscalcular fácilmente cuál debeser el nuevo número de pla-cas, por simple proporción:

300/15 = 200 / xx = (15 x 200) / 300x = 3.000 / 300x = 10 placas

Basta entonces retirar 5 pla-cas de la armadura móvil paraobtener esta nueva capacidad.Pero tampoco hace falta insistiral lector que se trata de unaoperación bastante delicada. Elconjunto de placas móviles de-be penetrar en el conjunto fijoen línea recta. Eso significa quelas placas deben estar perfecta-mente alineadas.

¿Podemos reparar un capaci-tor con las placas torcidas y to-cando unas con otras?

Las armaduras fijas puedenapoyarse en las armaduras mó-viles por dos motivos: por estartorcidas o rotas. En el primercaso todo el conjunto puede es-tar desplazado y se raspan unascon otras. Si eso ocurre en loscapacitores sin dieléctrico, hayun tornillo de ajuste (mostradoen la figura 34) que permite se-parar el conjunto de armadurasde modo que sus movimientosse realicen sin que las placasentren en contacto.

En el segundo caso, las pla-cas eventualmente pueden en-derezarse con mucho cuidado,pero eso exige mucha habili-dad. ************

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