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  • 1. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores condensadores Não concordo com o acordo ortográfico06-09-2012 Por : Luís Timóteo 1
  • 2. Componentes Electrónicos: Condensadores Componentes Electrónicos Amigos do Ambiente Armazenamento de EnergiaFinalidades 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 2
  • 3. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Segmentos de Mercado Condensador: Armazenamento de Energia Veículos Renováveis Consumidor TelecomAplicações Indústria 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 3
  • 4. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Porque é que um campo induziria um momento de dipolo num átomo de se o átomo não é uma esfera condutora? Considere-se um único átomo. Para um sistema esfericamente simétrico; o centro de gravidade das cargas negativas (nuvem de electrões) coincide exactamente com a localização do núcleo. É um átomo não polarizado. Se agora se aplica um campo eléctrico, os centros de cargas (+ ve e -ve) será separado. A nuvem de electrões será puxada na direcção do pólo positivo do campo, o núcleo para a negativo. O átomo será polarizada.  Efeitos do campo eléctrico:Teorias sobre dieléctricos Induz dipolos eléctricos num material não polarizado e tenta E alinhá-los na direcção do campo. O efeito total de um campo eléctrico sobre um material -q +q dieléctrico do material. é chamado de polarização 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 4
  • 5. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Dipolo eléctrico: é constituído por dois objectos -q +q carregados com cargas eléctricas iguais, mas P opostas, separados por uma certa distância. d Momentum do Dipolo: No caso mais simples de duas cargas, uma com +q e outra  com –q, o momentum do dipolo eléctrico P é:  p qd Onde d é o vector de deslocamento, direccionado da carga negativa para a positiva, dando a mesma direcção o vector do momentum P.Teorias sobre dieléctricos Num sistema ideal de duas cargas do dipolo eléctrico é serem duas cargas de um dipolo em forma de ponto com cargas infinitas separadas somente infinitesimamente mas com um momentum P finito. Animação mostrando o campo eléctrico de um dipolo eléctrico. Mostra a transformação de um dipolo eléctrico da forma de um ponto a um dipolo de tamanho finito. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 5
  • 6. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Dipolo _ + Campo Eléctrico _ + _ + _ + _ + _ +Teorias sobre dieléctricos _ + _ + _ + Átomo dieléctrico 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 6
  • 7. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Torque (Binário) no dipolo: Exercido por um campo E: +q +q   F F q E 2a a a Sen  0 P a E -q -FTeorias sobre dieléctricos -q Binário: Um objecto com o momentum de um dipolo eléctrico, está sujeito a um Binário (torque) τ , quando exposto a um campo eléctrico E externo. O binário tende a alinhar o dipolo com o campo , e faz o alinhamento na orientação da menor energia potencial. Para um campo E espacialmente uniforme, o torque é dado por:   p E pEsin 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 7
  • 8. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas +q F Energia potencial do dipolo num campo E: a a Sen  0 0,V pE ,V pE a E -F -q Polarização: É o processo de produção de dipolos eléctricos através de campos eléctricos num dieléctrico. Definida como o momentum do dipolo por unidade de volume. Se o número de dipolos por unidade de volume é N, e se cada uma tem p momentum eTeorias sobre dieléctricos assumindo que todos os dipolos se encontram na mesma direcção, a polarização é dada por:   P Np Suponha que há 3.34x1028 moléculas por unidade de volume de água, e cada uma com um momento de dipolo de 6x10-30 C-m. Se todos os dipolos estão orientados paralelamente uns aos outros, então a polarização é: P = 3.34x1028 x 6x10-30 = 0.2004 C/m2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 8
  • 9. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Densidade do Fluxo Eléctrico e Polarização E0 Superfície Gaussiana Átomo Neutro E0 Polarização Positiva Polarização Negativa Nuvem de Electrões atraída Nuvem de Electrões repelida pelo potencial de voltagem pelo potencial de voltagem positiva negativaTeorias sobre dieléctricos Átomo Polarizado num campo Eléctrico   q q q q De acordo com a Lei de Gauss, E.dA EA 0 0 0 q q q q    0 E 0 E D 0E P A A A A Onde, q q D = Densidade do fluxo eléctrico e P = Polarização A A 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 9
  • 10. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Densidade do Fluxo Eléctrico e Polarização Densidade de fluxo eléctrico é definida como as cargas por unidade de área e tem as mesmas unidades que a polarização dieléctrica. Densidade de fluxo eléctrico num ponto no vácuo, ou no ar, em termos de intensidade de campo eléctrico é:   D0 0E No mesmo ponto, e num dado meio é dada por:  Teorias sobre dieléctricos D E Como a Polarização mede a densidade adicional de densidade de Fluxo, que advém da presença do material, quando comparada com o espaço vazio.    D 0E P 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 10
  • 11. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Densidade do Fluxo Eléctrico e Polarização (Cont.)    Sendo: D 0 E0 E        P Porém: D 0 E0 0E P E E0 0 Da polarização, resulta numa redução do campo, dentro do meio dieléctrico.     Resultando, D E 0E P      rE 0E P 0 E( 1) PTeorias sobre dieléctricos 0 r  P ( r 1)  Sendo, r 0E 0 Onde é conhecido como susceptibilidade eléctrica e r é conhecida como Constante dieléctrica relativa do meio. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 11
  • 12. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade  É o momentum induzido no dipolo por unidade de campo eléctrico E.  É proporcional á intensidade do campo. P ETeorias sobre dieléctricos P E Constante Polarizabilidade 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 12
  • 13. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade (Cont.) A Polarização de um meio é produzida pelo campo, no entanto é razoável assumir que:   Onde ‘ ’ é conhecida como polarizabilidade da p E molécula, representando o momemtum do dipolo por unidade do campo eléctrico aplicado.   Assim sendo, a polarização pode agora ser escrita como: P N E      Sendo, D 0E P 0E N ETeorias sobre dieléctricos  N  D 0 (1 )E 0    N  Mas, D rE 0 0 rE 0 (1 )E 0 N r 1 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 13
  • 14. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade (Cont.) Em todas as expressões anteriores N, pode-se expressar em termos de densidade , e massa molar M do material número de Avogrado NA como: NA N MTeorias sobre dieléctricos Então a constante dieléctrica pode ser escrita como: N NA r 1 r 1 ( ) 0 0M Porém, experiências mostram que estas equações funcionam bem em gases, mas não para líquidos e sólidos i.e. nos sistemas físico condensados. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 14
  • 15. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade -  Campo Local Eloc E0 E1 E2 E 3 E0 = Campo Externo.  E1 = Campo devido á polarização das cargas que ficam na superfície das placas.  E2 = Campo devido á polarização das cargas que ficam na superfície da esfera de Lorentz.  E3 = Campo devido a outros dipolos dentro daTeorias sobre dieléctricos  esfera de Lorentz. E0  E1 Esfera de Lorentz  E2 Dipolo Central 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 15
  • 16. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local + + + + + + + + + ++ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + Material _ A _ Dieléctrico _ _ _ _Teorias sobre dieléctricos Cavidade esférica _ _ + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ E 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 16
  • 17. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Cálculo dos vários Campos P Campo Despolarizante E1: E1 0 Este campo depende da forma geométrica da superfície externa. Equação acima é para um caso simples de uma placa plana infinita. O Campo para uma geometria de padrão é dado por: NP E1 0 Aqui N é conhecido como factor despolarizante. Os valores de N para outrasTeorias sobre dieléctricos formas regulares, são dados na tabela seguinte: Forma Eixo N Esfera 1/3 Placa fina normal 1 Placa fina no plano 0 Cilindro Longitudinal 0 Cilindro Transversal ½ 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 17
  • 18. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Cálculo dos vários Campos _R_ + + __ + q + r r d _ + + + + _ A _Teorias sobre dieléctricos p _ _ + _ _ + _ + + dA E 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 18
  • 19. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Cálculo de E2 A área da superfície dA da esfera compreendida entre e +d é dada por: dA 2 r 2 sin d A Carga na superfície dA será: dq Pcos (2 r 2 sin d ) O campo devido a esta carga no centro da esferaTeorias sobre dieléctricos será: dE dq dE 4 0r 2 O campo na direcção do campo aplicado será. dqcos dE2 dEcos 4 0r 2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 19
  • 20. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Cálculo de E2 (Cont.) O campo devido ás cargas em toda a cavidade será: E2 dE2 0 dqcos 0 4 0r 2Teorias sobre dieléctricos P 2 r 2 sin cos2 d 0 4 0r 2 P E2 3 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 20
  • 21. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Cálculo de E3 O campo devido a outros dipolos na cavidade, devem ser calculados usando a seguinte equação:    1 3( p.r )r r2 p E 4 0 r5 O resultado depende da estrutura cristalina do sólido em consideração. Todavia , para estrutura altamente simétricas, como cúbicas deve somar zero. Logo:Teorias sobre dieléctricos E3 0  Em outras estruturas E3 não pode desaparecer e que deve ser incluído na equação). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 21
  • 22. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Recálculo Então o campo local Eloc era:       P P  2P Eloc E0 E1 E2 E 3 E0 E0 0 3 0 3 0    P Eloc E 3 0Teorias sobre dieléctricos Eloc = EL= Campo de Lorentz. E é conhecido como campo de Maxwell. E = Campo de Maxwell. Agora a polarização será dada por:      P  N P P N EL N (E ) N E  N 3 0 3 0 P (1 ) N E 3 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 22
  • 23. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Recálculo (Cont.)   N   N E Novamente: P (1 ) N E P 3 0 N 1 1     3 0 Agora: D 0 rE 0E P    N E N rE 0E 1Teorias sobre dieléctricos 0 r N N 1 0 (1 ) 3 0 3 0 Simplificando: r 1 N Relação CLAUSIUS MOSOTTI r 2 3 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 23
  • 24. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade - Campo Local : Reconsiderando a relação de Clausius Mosotti r 1 N r 2 3 0 Massa Molar r 1 M N M ( ) ( ) 2 3 0 DensidadeTeorias sobre dieléctricos r NM Como, NA Portanto , r 1 M NA ( ) M r 2 3 0 POLARIZABILIDADE MOLAR 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 24
  • 25. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade  Um material dieléctrico elementar tem r = 12 e contém 5x1028 átomos/m3. Calcular a sua polarizabilidade electrónica considerando o campo de Lorentz. SOLUÇÃO: Usando a relação de CLAUSIUS MOSOTTI, r 1 NTeorias sobre dieléctricos r 2 3 0 12 1 5 10 28 12 12 2 3 8.85 10 20 4.17 10 Fm2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 25
  • 26. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade  Polarizabilidade Electrónica E 0  Polarizabilidade IónicaTeorias sobre dieléctricos E 0  Polarizabilidade Dipolar ou orientacional E 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 26
  • 27. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica Acontece quando um campo eléctrico externo é aplicado a um átomo, as cargas positivas (+) do núcleo, deslocam-se na direcção do campo, e a nuvem de electrões desloca-se na direcção oposta. Esta espécie de deslocamento irá produzir um dipolo eléctrico dentro do átomo. Aumenta com o aumento do volume do átomo. Esta espécie de polarização é mais exibida em gases monoatómicos. ____ 10 -40 F m2 He Ne Ar Kr XeTeorias sobre dieléctricos e 0.18 0.35 1.46 2.18 3.54 Acontece somente a frequências visíveis (1015Hz). É independente da temperatura. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 27
  • 28. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica (Cont.) Considere um átomo sob a influência de um campo eléctrico com a intensidade ‘E’, sendo o núcleo (+Ze) e a nuvem electrónica (-Ze) tendo cargas iguais mas opostas considerando a força de Lorentz. Consequentemente o núcleo move-se na direcção do campo e a nuvem electrónica na direcção oposta. Quando a nuvem electrónica e o núcleo se deslocam da sua posição normal, é criada uma força atractiva entre eles, e a separação continua, até que a força de Coulomb seja balanceada com a força de Lorentz, estabelecendo-se assim, um novo ponto de equilíbrio.Teorias sobre dieléctricos E No deslocamento do núcleo e da nuvem electrónica, assumimos que a carga (–ve) +Ze x da nuvem electrónica está uniformemente distribuída sobre uma esfera inalterável de raio R. Sem campo Na presença de campo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 28
  • 29. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica O Volume de um átomo é: 4 V R3 3 E 0  Onde, R = Raio do átomo esfericamente simétrico.Teorias sobre dieléctricos Se z for o número atómico, então a carga/ volume do átomo será: 3ze 4 R3 A polarização electrónica é directamente proporcional ao cubo do raio do átomo. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 29
  • 30. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica (Cont.)  2R Na presença do campo E d   A força sobre as cargas é: F1 Ze E Isto leva-nos á separação das cargas.Teorias sobre dieléctricos A força de Coulomb entre cargas separadas, será:   F2 Ze x O campo produzido pelo deslocamento de cargas no núcleo. -q +q Ze E x a Carga contida na esfera de raio d. 2 4 od Ze 4 3 Ze 4 3 3Ze Z 2e2 d d d 4 od 2 3 4 od 2 3 4 R3 4 0 R3 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 30
  • 31. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica (Cont.) Na posição de equilíbrio, as duas forças, F1 e F2 são iguais, portanto: Z ed 2 2 Zed 4 0 R3 E ZeE E d 4 0 R3 4 0 R3 Ze Este é o equilibro da separação entre cargas, que é proporcional ao campo E.Teorias sobre dieléctricos Agora, o momentum induzido no dipolo eléctrico será: 4 0 R3 E pe Zed Ze ( ) Ze Pe 4 0 R3E 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 31
  • 32. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica (Cont.) pe 4 0 R3 E Mas, de acordo com a definição de polarizabilidade, pe e E Comparando, e 4 0 R3 ( e = Polarizabilidade electrónica) Portanto, a Polarização electrónica pode ser dada por:Teorias sobre dieléctricos    Pe 0 ( r 1) E N eE N e r 1 0 Onde N é o número de átomos/ m3. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 32
  • 33. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica com Campo AC Na polarização electrónica, o campo aplicado desloca o centro das cargas positivas e negativas. Os átomos são considerados simples osciladores de harmónicos. Também os dipolos o são. Estes dipolos começam a interagir com as cargas vizinhas, o que aumenta o amortecimento das oscilações. Na presença de um campo eléctrico E(t) = E0ei t, a nuvem electrónica executa uma oscilação harmónica amortecida (damped harmonic oscillation).Teorias sobre dieléctricos A polarizabilidade Electrónica num campo AC é uma quantidade imaginaria. Equações das partes real e imaginaria são: 2 e2 ( 0 2 ) e2 2b e ; e m 2 2 2 4b 2 2 m2 2 2 2 4b 2 2 ( 0e ) ( 0e ) m2 m2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 33
  • 34. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Electrónica com Campo AC Variação da parte real e da parte complexa da polarizabilidade electrónica com a frequência do campo aplicado. Damping factor. 2 0 e2 0 ’ e 2b 2b 6 mc 2 e = Permeabilidade vácuo 2 b m 0 m b 0  ’’ m C = Velocidade da luz e m  0 = Frequência osc. natural 1013Teorias sobre dieléctricos  4. Se , é negativa e é positiva. 0 0 e e 2 e2 e2  1. Se 0, e 0 ; ae 0 m 2 2 2 0 m 0 e2 2. Se 0, e 0; e  ’ – Parte real. 2b 0 e 0 , ambos 3. Se e e e são positivos.  ’’ – Campo AC. e 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 34
  • 35. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica A polarização iónica ocorre quando átomos formam moléculas, e é principalmente devida ao deslocamento relativo, dos componentes electrónicos da moléculas , na presença de uma campo eléctrico.Teorias sobre dieléctricos Quando o campo eléctrico é aplicado á molécula, os iões positivos têm um deslocamento X1 para o lado negativo do campo eléctrico, e os iões negativos, têm um deslocamento X2 para o lado positivo do campo.  O momentum do dipolo resultante: P = q ( X1 + X2) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 35
  • 36. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica (Cont.) Dipolo _ + Campo Eléctrico _ + _ + catião anião _ + x1 x 2 _Teorias sobre dieléctricos + _ + _ + _ + Átomo dieléctrico 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 36
  • 37. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica(Cont.) A constante da força de reposição depende da massa do ião e da frequência natural, e é dada por : 2 F eE m 0 x Ou: eE 1 1 eE x 2 x1 x2 2 m 0 m 0 m M Onde ‘M’ é a massa do anião e ‘m’ a massa do catião.Teorias sobre dieléctricos Esta polarização acontece á frequência de 1013 Hz (IR). É uma processo lento comparado com a polarização electrónica. É independente da temperatura.  e2 E Pionic ( e x1 x2 ) 2 1 m 1 M  w0 Ou: Pionic e2 1 1 ionic 2 m M E w0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 37
  • 38. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica(Cont.)Teorias sobre dieléctricos E=0 E E Estrutura iónica de um dieléctrico. O deslocamento dos iões devido ao campo   eléctrico resulta na polarização iónica. pi iE O deslocamento de nuvens de carga num campo eléctrico resulta na polarização electrónica. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 38
  • 39. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC. Consideramos um par de iões com cargas opostas, digamos, Na+ e Cl-. Na presença de um campo eléctrico aplicado E ao longo do eixo-X, os iões Na+ e Cl- são deslocados um do outro uma distância X. Cl- Na+ Equilíbrio Pi(t) rO M- M+ rO FTotal FTotal  FTotalTeorias sobre dieléctricos x rO+ x rO+ x Pi(t) E (t ) E0 exp( j t ) A Equação para o movimento do par de iões pode ser escrito como: d 2x dx M 2 qE 2 fx dt dt 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 39
  • 40. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC(Cont.) Reorganizando temos: e2 Coeficiente de Perdas Constante de Força f 4 0 R3 d 2x dx 2f q x E0 e i t (Aqui R é o mais perto possível dt 2 M dt M M da distância entre os iões +ve e –ve) 1 1 1 Massa reduzida ( ) Campo aplicado M M MTeorias sobre dieléctricos Definindo a frequência se ressonância ou vibração natural dos iões como 0i 2 = 2f/M, a equação anterior pode ser escrita como: d 2x 2 dx q 0i x E0 e i t dt 2 M dt M A forma de solução desta equação pode ser considerada como: i t 0 x xe 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 40
  • 41. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC (Cont.) x  , sendo a solução, deve satisfazer a equação do movimento: 2 i t 2 qE0 ei t x0 e x0 i e i t 0i x0 ei t M M 2 2qE0 x0 x0 i 0i x0 M MTeorias sobre dieléctricos 2 2 qE0 x0 [( 0i ) i ) M M qE0 x0 2 2 M [( 0i ) i ] M 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 41
  • 42. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC (Cont.) qE0 x0 2 2 M [( 0i ) i ] M qE0 ei t  Pelo que x (t ) pode ser escrito como: x (t ) x0 ei t 2 2 O momentum do dipolo pode ser: M [( 0i ) i ] 2 i t M q E0 e pi qx(t ) 2Teorias sobre dieléctricos 2 M [( 0i ) i ] M E a polarizabilidade pode ser escrita como: pi q 2 E0 ei t q2 i E E0 ei t M [( 2 2 ) i ] M [( 2 2 ) i ] 0i 0i M M 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 42
  • 43. Componentes Electrónicos: Condensadores or,  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC (Cont.) q2 Ou: i i i" i 2 2 M [( 0i ) i ] M q2 2 2 [( 0i ) i ] M M 2 2 2 2 [( 0i ) i ][( 0i ) i ]] M M 2 q 2 2 [( ) i ]Teorias sobre dieléctricos 0i i i" M M i 2 2 2 2 2 ( 0i ) M2 q2 ( 0i 2 2 ) q2 i 2 2 " i 2 2 2 2 M [( 0i 2 2 ) 2 ] M 2 [( 0i 2 2 ) 2 ] M M 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 43
  • 44. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC (Cont.)  A variação de i’ e i” sera´ a mesma de e’ e e” com a única diferença da frequência de vibração natural.  Ignorando o Factor de Amortecimento (damping factor), a equação para i pode ser escrita como: 2 q i 2 2 M( 0i ) A polarização iónica deve ser:Teorias sobre dieléctricos Pi Nqx(t ) A constante dieléctrica pode ser escrita como: P Pe Pi r ( ) 1 1 0E 0E Pe Pi Pe N r( ) 1 i 1 0E 0E 0E 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 44
  • 45. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC (Cont.) Pe N i r( ) 1 0E 0 Pe Nq 2 1 Substituindo I, r ( ) 1 2 2 0E 0 0i M 1 2 0i A equação anterior pode , em alternativa se escrita como: (0) ( )Teorias sobre dieléctricos r r r ( ) r ( ) 2 1 2 Pe N e 0i Ne 2 Onde, r ( ) 1 1 1 2 0E 0 0 0e m Nq 2 1 1 Esta equação dá-nos r (0) r ( ) 2 [ ] a constante estática de 0 0i M M dieléctricos iónicos. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 45
  • 46. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Iónica num campo AC (Cont.)  Num cristal de NaCl, N = 2.25x1028/m3. Fazendo oi = 3.2x1013 radianos/sec, cacule a contribuição iónica para a constante total do dieléctrico sólido. Solução:Teorias sobre dieléctricos  A contribuição iónica para a constante dieléctrica é dada por: Ne 2 1 1 1 r (0) r ( ) 2 ( ) 0 0i M M 2.25 10 28 (1.6 10 19 2 ) 1 1 1 r (0 ) r( ) ( ) 8.85 10 12 (3.2 1013 ) 2 1.66 10 27 23 35.5 r (0) r ( ) 2.7 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 46
  • 47. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional (Dipolar ou molecular) Também é chamada de polarização dipolar ou molecular. As moléculas tais como H2 , N2,O2,Cl2 ,CH4,CCl4 etc., não têm nenhum dipolo, porque o centro das cargas positivas e das cargas negativas é coincidente. Por outro lado, moléculas como CH3Cl, H2O,HCl, acetato etílico (moléculas polares) têm dipolos, mesmo na ausência de campo eléctrico. Porém, os momentuns dos dipolos, negligenciavelmente pequenos, uma vez que todos os dipolos moleculares têm orientação aleatória, na ausência de campo eléctrico. Na presença de um campo eléctrico, todos os dipolos se orientam na direcção doTeorias sobre dieléctricos campo, resultando uma rede de momentuns de dipolo enorme. Ocorre a frequências de 106 Hz a 1010Hz. É um processo mais lento, comparado com a polarização iónica. Depende largamente da temperatura. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 47
  • 48. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional (Dipolar ou molecular) Ausência de Campo Com CampoTeorias sobre dieléctricos 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 48
  • 49. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional (Dipolar ou molecular) Expressões da Polarização Orientacional 2  N .P .E orie ao N .Porie N. o .E 3k T 2 P orie o 3k TTeorias sobre dieléctricos A polarizabilidade Orientacional é inversamente proporcional á temperatura T. 2 2 3 e 1 1 Pori elec ionic ori 4 oR M m w02 3kT Esta é chamada a equação de Langevin – Debye para a polarizabilidade total em dieléctricos. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 49
  • 50. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC Vamos considerar primeiro a polarização dipolar, num campo estático: 1. Quando o campo E é ligado no instante t = 0. t Despolarizado Polarizado pd (t ) pds (1 e ) Aqui = Tempo de relaxação, ou tempo de colisão.Teorias sobre dieléctricos  Pd(t) é o momentum instantâneo do dipolo e Pds é o momentum de saturação do dipolo t t dpd (t ) pds e Sabemos que: pd (t ) pds (1 e ) dt t dpd (t ) pds pd (t ) dpd (t ) pd ( ) pd (t ) pds e pds pd (t ) dt dt Aqui, pd( ) = pds 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 50
  • 51. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.) 2. Agora o campo E é desligado, no instante t = 0 o dieléctrico está completamente t polarizado. t dpd (t ) pds e pd (t ) pd (t ) pds e dt dpd (t ) pd ( ) pd (t ) Aqui, Pd( ) = 0 dt Agora , o que acontece no campo oscilante?Teorias sobre dieléctricos Polarizado por um campo eléctrico aplicado  Os dipolos do sistema tendem a seguir o campo, oscilando para trás e para a frente, á medida que o campo inverte a sua direcção durante cada ciclo. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 51
  • 52. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.)  A equação que descreve este movimento da polarização dipolar, será: dpd (t ) 1 Onde, Pd(t) = momentum actual [ pds (t ) pd (t )] dt dipolar no instante t. Pds(t) = valor da saturação do momentum que seria o valor de Pd (t) se o campo se mantivesse no valor instantâneo por um tempo mais longo…Teorias sobre dieléctricos  No caso do campo AC: E (t ) E0 e i t pds (t ) d (0 ) E (t ) d (0) E0 e i t Onde, d(0) é a polarizabilidade estática dipolar, e Pds (t) é o valor que Pd(t) alcançaria se o campo permanecesse iguala a E(t) em todos os tempos subsequentes. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 52
  • 53. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.) dpd (t ) 1 [ pds (t ) pd (t )] Pds (t ) d (0 ) E0 ei t dt Substituindo Pds(t) na equação: dpd (t ) 1 (0) E0 ei t pd (t ) [ d (0) E0 ei t pd (t )] d dtTeorias sobre dieléctricos dpd (t ) pd (t ) d (0) E0 ei t dt A Solução desta equação pode assumir a forma: i t pd (t ) d ( ) E0 e Onde d( ) é a polarizabilidade AC. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 53
  • 54. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.)  Substituindo Pd(t) na equação, dpd (t ) pd (t ) d (0) E0 ei t dt 1 d (0) E (t ) i d ( ) E (t ) d ( ) E (t )Teorias sobre dieléctricos d ( )(1 i ) d (0) (0) d d ( ) (1 i )  Portanto a polarizabilidade AC é de um valor complexo, indicando que a polarização não mais está em fase com o campo. Isto aumenta a absorção de energia. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 54
  • 55. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.) Constante dieléctrica P N( e d ) N e N d r( ) 1 1 1 0E 0 E 0 E 0 E (0 )  Polarizabilidade Dipolar: d( ) d (1 i ) N d ( ) N d (0 ) r( ) r( ) r ( )Teorias sobre dieléctricos 0 0 (1 i ) r (0 ) r ( ) N e r ( ) r( ) r ( ) re 1 (1 i ) 0 E 2 r (0 ) n 2 (0) ( ) r ( ) n r r d (1 i )  A constante dieléctrica sendo dependente da frequência, mostra que o meio exibe dispersão. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 55
  • 56. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.) A constante dieléctrica sendo uma quantidade complexa, 2 r (0 ) n 2 25 6 r ( ) n (1 i ) 20 s r 4 2 2 r (0 ) n r ( ) i r" ( ) n (1 i ) r 15 2 Teorias sobre dieléctricos 2 [ r (0) n 2 ](1 i ) r n 2 2 10 0 1 7 10 10 Frel 10 8 9 10 10 (0 ) n 2 Frequência r ( ) n2 r 2 2 1 Equações Debye r (0 ) n2 r"( ) 2 2 1 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 56
  • 57. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.) r (0) n 2  Considerando: r" ( ) 2 2 1 2 2 1 d  Fazendo: ( r (0 ) n 2 ) 2 2 2 0 ( r (0) n 2 ) 2 2 0 (1 ) d 1 d r" ( ) 0 d 2 2 1 (1/ também é conhecida como 1 0 a frequência de colisão).Teorias sobre dieléctricos d 2 r" ( ) Para 1  Agora vamos calcular 2 d 2 2 d r" ( ) 2 4 2 ( r (0 ) n ) 2 2 2 d (1 ) d 2 r" ( )  Portanto ( r (0) n 2 ) 2 d 2 1 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 57
  • 58. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Fontes de Polarizabilidade: Polarização Orientacional num campo AC (Cont.) P P0 sin( t ) r r d2 "( ) r r 2 ( r (0) n 2 ) 2 E E0 sin t d 1 r (0 ) -ve Portanto, no ponto: = 1/ , r”( ) atinge o r máximo, como mostrado v V0 sin t 1 na figura.Teorias sobre dieléctricos 0.01 0.1 1 10 100 O valor máximo de r”( ) é dado substituindo =1/ na equação: r (0) n 2 r (0) n 2 1 r (0) n 2 r "( ) r"( ) 1 2 2 1 2 1 2 2  Portanto, r”( ) alcança um máximo igual a metade da constante dieléctrica dipolar estática (assumindo negligenciável a contribuição iónica). Ela diminui á medida que a frequência se afasta desse valor, em qualquer das direcções. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 58
  • 59. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade Total Em geral, podemos escrever a polarizabilidade total como: ou p2 e i o e i p 2 3kT ou ei Substituindo na relação Clausius-Mosotti, temos: 3kT r 1 M NA p2 Independentes M ( ) ( ei ) da temperatura r 2 3 0 3kTTeorias sobre dieléctricos Substâncias Polares N A p2 Declive 9 0k N A ei 3 0 Substâncias não Polares 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 59
  • 60. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Polarizabilidade Total Para um campo estático e2 e2 1 1 p2 e i o 2 2 [ ] mω0e 0 0i M M 3kT Para um campo oscilante (AC) e2 m e2 d(0 ) 2 2 2b 2 2 (1 i ) ( 0e ) i M [( ) i ] m 0i MTeorias sobre dieléctricos Fenómeno de Oscilação Dipolar e Iónica Electrónica Frequência Hz 0 10 3 10 6 10 9 1012 1015 Ondas Ondas mm IR Visível UV 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 60
  • 61. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Perdas dos Dieléctricos A incapacidade de um dipolo permanecer em fase com o campo AC aplicado, devido á sua interacção com outros dipolos, leva-nos a perdas no dieléctrico, que aparece sob a forma de calor. Vamos considerar um dieléctrico num condensador de placas paralelas sujeito a um campo AC, dado por: E E0 cos Re ( E0 e i t ) A densidade de corrente é:Teorias sobre dieléctricos D J Re ( 0 r E) Re ( 0 r E0 ei t ) t t t J 0 E0 Re[ r i (cos t isin t )] J 0 E0 Re[( r i r " )(i cos t sin t )] 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 61
  • 62. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Perdas dos Dieléctricos (Cont.) J 0 E0 Re[( r i r " )(i cos t sin t )] J 0 E0 ( r " cos t r sin t ) Pelo que a relação de perdas de energia por unidade de volume do material será: 1 T W JEdt T 0Teorias sobre dieléctricos T 1 W 0 E0 ( r " cos t r sin t )E0 cos tdt T 0 1 2 W 0 r " E0 2 Portanto as perdas de energia são proporcionais a r”. As perdas de energia são também expressas em termos de tangente de perdas (tan ). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 62
  • 63. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Perdas dos Dieléctricos (Cont.) As perdas de energia são também expressas em termos de tangente de perdas (tan ). " r Onde é o ângulo complementar ao ângulo entre o tan campo aplicado e a corrente resultante. r Agora, se não houver perdas: J 0 E0 ( r " cos t r sin t ) Fica J 0 E0 r sin tTeorias sobre dieléctricos J 0 E0 r cos( t ) 2 Pelo que a corrente estará avançada em relação ao campo por 900. Neste caso = 0. Todavia, se houver perdas, r” não são zero e há uma componente da corrente em fase com o campo, resultando uma corrente que não está mais em avanço de 900 em relação ao campo mas sim 900- Como mostra a figura em cima. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 63
  • 64. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Perdas dos Dieléctricos (Cont.) Façamos o dieléctrico equivalente a um paralelo combinado de R e C .(Com uma unidade de secção de área, e uma unidade da separação entre placas). A densidade de corrente no circuito é dada por: E0 cos t J JR JC E0 Csin t R Comparando esta equação, com esta: J 0 E0 ( r " cos t r sin t )Teorias sobre dieléctricos Temos: 1 e C R 0 r 0 r " r" 1 Então a tangente de perdas ( ) pode ser dada por: tan r RC 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 64
  • 65. Componentes Electrónicos: Condensadores  Revisão de algumas fórmulas básicas Perdas dos Dieléctricos (Cont.) Com o aumento da frequência, o deslocamento D, deixa de estar completamente em fase com o campo aplicado E, para ter componentes tanto em fase como for a de fase, conforme mostrado:Teorias sobre dieléctricos 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 65
  • 66. Componentes Electrónicos: Condensadores Carga Eléctrica A força entre duas cargas pode ser medida e é igual a: A força é orientada na direcção da separação entre as duas cargas . O factor α depende da unidade do sistema utilizado. No Sistema MKSA a Carga é dada em Coulombs [C], a distância em metros [m] e a Força em Newton [N]. Que pela Lei de Gauss é dado por:Teoria Finalmente o valor da força é dado por: 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 66
  • 67. Componentes Electrónicos: Condensadores Cargas e Forças Relembrem-se …. Cargas iguais – repelem-se. Cargas opostas – atraem-se A força de repulsão / atracção quando as cargas estão mais afastadas. â Qa Qb r Fa Fb Fa =-QaâQb Fb =+QbâQa 4 r2 4 r2 NB .. No ar, e= 8.85 x 10-12 Fm-1Teoria |â| = 1, Fa = -Fb Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 67
  • 68. Componentes Electrónicos: Condensadores Cargas e Campos Vectores 1 unidade â2 â3 â4 â1 Tudo isto são vectores, |âi| = 1. Têm uma direcção, e a magnitude de 1. â adiciona uma direcção a uma quantidade sem alterar a sua magnitude. e.g.... velocidade = 100m/s é a velocidade V 100(1/ 2, 1/ 2, 0)m/s e a velocidade v =Vâ , 100m/s, Noroeste () â = (1/ 2, 1/Ö2, 0) Neste caso.Teoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 68
  • 69. Componentes Electrónicos: Condensadores Cargas e Campos Vectores : Exemplo Fa =-QaâQb Fb =+QbâQa 4 r2 4 r2 Fa =+QaEb Fb =+QbEa Onde: Eb =-Qbâ Onde: Ea = +Qaâ 4 r2 4 r2 Eb(r) é o campo eléctrico exercido pela Ea(r) é o campo eléctrico exercido pela carga carga b á distância r (ponto a). a á distância r (ponto b).Teoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 69
  • 70. Componentes Electrónicos: Condensadores Cargas e Campos Vectores : Exemplo Duas cargas iguais positivas |E| |Ea| |Eb| Qa QbTeoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 70
  • 71. Componentes Electrónicos: Condensadores Cargas e Campos d - E = -V/d - + F = +q(-V/d) F = qE novamente. - + - +q - + Onde E é o campo dentro de um - condensador. - F + - + - E + - 0 V Voltagem VTeoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 71
  • 72. Componentes Electrónicos: Condensadores Cargas e Campos V V 0 |E| 0Teoria E = -V/d Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 72
  • 73. Componentes Electrónicos: Condensadores Várias Cargas +Qc Ea +Qd Eb Ec Ed -Qe Ee +Qa -QbTeoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 73
  • 74. Componentes Electrónicos: Condensadores Várias Cargas +Qc Ea +Qd Eb Ec Ed -Qe Ee +Qa ETOT -Qb ETOTTeoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 74
  • 75. Componentes Electrónicos: Condensadores Várias Cargas Exemplo Ftotal 1M 45° +1C F num 1C? +2C 1MTeoria +2C Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 75
  • 76. Componentes Electrónicos: Condensadores  Densidade de Carga A densidade de carga superficial, linear, ou de volume é a quantidade de carga eléctrica em uma linha, superfície ou volume, respectivamente. É medida em Coulombs por metro (C / m), metro quadrado (C / m2) ou metro cúbico (C / m³), respectivamente, e representada pela letra minúscula letra grega ró (ρ). Uma vez que as cargas podem ser positivas, bem como negativas, a densidade de carga pode assumir valores negativos. Como qualquer densidade, pode depender da posição. Não deve ser confundida com a densidade de portadores de carga. Relacionada com a química, pode-se referir à distribuição de carga sobre o volume de uma partícula, molécula, ou átomo.  Definimos densidade volumétrica de carga em um ponto específico avaliando a carga líquida total ΔQ em um pequeno volume Δv em torno do ponto.Teoria 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 76
  • 77. Componentes Electrónicos: Condensadores  Densidade de Carga 3D (r) em C/mm3 1mm3 = C 1mm3 (ra) > (rb)Teoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 77
  • 78. Componentes Electrónicos: Condensadores  Densidade de Carga (ra) > (rb) 2D (r) em C/mm2 1mm2 = C 1mm2Teoria Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 78
  • 79. Componentes Electrónicos: Condensadores  Densidade de Carga (ra) > (rb) 1D (r) in C/mm 1mm = CTeoria 1mm Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 79
  • 80. Componentes Electrónicos: Condensadores  Densidade de Carga Exemplo Carga de ponteiro comprido e fino. dE dEy E = (Ex, Ey) dEx Ex = ∫dEx R r Ey = ∫dEy dq yTeoria x Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 80
  • 81. Componentes Electrónicos: Condensadores  Densidade de Carga Exemplo Carga de ponteiro comprido e fino. r dE dΘ dEy dEx Θ R dx r rφ dΘ Θ y dq=ρdxTeoria x Alan Murray – University of Edinburgh 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 81
  • 82. Componentes Electrónicos: Condensadores Introdução: Condensadores Polarização Eléctrica Polarização ocorre quando um campo eléctrico E distorce a nuvem negativa de electrões ao redor de núcleos positivos dos átomos, numa direcção oposta ao campo. Uma das medidas de polarização é o momento de dipolo eléctrico, que é igual à distância entre os centros ligeiramente deslocados da carga positiva e negativa multiplicada pela quantidade de uma das cargas. d Polarização P no seu significado quantitativo é a quantidade de p momento deTeoria dipolo por unidade de volume V de um material polarizado : 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 82
  • 83. Componentes Electrónicos: Condensadores Campo Eléctrico Considerando que a carga q2 está localizada E1 dentro do campo eléctrico criado por q1, este campo é dado por: O vector campo eléctrico tem seu pé no q1 quando este último é positivo.Teoria 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 83
  • 84. Componentes Electrónicos: Condensadores Potencial Eléctrico E1 A Força da Carga q2 é igual a: O potencial eléctrico em torno de q1 é definido em função de:  U1 não deve ser confundido com Energia Potencial da carga q2 no potencial eléctrico da carga q1:Teoria 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 84
  • 85. Componentes Electrónicos: Condensadores  Carga de Condensadores Deslocamento Eléctrico ou indução de Campo Um condensador pode ser carregado por uma corrente IC tem uma corrente igual a iC entre as placas, com uma corrente iD de deslocamento = ε A dE /dt. Este campo E alterado, pode ser considerado como a fonte do campo magnético entre as placas. iD dE/dt de C = A / d e V = E d podemos usar q = C V para obter q = ( A / d ) (E d ) = E A =Teoria e de iC = dq / dt = A dE / dt = d / dt = iD 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 85
  • 86. Componentes Electrónicos: Condensadores Definição de capacitância Um condensador pode ser "carregado" e pode armazenar carga. Quando um condensador está a ser carregado, carga negativa é removida de um lado do condensador e colocada sobre o outro, deixando um ΔV lado com uma carga negativa (-q) e do outro lado com uma carga positiva (+ q). A carga líquida do condensador como um todo permanece igual a zero. A capacidade de armazenar electricidade C=Q/ΔV Quaisquer dois condutores isolados um do A Capacitância é medida em Farads (F) outro formam um condensador. 1F=C/VTeoria 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 86
  • 87. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Cilindricos Um excelente exemplo de um condensador cilíndrico é o cabo coaxial utilizado em sistemas de televisão por cabo. Suponha-se que condensador é composto por um cilindro interior com um raio fechado a, e por um cilindro exterior com raio b. Ele tem uma carga uniforme por unidade de comprimento: dq a dl b Raio exterior b Comprimento L Total Carga -q b Superfície Gaussiana Raio interior a Meio de Integração L a r Total Carga +q Primeiro, o campo eléctrico E entre as placas é avaliado, usando a Lei de Gauss.Considere- se uma superfície Gaussiana é de forma cilíndrica tendo raio r e comprimento L.Teoria qinterno L L Superficé E dA Lateral dA E 2 rL E 0 0 0 2 r 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 87
  • 88. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Cilindricos a b Raio exterior b Comprimento L Total Carga -q b Superfície Gaussiana Raio interior a Meio de Integração L a r Total Carga +q A diferença de potencial entre os cilindros é avaliada usando a relação entre V e E. b b b 1 Vexterior Vinterior Edr dr dr lnr b a a a 2 r 0 2 0 a r 2 0 b Uma vez que a placa exterior é negativa, a sua tensão lnb lna ln pode ser definida igual a 0, Assim, a diferença de 2 2 r 0 a potencial V através das placas do condensador é dada por:Teoria b V ln http://202.141.40.218/wiki/index.php/Capacitance_of_parallel_plate_cylinders 2 0 a 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 88
  • 89. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Cilindricos a b Raio exterior b Comprimento L Total Carga -q b Superfície Gaussiana Raio interior a Meio de Integração L a r Total Carga +q Capacitância C é calculada usando a relação Q = CV Q L C 2 0 C V b L b ln ln 2 0 a aTeoria Que representa a capacitância por unidade de comprimento do condensador cilíndrico. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 89
  • 90. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Esféricos Estas duas esferas têm massas diferentes e são feitas de materiais diferentes.  Se lhes aplicarmos alguma energia térmica, a Capacitância Térmica Capacitância Eléctrica temperatura de cada uma das esferas, que estavam ambas a uma temperatura ambiente Cobre m=1Kg Ferro m=2Kg de 20o C, é então aumentada para 40o C. A primeira esfera alcança os 40o C quando lhe forem fornecidos 7,7KJ de calor. Para alcançar a mesma temperatura, a outra esfera precisa de cerca de 18 KJ de calor. Podemos então verificar que dois materiais diferentes, precisam de quantidades de calor diferentes, para alcançarem a mesma temperatura. Isto porque os materiais têm diferentes capacitâncias térmicas, a qual pode ser definida como a razão entre a quantidade de calor fornecida a um corpo e o aumento da temperatura desse corpo, devida ao calor que é fornecido. A capacitância depende da massa do corpo e do material de que é feito. Podemos Estudar a Capacitância eléctrica da mesma maneira. Podemos calcular a quantidade de carga a fornecer a um condutor , afim do seu potencial alcançar um determinado valor. A razão entre a cargaTeoria fornecida ao condutor e o potencial alcançado, é chamada de capacitância eléctrica do condutor. Como veremos a quantidade de carga, depende do tamanho e forma do condutor. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 90
  • 91. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Esféricos Microfarad s : 1 F 10 6 F Se um condutor esférico for colocado no vácuo, o seu potencial é expresso por: Nanofarads : 1nF 10 9 F 12 Picofarads : 1pF 10 F A capacitância C, deste condutor é dada por: V 1 Q 4 0 r 12 1 Uma vez que a permeabilidade eléctrica no 0 8.85 10 Fm Q C 4 r vácuo, tem um valor muito pequeno, o raio da V 0 uma esfera com a capacitância igual a 1 Farad, teria que ser muito grande, Talvez maior do que o raio do Sol!… Para expressar a capacitância de um condutor esférico, do tamanho de uma bola de basquetebol, por exemplo, precisamos de usar uma unidade que seja mais pequena do que 1 Farad… Por isso, muitas vezes expressamos a capacitância em :Teoria 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 91
  • 92. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores A unidade de capacitância é o farad (abreviado para F) com o nome do físico Michael Faraday e é definida como um condensador com a capacitância de um Farad, quando uma carga de um Coulomb é armazenada sobre as placas por uma tensão de um volt.  A Capacitância, C é sempre positiva. No entanto, o farad (F) é uma unidade de medida muito grande, usando-se normalmente sub-múltiplos: Micro- farads.(μF) nano- farads.(nF)Teoria Pico-farads.(pF) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 92
  • 93. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Esféricos Considere um condensador esférico formado por duas esferas concêntricas condutoras com os raios r1 e r2: Vamos supor que a esfera interna tem carga + q e a esfera exterior tem carga -q. O campo eléctrico é perpendicular à superfície de ambas as esferas e aponta r radialmente para fora. Para calcular o campo eléctrico, usamos uma superfície Gaussiana. consistindo de uma esfera concêntrica de raio r de tal modo que: r1 < r < r2 +q Como o campo eléctrico é sempre perpendicular à superfície Gaussiana, então: -q q ETeoria 2 Que se reduz a ... 0 Ed A 0 EA 0 E4 r q 4 0 r2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 93
  • 94. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Esféricos Para obter o potencial eléctrico que seguir um método semelhante ao que usamos para o condensador cilíndrico e integrar a partir da esfera carregada negativamente para a esfera carregada positivamente. r1 r1 q q 1 1 V Edr 2 dr r2 r2 4 0 r 4 0 r1 r2 Usando a definição de capacitância encontramos: q q 4 0 C V q 1 1 1 1 4 0 r1 r2 r1 r2 r1r2 A capacitância de um condensador esférico é então: C 4Teoria 0 r2 r1 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 94
  • 95. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Esféricos Capacitância de uma esfera isolada Obtemos a capacitância de uma simples esfera condutora, tomando o nosso resultado para um condensador esférico, e movendo a esfera condutora exterior, para uma distância infinita... q q 4 0 C V q 1 1 1 1 4 0 r1 r2 r1 r2 ... Com r2 = e r1 = R encontramos: O que significa que: V q C 4 0 R 4 R 0Teoria (… que já sabíamos!) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 95
  • 96. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Esféricos As "placas" de um condensador esférico têm um raio de 38 mm e 40 mm, respectivamente. r =40 mm 2  a) Calcule a capacitância. r1=38 mm  b) Calcular a área A de um condensador de placas paralelas com a mesma separação e a mesma capacitância. d A?Teoria Respostas: (a) 84.5 pF; (b) 191 cm2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 96
  • 97. Componentes Electrónicos: Condensadores História do Condensador A invenção do condensador varia um Ponteiro de pouco, dependendo a quem você perguntar. Há Metal Rolha não registos que indicam que um cientista alemão Condutora chamado Ewald Georg von Kleist inventou o Jarro de condensador em Novembro de 1745. Vários Vidro meses mais tarde Pieter van Revestimento Musschenbroek, um professor holandês da Metálico interno Universidade de Leyden, veio com um Revestimento dispositivo muito semelhante, na forma da Corrente ou Metálico garrafa de Leyden, que normalmente é Fio Externo creditado como o primeiro condensador. Como Kleist não tinha apontamentos e registos detalhados, nem a notoriedade do seu homólogo holandês, ele é muitas vezesCondensadores ignorado como um contribuinte para a evolução do condensador. No entanto, ao longo dos anos, foi dado crédito igual a ambos, tendo sido estabelecido que as suas pesquisas eram independentes umas das outras e apenas sendo uma coincidência científica. fonte: Williams 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 97
  • 98. Componentes Electrónicos: Condensadores O que é um Condensador Um condensador é um elemento eléctrico para armazenar carga eléctrica. Ddp=V Voltímetro É constituído por dois condutores de qualquer forma, colocados perto um do outro, sem se tocarem. Dieléctrico Placas Maiores – mais carga, maior capacitância. Símbolo Placas mais perto – campo mais forte, mais carga/área, maior capacitância. Dieléctrico – cargas concentram-se no dieléctrico para aumentar o campo.  A quantidade de carga eléctrica (Q) no condensador (C) é proporcional à tensão aplicadaCondensadores Placa de (U). A relação entre estes parâmetros é: Q = C x V Separação Placa Metálica =d Área =A Q = Carga em coulombs (C). C = Capacitância em farads (F). E V V = Voltagem em volts (V) d 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 98
  • 99. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores: Placas Paralelas A capacidade de um condensador de placas paralelas é: C=Aε/4πd (C em Farads ou coulombs /V) A- Área das placas de contacto. d- Distância entre placas. ε – Dieléctrico, constante do meio entre placas. A Capacitância de um condensador é caracterizada por uma permissividade ε do meio dieléctrico, pela distância d entre os dois eléctrodos terminais, e a superfície A.Condensadores A Relação entre a capacitância "C" e a voltagem entre placas "V“, vem da acumulação de cargas "q“ é: C = q/V ou q = CV 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 99
  • 100. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas A 0 C k d  A capacitância de um condensador de placas paralelas é proporcional à área A é inversamente proporcional à distância, d entre as placas. A capacidade pode serCondensadores aumentada através da introdução de um dielétrico que tem uma constante dielétrica ou de permissividade relativa maior que a do ar com valores típicos de épsilon ε sendo:  Ar = 1, Papel = 2.5, Vidro = 5, Mica = 7 etc 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 100
  • 101. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Tradicional: Placas Paralelas Condensador : Dispositivo que fisicamente armazena carga eléctrica sem qualquer reacção química. Fio A quantidade de carga que pode ser colocada num condensador é proporcional à tensão sobre a carga na placa positiva. Quanto maior for a diferença de potencial (voltagem) entre as placas, maior a carga sobre as Fio placas: Q=CV Á constante de proporcionalidade é chamada "capacitância" e é proporcional à área (A) de uma das placas e inversamente proporcional à separação entre as placas (d): C = A / dε Para um condensador de placas paralelas, em que ε é a permissividade do material de isolamento (ouCondensadores DIELÉCTRICO) entre as placas… Pela Lei de Gauss pode-se calcular a magnitude do campo eléctrico (E) entre as placas de um condensador carregado : E = σ/ε 0 Com o espaço entre placas sendo vácuo. Sendo Vab = Exd Vem E = Vab / d 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 101
  • 102. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores de Placas paralelaS Capacitância: Campo Electrico entre placas planas: Diferença de potencial entre placas planas:Condensadores Capacitância: Depende da área e distância entre placas 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 102
  • 103. Componentes Electrónicos: Condensadores Capacitância dos Condensadores de placas paralelas C Q (A capactâ ncia é proporcional á Carga) 1 C (A capactâ ncia é inversamente proporcional á volta gem) V Q C (Se medido em Farads, Coulombs, e Volts) V A C r 0 (Para condensador de placas paralelas) d r - É a cons tante dieléctrica do meio entr e placas. 12 0 - É a cons tante dieléctrica do espaço livre entre placas.(8.854 12 F / m) A - É a área das placas. d - É a dist ância entre as placas.Condensadores A Capacitância é uma forma dearmazenar energia. É preciso energia para carregar um condensador, que é armazenada e fica di sponível para realizar trabalho. 1 1 A 2 W CV 2 r V OndeW é a energia armazenada,em joules. 2 2 d 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 103
  • 104. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores :Equações Básicas Definição de Capacitância: C = Q/V Carga= Corrente* tempo: Q = I*t C = I*t/V Voltagem : V = I*t/C Voltagem dinâmica: dV/dt= I/C Energia armazenada: E = ½ C*V2 Á voltagem inicial Vo: Eo= ½ C*Vo2 Á voltagem final Vf: Ef= ½ C*Vf2 Energia fornecida = Eo–Ef : ΔE =½ C*(Vo2–Vf2)Condensadores Permissividade do vácuo = Є0= 8.85 x 10-12 F/m;  є é a Permissividade do material dieléctrico. A Permissividade relativa, єr , (Constante Dieléctrico) é: єr = є / є0 . 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 104
  • 105. Componentes Electrónicos: Condensadores  Unidades Voltagem U [V] Unidades de Campo Campo Eléctrico E [V/µm] Voltagem Eléctrica U: Dist. Dieléctrica d [µm] Volt,[V]: deriva da definição de corrente do sistema MKSA Área do Eléctrodo S [m2] (diferença de potencial , num condutor quando a potência de 1 Volume Condensador V [m3] Ampere é igual a 1 Watt). Factor de perdas tg δ [1] Campo Eléctrico E: Constante Dieléctrica εr [1] Volt por metro, [V/m]: Campo eléctrico exercendo a força de 1 newton numa carga de 1 coulomb. Deslocamento Campo eléctrico D: Coulomb por metro quadrado, [C/m2] Unidades de Carga  1 Coulomb, [C]: Quantidade de carga transportada num segundo por uma corrente de 1 Ampere. 1 Coulomb é equivalente á carga de 6.24 ×1018 electrões. A carga do electrão é dada por qe = 1.6 10-19 [C].  1 Faraday, [F] (usado em electroquímica) é igual a 96 485 [C] e representa a carga associada a oCondensadores 1 mole-grama de electrões. O Faraday não deve ser confundido com o farad [F] que representa a capacitância de uma carga de 1 [C] no potencial eléctrico de 1 [V].  Constante de Avogadro: A = 6.02 1023 é o número de moléculas por mole-grama. 1 [F] = qe A que é a carga de 1 mole. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 105
  • 106. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas Um material dieléctrico é uma substância que é um mau condutor de electricidade, mas um defensor eficiente de campo electrostático. Se o fluxo de corrente entre os pólos opostos de carga eléctrica é mantido a um mínimo, enquanto as linhas de fluxo electrostático não são impedidas ou interrompidas, um campo electrostático pode armazenar energia. Em teoria, dieléctrico pode ser qualquer substância não condutora. No entanto, para aplicações práticas, materiais específicos são usados ​para melhor se adequarem ã função do condensador.  Mica Porcelana Óxidos de vários Metais Cerâmica Mylar Alguns líquidos Celulose Teflon Gases Vidro Ar Vácuo …. São alguns dos materiais não condutores utilizados. O dieléctrico determina que tipo o condensador é, e para aquilo que ele é o mais adequado. Dependendo do tamanho e doCondensadores tipo de dieléctrico, alguns condensadores são melhores para utilizações de alta frequência, enquanto alguns são melhores para aplicações de alta tensão, o ar seco é um dieléctrico excelente, e é usado em condensadores variáveis ​e alguns tipos de linhas de transmissão. A água destilada é um bom dieléctrico. O vácuo é um dieléctrico excepcionalmente eficaz… 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 106
  • 107. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas Os Condensadores podem ser fabricados para servir a qualquer propósito, desde o menor condensador de plástico da sua calculadora, a um ultracondensador que alimenta um automóvel eléctrico. Observação experimental de Faraday Dieléctrico Constante de Dieléctrico Dieléctrico CO E QO CO QO d A A 0 0 C k d ΔVO U ΔVO E d Capacitância de um condensador é aumentada quando um isolador está colocado entre as placas, a capacitância éCondensadoes aumentada por um factor K, se o isolador encher completamente o espaço entre as placas. Ao colocarmos um pedaço de material isolante como vidro, entre as placas, descobrimos que a capacitância aumenta. Isso significa que, a tensão diminui para a mesma carga. Mas a diferença de tensão é a integral da energia eléctrica armazenada no condensador, portanto, concluímos que, o campo eléctrico é reduzido, embora as cargas sobre as placas permanecem inalteradas.  K depende apenas da natureza do material de isolamento e é chamado de constante dieléctrica. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 107
  • 108. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas   Materiais Dieléctricos   D0 0 E0 D0 0 E0 P V V d V Vácuo E= d P E O Material dieléctrico isola electricamente. Tem a propriedade de separar cargas positivas e negativas (como um dipolo). São materiais que têm um momentum de dipolo eléctrico permanentemente. O Material dieléctrico é usado nos condensadoresCondensadores Quando uma voltagem é aplicada a um condensador, um placa fica carregada positivamente e a outra placa fica negativamente carregada. Um condensador é similar a uma bateria no sentido em que ambos armazenam energia eléctrica, mas contrariamente ás baterias o condensador não produz energia eléctrica. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 108
  • 109. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas Para se compreender porque é que a capacitância dum condensador muda quando um dieléctrico é introduzido entre as placas, precisamos de ver o que se passa a nível da estrutura microscópica do material. As moléculas de alguns dieléctricos, são dipolos eléctricos. Um dipolo é um sistema constituído por duas cargas, com magnitudes idênticas, mas com sinais opostos.Num campo eléctrico externo, os dipolos alinham-se pelas linhas do campo.Num dieléctrico, porém, os dipolos podem não estar completamente alinhados, pois as moléculas estão em movimento térmico constante. O alinhamento dos dipolos será maior quando a temperatura do condutor é menor.Se as moléculas do dieléctrico não são dipolos, então, na presença de um campo eléctrico externo, ocorre o fenómeno da indução. Isto é, a separação entre cargas positivas e negativas e tem lugar nas moléculas. Os dipolos criados desta maneira, ficarão alinhadas ao longo do campo eléctrico.Como resultado do alinhamento dos dipolos, em relação ás placas, poderemos observar a resultante acumulação de cargas positivas de um lado do dieléctrico e de cargas negativas no outro lado.A acumulação de cargas, não é devida ao movimento de electrões livres, como no caso de um condutor, mas sim devida a um ordenamento espacial dos dipolos.06-09-2012 Por : Luís Timóteo 109
  • 110. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas V Temos: 0A E Para o Ar: 0 C d d k 0 A E Efectivo E E Polarização Então temos: C K 0 d A Capacitância foi aumentada por um factor K que depende apenas da natureza do material de isolamento e é chamado de constante dieléctrica.  A Constante dieléctrica é a relação entre a permissividade de um meio e aCondensadores permissividade do vazio. É determinada pelas características do material e não tem unidades: r 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 110
  • 111. Componentes Electrónicos: Condensadores O que é um Condensador O valor de capacitância é directamente proporcional à área de Dieléctrico superfície (Placas) e inversamente proporcional à espessura da camada dieléctrica, assim: A C 0 r Onde: d Ânodo Cátodo  = Permissividade absoluta(8.85 x 10-12 F/m). 0 Área =A  = Constante dieléctrica relativa (sem dimensão). r A = Área (m2). d d = Espessura do dieléctrico (camada de óxido em condensadores de r alumínio (m). A energia armazenada num condensador é dada por: 1Condensadores WE C U2 2 Símbolo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 111
  • 112. Componentes Electrónicos: Condensadores Medição da Capacitância Medição AlternativaCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 112
  • 113. Componentes Electrónicos: Condensadores Funcionamento de um Condensador Em Circuitos DC Processo de Carga VS + + + + + Inicialmente Carregando… Carga Completa + + + + + descarregado + + + + + + + + + + + + + + + A + A + B B +Condensadores Fonte Removida… Um condensador com carga, comporta-se temporariamente como uma bateria. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 113
  • 114. Componentes Electrónicos: Condensadores Dieléctrico dos Condensadores: Placas Paralelas Condensadores Num condensador, reacções químicas produzem electrões num dos terminais e absorve electrões no outro terminal. Um condensador, porém, não pode Condensador produzir novos electrões, só os armazena. Bateria Num condensador estando ligado a uma bateria: A placa do condensador que liga ao terminal negativo da bateria aceita electrões que são produzidos pela bateria.Condensadores A placa do condensador que está ligada ao terminal positivo da bateria perde electrões para a bateria. Depois da carga, o condensador tem a mesma voltagem que a bateria (1.5 volts por exemplo). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 114
  • 115. Componentes Electrónicos: Condensadores Funcionamento de um Condensador Em Circuitos DC Processo de Carga/DescargaCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 115
  • 116. Componentes Electrónicos: Condensadores V Condensadores: Funcionamento Vfinal Em Circuitos DC Quando um condensador é carregado através de uma resistência em série e fonte de DC, a curva de carregamento é exponencial. 0 t (a) Voltagem de descarga de um condensador R I Iinicial CCondensadores 0 t (b) Corrente descarga de um condensador 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 116
  • 117. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento V Em Circuitos DC Vinicial Quando um condensador é descarregado através de uma resistência, a curva de descarga é também uma exponencial. (Note que a corrente é negativa.) 0 t (a) Voltagem de carga de um condensador R I -Iinicial CCondensadores 0 t (b) Corrente de descarga de um condensador 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 117
  • 118. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos DC VS Curvas da mesma forma são vistas se uma onda quadrada é utilizada como fonte. VC Qual é a forma da curva da corrente? R C VR VSCondensadores A corrente tem a mesma forma que VR. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 118
  • 119. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos DC Curva Exponencial Universal 100% 99% 98% 95% 86% 80% Subida exponencial Os valores específicos de corrente Percent of final value 63% e de tensão podem ser lidos a 60% partir de uma curva universal. Para um circuito RC, a constante de 40% tempo é: 37% Descida exponencial τ RC 20% 14%Condensadores 5% 2% 1% 0 0 1 2 3 4 5 Number of time constants 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 119
  • 120. Componentes Electrónicos: Condensadores Funcionamento de um Condensador t Tempo de Carga/Descarga RC Vc = tensão no condensador; Vc Vf(1 e ) Vf = tensão da fonte; t = tempo de carga. 95 98 99+ 86.5 63.2 36.8Condensadores -1RC Dizemos que a constante de tempo de um condensador é igual a RC. Assim sendo, quando t = R.C teremos Vc = 0,6321 Vf. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 120
  • 121. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos DC Curva Exponencial Universal As curvas universais podem ser aplicadas a fórmulas gerais para curvas de tensão (ou corrente) em circuitos de RC. A fórmula geral da tensão é: v =VF + (Vi VF)e t/RC VF = valor da voltagem final. Vi = valor da voltagem inicial. v = valor da voltagem instantânea. A tensão final do condensador é maior que a tensão inicial, quando o condensador está a carregar, ou menos que a tensão inicial, quando se está a descarregar.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 121
  • 122. Componentes Electrónicos: Condensadores Funcionamento de um Condensador Em Circuitos AC Pilha Quando a tensão AC inverte a suaPela aplicação de uma tensão DC aos terminais polaridade, os electrões da lamela de um condensador, os electrões negativos A, movimentam se na direcção mover-se para a lamela A, mas eles não oposta, enquanto que a lamela B será atingirão a lamela B, porque esta está isolada. carregada com electrões negativos.Pela aplicação de uma tensão AC aos terminais de Quando a tensão AC inverte novamente a um condensador, os electrões negativos movem- polaridade, os electrões deixam a lamela B na se para a lamela A, mas eles não atingirão a direcção oposta, enquanto a lamela A irá ser lamela B, porque esta está isolada. novamente carregada com electrões negativos.06-09-2012 Por : Luís Timóteo 122
  • 123. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos AC Desvio de fase capacitivo Quando uma onda sinusoidal é aplicada a um condensador, há uma mudança de fase entre a tensão e a corrente tal, que a corrente avança sempre 90º em relação á tensão. Vc 0 90oCondensadores Ic 0 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 123
  • 124. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos AC Reactância Capacitiva A reactância capacitiva é a oposição à componente AC por um condensador A equação para reactância capacitiva é: 1 XC 2πfC A reactância de um condensador de 0,047  quando lhe é aplicada uma frequência de 15 FCondensadores kHz é de: 226 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 124
  • 125. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos AC Energia no Condensador A energia é armazenada pelo condensador durante uma parte do ciclo de corrente alternada e retorna para a fonte durante outra parte do ciclo. Tensão e corrente estão sempre desfasadas de 90o. Por esta razão, nenhuma potência real é dissipada por um condensador, porque a energia armazenada é devolvida para o circuito.  A taxa à qual um condensador armazena ou retorna energia é chamada de potênciaCondensadores reactiva. A unidade de potência reactiva é o VAR (volt-ampere reactivos). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 125
  • 126. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Funcionamento Em Circuitos AC Vc Ic Energia no Condensador Var 0 W 90o VAr  W =VA x Cos VA VA W VarCondensadores W VA W2 VAr2 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 126
  • 127. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Papel Os Condensadores de papel estão agora praticamente obsoletos, mas eram muito comuns antes do advento dos tipos de películas de plásticos, no inicio da década de 60’s do sec.XX Eles usavam folhas metálicas, onde eram ligados os terminais, e papel como separador. O Dieléctrico utilizado era papel ou papel impregnado com óleo. Tendo sido usado extensivamente nos condensadores mais antigos, utilizando cera, óleo, ou epoxi como um impregnante. Condensadores de papel com óleo kraft ainda são usados ​em certas aplicações de alta tensão. Foram, em grande parte, substituídos por condensadores de película de plástico (Poliéster).Condensadores Além das grandes dimensões, o papel é altamente higroscópico, absorvendo a humidade do ambiente, apesar dos invólucros plásticos, a humidade absorvida degrada o desempenho, aumentando as perdas dieléctricas (factor de potência) e diminuir a resistência de isolamento. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 127
  • 128. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico Tradicional Os Condensadores electrolíticos empregam alumínio ou tântalo e podem usar tanto técnicas de construção líquida ou sólida. A química de condensadores electrolíticos é muito complexa e para além do âmbito deste trabalho. A técnica de construção de electrólitos líquidos, (wet) usam folhas gravadas de Alumínio (placas), separados por um isolante poroso impregnado com o electrólito, enquanto que a técnica de construção de electrólitos sólidos empregam uma "espaçador" sólido de material metálico sinterizado. Ambos os tipos são normalmente alojados em recipientes de metal equipados com terminais soldáveis, ou terminais de aparafusar, normalmente os encapsulados são com revestimento plástico, havendo versões de montagem de superfície (SMD) disponíveis com menores dimensões. Os tamanhos mais pequenos podem geralmente ser montados em painéis, ou em PCB’s, pelos seus terminais de fios, mas os tamanhos maiores são relativamente pesados ​e requerem para montagem grampos ou outros métodos de montagem mecânicas.Condensadores A técnica de construção de electrólitos sólidos são electricamente mais robusto e ambientalmente aceitáveis do que os líquidos e têm correntes de fuga menores, mas são mais caros e menos capaz de lidar com altas correntes AC e picos de tensão. Condensadores electrolíticos de Alumínio sólido ou de tântalo nunca devem ser ligados directamente através de uma fonte de alimentação de baixa impedância, havendo perigo de falha causada pela alta corrente ao ligar . 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 128
  • 129. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Electrolíticos CONDENSADORES ELECTROSTÁTICOS ELECTROLÍTICOS CERÂMICOS PELÍCULA ALUMÍNIO TÂNTALO TERMINAIS SMTCondensadores RADIAL AXIAL SNAP-IN CYLINDRICAL HORIZONTAL FLAT CAN MOUNT CHIP 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 129
  • 130. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Electrolíticos A principal vantagem dos Condensadores electrolíticos sobre outros tipos, são os valores muito elevados de capacidades que podem ser alcançadas. Na verdade, não é possível, ou mesmo Impossível, atingir valores de centenas ou milhares de microfarads por outros meios. Um caso especial é um conjunto de componentes destinadas a funcionar como uma fonte de temporários "keep-alive" tensões na memória digital e aplicações de processador. Estes dispositivos têm geralmente uma capacidade de cerca de 1F e exibem correntes de fuga relativamente baixos, considerando a sua capacidade. Eles não são condensadores verdadeiros, nem são pilhas verdadeiros, mas pode ser considerada como a utilização de tecnologia algures entre que de condensadores electrolíticos e acumuladores de armazenamento… (Supercondensadores…)Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 130
  • 131. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico tradicional: Estrutura Um condensador cilíndrico é um condensador de placas paralelas que foi enrolado com uma camada isolante entre as placas. Terminal Positivo Terminal Negativo Placa de Metal DieléctricoCondensadores Folha de Alumínio Isolamentos de Plástico 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 131
  • 132. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador ElectrolíticoTradicional: Estrutura Topo gravado para quebrar em situações potencialmente explosivas Max. Voltagem de trabalho Tecido embebido em electrólito Capacidade Separador de Papel Camada de óxido Marca Terminal NegativoCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 132
  • 133. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio:Estrutura Os Condensadores de alumínio são feitos de enrolamentos cilíndricos com quatro elementos: a primeira placa ou ânodo, realizada como uma folha de Alumínio electroquimicamente-gravado; uma camada de óxido sobre a folha do ânodo, um dieléctrico e um isolador; um fluido condutor ou electrólito é mantido no lugar por um espaçador de papel como segunda placa do condensador, e um segunda folha de Alumínio (muitas vezes mal identificada como a segunda placa) para criar o contacto entre o fluido e o seu terminal. Cátodo Ânodo Terminal Positivo Electrólito Terminal Negativo Folha de Alumínio Folha de AlumínioCondensadores Papel Absorvente de Electrólito Dieléctrico (Separador) Folha de Alumínio Al2O3 Isolamentos de Plástico 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 133
  • 134. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Estrutura Terminal Positivo Terminal Negativo Óxido e Dieléctrico Papel saturado de Electrólito (líquido) Folha de Alumínio POLAR Eléctrodo do Ânodo: AlumínioCondensadores Circuito equivalente de um condensador de alumínio Dieléctrico: Al2O3 Eléctrodo Cátodo, Electrólito sólido ou não, dependente da tecnologia: Não-sólido: (Wet) Electrólito líquido, espaçador e folha de Alumínio. Sólido: Electrólito Sólido (e.g. dióxido de manganésio), grafite e prata epoxy. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 134
  • 135. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Electrólito liquido Manga exterior isoladora Caixa de Alumínio Raio - X Elemento Condensador bobinado Saturado com electrólito líquido Vedação final de borracha butílica Construção de Electrólito líquido tem vantagens e desvantagens Liquid Electrolyte Construction Vantagens (pros): Desvantagens(cons):Condensadores Condensadores Electrolíticos de Alumínio  Baixo custo.  Resistência a picos. Duração limitada. Mais comuns & construção de mais  Auto reparação.  Desgaste. alto volume , para uso global  Alta Capacitância.  Maior do que os de Tântalo & MLCC. ( ~100 Biliões / Ano )  Alta Voltagem. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 135
  • 136. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Caracteristicas ESR = 1.66 C 100uF 20%(M) ESR 50VDC AC Current IR = 1 Meg ESR = Equivalent Series IR LC = 50uA Resistance (Ohm ; ) Corrente de ondulação (mA) 1mA = 0.001A LC Condensadores Electrolíticos de Alumínio pertencem á família dos condensadores ELECTROLÍTICOS . Têm as seguintes característicos: • São Polarizados com terminais no (+) ânodo e (-) no cátodo.Condensadores • Dominam os Valores máximos de capacidade. • São usados em grande escala e oferecem custo mais baixo por valor de Capacitância. • Estão disponíveis quer com terminais quer em SMT (montagem de superfície). • São condensadores de capacidade fixa (o valor da capacidade não é variável). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 136
  • 137. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Características ESR IR Z( ) Z = Impedância (Ohm) Impedância é a resistência total AC (ohms), que oCondensadores condensador apresenta ao circuito:  A impedância inclui a reactância capacitiva e indutiva (Xc e XL) e a ESR. O valor da impedância dependerá do valor da Capacitância, da frequência e da construção do condensador. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 137
  • 138. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Construção  Começa-se com folha de alumínio de alta pureza Tanto as folhas doo ânodo (+) com do cátodo (-) são quimicamente gravadas para aumentar a área de superfície (mais área de superfície = mais Capacitância).  Um dieléctrico, o óxido de alumínio é electroquimicamente formado sobreCondensadores a superfície da folha do ânodo (+). Espessura do óxido determina a tensão nominal 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 138
  • 139. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Construção  Separador de papel evita curto- circuito e actuar como meio para Separador de papel segurar o electrólito Folha do Cátodo (-) Separador de papel Folha do Ânodo (+)Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 139
  • 140. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Construção O Elemento condensador é enrolado Separador de Papel Ânodo (+) Terminais Cátodo (-)Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 140
  • 141. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Construção Electrólito líquido se torna Óxido - Dieléctrica extensão do cátodo. (Al2O3) Ânodo (+) Cátodo (-)Condensadores Separador de Papel 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 141
  • 142. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Construção Selo final Top-Vent Electrólito Liquido Vent Selagem mecânica CaixaCondensadores Elemento Condensador 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 142
  • 143. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Processo de fabricoCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 143
  • 144. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Tipos de Construção Surface mount device (Wet) Large aluminum, snap-in Radial aluminum Large aluminum, screw terminalCondensadores Axial aluminum Polymer Aluminum Solid Polymer Aluminum Solid SMD Solid aluminum (SAL), radial 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 144
  • 145. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Aplicações Condensadores Electrolíticos de Alumínio Tipo de Componente: SMD ou com terminais Produtos: Fontes de Alimentação Aplicação: Circuitos de armazenamento de energia e filtragem de ruído. Aumentando o valor da capacitância a reduz a ESR e a tensão e ondulação! Tensão e ondulação!Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 145
  • 146. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Estrutura SMD Surface Mount Flat Chip Chanfro Folhas do Condensador com separadores de papelCondensadores Invólucro de Alumínio Revestimento de Plástico Cátodo Ânodo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 146
  • 147. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio:Avarias Construção de Electrólito líquido Modos de Avarias: Alteração de Parâmetros. Aberto. Intermitente. Curto-circuito. Causas:  Envelhecimento.  Eléctricas.  Térmicas  Mecânicas,  Corrosão.  Altitude.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 147
  • 148. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio:Avarias Construção de Electrólito líquido Vent. de Segurança Raio - X Caixa de Alumínio Rolo do Condensador (Elemet/pillet) Selagem Selagem Mecânica FinalCondensadores Terminal A dissipação do electrólito segue a taxa de Arrhenius Taxa Arrhenius: relação de envelhecimento (aging) dos reagentes químicos dependentes da temperatura… 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 148
  • 149. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio:Avarias Construção de Electrólito líquido Avaria por Stress térmico: selo final comprometido, desgaste - circuito aberto Causa: Excesso de calor na soldagem (refluxo) Remédios: Use componente maior de refluxo. Deformação abaulada Rever as condições de refluxo. Usar componentes radiais com terminais. Usar soldagem “Wave”.Condensadores Placa de terminais elevada 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 149
  • 150. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio:Avarias Construção de Electrólito líquido Excessivo refluxo Influência do refluxo de Influência do refluxo .. calor Pressão interna de vapor Fraca soldagem Tamanhos menoresCondensadores Fuga de Electrólito Tamanhos maiores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 150
  • 151. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: avarias Construção de Electrólito líquido Avaria por Corrosão: Alteração dos parâmetros, fugas, »Calor de Joule» levando a curto ou desconexão; circuito aberto.. Causas:  Fluxos Halogéneos e solventes de limpeza.  Ambientes de funcionamento hostis. Remédios: Eliminar o uso de fluxos halogéneos e solventes. Usar revestimentos para proteger os componentes.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 151
  • 152. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: avarias Construção de Electrólito líquido Avaria stress mecânico: Stress nos terminais »Selagem final comprometida» desgaste acelerado»circuito aberto. Causas:  Corte curto dos terminais. Stress do componente após a montagem no PCB.  Levantamento do PCB pelo invólucro do componente. Remédios: Rever o corte dos terminais. Rever práticas de manipulação de PCB’s.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 152
  • 153. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: avarias Construção de Electrólito líquido Avaria stress mecânico: Stress no invólucro »dieléctrico comprometida» aumento da corrente de fuga ou curto-circuito… Causas:  Manuseamento incorrecto.  Empilhamento de PCB’s.  Armazenamento inadequado. Remédios: Rever práticas de manuseamento. Rever práticas de armazenamento.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 153
  • 154. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio:Avarias Construção de Electrólito líquido Avaria devido a altitude: (pressão reduzida) diminuição da capacitância, o desgaste acelerado, aumento DF & ESR » circuito aberto. Causas: Diferença entre a pressão interna e a pressão externa.  Exposição a altitude elevada ou a aviação. Remédios: Altitude (m) Pressão Atmosf. (hPa) Utilizar componentes de construção 0 1013.3 alternativa (sólidos). Efeitos mínimos 2.000 795.0 4.000 616.4Condensadores 6.000 471.8 8.000 356.0 10.000 264.4 Efeitos e termos de duração. 20.000 54.7 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 154
  • 155. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: avarias Construção de Electrólito líquido Aceleradores de Desgaste: Stress Eléctrico:  sobretensão.  Carga-descarga rápidas.  Polaridade inversa. Stress Mecânico e Térmico Agentes corrosivos  Fluxos de solventes de limpeza.  Ambiente hostil.Condensadores Baixa Pressão  Alta altitude [> 20.000 Pés => 6100 Metros] 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 155
  • 156. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Polímero sólido Condensadores electrolíticos Wet, contêm um papel entre o ânodo e a folha do cátodo que é embebido em electrólito líquido. Os Condensadores electrolíticos de alumínio com polímero são o mais recente passo evolutivo na melhoria das propriedades dos condensadores electrolíticos de Polímeros Especiais – condensadores sólidos de Alumínio - produto de novas tecnologias, usam polímeros (plástico) como um substituto para o electrólito líquido. Os benefícios incluem não secagem (vida infinita), muito baixa impedância/ESR e alta corrente de ondulação. Alto custo. Condensadores de polímero usam um papel que é impregnado com cristais de semicondutores orgânicos. Parece papel de carbono realmente, embora não o seja. Condensadores de polímero são distintos, porque os valores de capacitância são razoavelmente altos (acima de 300  ) e não têm aberturas, enquanto seus homólogos F electrolíticos (Wet) têm. Os topos são completamente planos. Devido à falta de electrólitoCondensadores líquido nunca farão gás quando falham e, portanto, não requerem as aberturas para o gás se escape. Condensadores de polímero também podem falhar em aberto ou em curto. É provável que eles não mostrem quaisquer sinais visíveis de avaria. Contudo, não tem havido relatos de falhas que indicariam que os condensadores de polímero não sejam fiáveis. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 156
  • 157. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio Os condensadores electrolíticos de Alumínio contêm uma folha de separação (electrólito) impregnado com uma solução electrolítica, que pode tornar-se instável com a temperatura. A diferença é que condensadores sólidos contêm um polímero orgânico sólido, enquanto condensadores electrolíticos usam um electrólito líquido. Folha separadora (electrólito) impregnada com compostos de polímero altamente electro- condutor, que melhora drasticamente a estabilidade e confiabilidade. Vantagens: Baixa ESR baixa maior gama de Frequências; Alta Corrente de Ondulação (ripple); Maior vida útil; Capacidade de alta temperatura. Condensador Sólido Condensador Electrolítico de AlumínioCondensadores Folha de Alumínio + Folha de Alumínio Folha de Alumínio + Folha de Alumínio TONQ & Polymer Electrólito Al2O5 Al2O5 Folha separadora Folha separadora 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 157
  • 158. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio Invólucro de Alumínio Invólucro de Alumínio Elemento Surface mount device (Wet) Polymer Aluminum Solid SMD Isolador de Base Borracha Terminal Elemento Separador Isolador de Folhas de BorrachaCondensadores Alumínio ou resina Têm uma construção básica semelhante a um condensador electrolítico de Alumínio. Uma diferença distinta reside no electrólito. Condensadores de polímero não contêm electrólito. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 158
  • 159. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Estrutura com Polímero condutor Cinta adesiva Folhas de Alumínio Dieléctrico Polímero Folha de Alumínio Espaçador de BorrachaCondensadores Polímero – Electrólito Folha de Alumínio Dieléctrico (Al2O3) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 159
  • 160. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Polímero sólido – Estrutura SMT Solid Polymer Aluminum SMT condensadors Os condensadores chip de montagem em superfície (SMT) com polímeros sólidos são produzidos de uma forma totalmente diferente dos seus congéneres de formato radial. Estes condensadores são produzidos usando uma técnica de empilhamento. Com esta técnica, as tiras de folhas de ânodo revestidas com polímero condutor, pasta de carbono seguida, de pasta de prata, são empilhados em conjunto… condensadores de alumínio de polímeros sólidos SMT são condensadores de alumínio polarizados, que utilizam um polímero sólido altamente condutor, como electrólito. Eles têm as vantagens e a fiabilidade dos condensadores electrolíticos de alumínio e de tântalo sólido. Ao contrário de condensadores de alumínio, não há electrólito líquido que possa evaporar e causar uma falha. Ao contrário do tântalo sólido que pode queimar ou entrar em curto, os condensadores de alumínio com polímero sólido, não têm vazamentos, explodem ou entram em curto. Podem sim tornar-se circuitos abertos após a operação de 25 a 50 anos. Curvas de expectativa de vida mostram 200.000 horas de vida á tensão nominal e em condições ambientais normais. Revestimento de Resina Alumínio Dióxido Alumínio (Dieléctrico) Cátodo ÂnodoCondensadores Polímero Condutor (Electrólito) Banho de Prata Substrato de Carbono Folha de Alumínio Banho de Prata Terminal Negativo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 160
  • 161. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Estrutura semicondutor Orgânico (OC-COM) (OS-CON )(AO-CAPS) Tem quase a mesma construção que um condensador electrolítico de alumínio, e o elemento é constituído por folhas de alumínio laminadas… O OS-CON é um condensador electrolítico de alumínio sólido com semicondutores orgânicos usados ​como materiais de cátodo condutores. Enquanto os outros usam uma solução electrolítica e dióxido de manganésio como electrólito, os OS- CON usam um semicondutor de alta condutividade orgânica. (Organic SemiCONductor) A diferença entre OS-CON e outros Electrolíticos de Alumínio, é que cristais orgânicos semicondutores orgânica são impregnados em vez da solução de electrólito convencional. Folha de Alumínio Resina Semicondutor Folha de Alumínio Orgânico Cinta adesiva Separadores  Alta condutividade (valor de baixaCondensadores resistência) em comparação com Resina Separador outros electrólitos. Alta condutividade - estabilidade de temperatura. Terminal Folha de Alumínio Resultando, na diminuição da Terminal Al2O2 Resistência Série Equivalente (ESR) … Folha de Alumínio 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 161
  • 162. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador es Electrolíticos de Alúmínio: Considerações Em condensadores de alumínio de electrólitos não sólidos, o electrólito líquido penetra nos poros da folha de Alumínio oxidado do ânodo, maximizando a área efectiva da superfície de contacto e, portanto, o valor de capacitância. Nos condensadores sólidos de alumínio e chips de tântalo, a segunda placa do condensador é formada usando um fluido que foi processado para convertê-lo em forma de um sólido. O electrólito sólido, de limitada condutividade depende da temperatura, provoca perdas predominantemente óhmicas nos dispositivos. No entanto, é mais difícil de explicar duas outras dependências: frequência, dependente de perdas devidas ao próprio óxido de alumínio, e a longo prazo variações da capacidade, causadas pela perda lenta, mas inevitável (devido à vaporização e difusão através dos selos de dispositivo) do electrólito sobre a vida útil do dispositivo. Neste último processo, há efectivamente uma "secagem", e é, em si, claramente dependente da temperatura. A consequência é uma redução progressiva na quantidade de material condutor, aumentando a ESR do componente, e a área efectiva de contacto com o óxido de ânodo, reduzindo capacitância. O valor da capacitância do dispositivo irá diminuir a frequências mais elevadas. A resistência do electrólito nos poros do óxido do ânodo combina com a capacitância nos poros das mesmas para formar um filtro passa-baixo. Em altas frequências, uma maior proporção da capacitância nos poros torna-se isolada, permanecendo apenas a capacitância superfície . A baixas temperaturas, a baixa condutividade do electrólito diminui a frequência em que este efeito é iniciado.Condensadores A característica distintiva física final de condensadores de alumínio é o seu comportamento de fuga de corrente DC. Ao longo do tempo, o electrólito do condensador dissolve lentamente a camada de óxido de alumínio: a espessura de óxido reduzida provoca fugas aumentando o fluxo de corrente. Aplicação de uma tensão para este processo e, na verdade inverte-o. O impacto mais grave é, portanto, visto quando os dispositivos são utilizados pela primeira vez, depois de armazenamento a longo prazo. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 162
  • 163. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Capacitância  Capacitância AC: É a capacitância de um circuito equivalente, tendo uma resistência, uma capacitância e uma bobine (indutância) em série, medida com corrente alternada de forma de onda aproximadamente sinusoidal com uma frequência especificada que para os condensadores de alumínio é de 100 Hz ou 120 Hz. C VAC ESR ESL Circuito equivalente AC de um condensador de Alumínio Capacitância DC: é dada pela quantidade de carga que é armazenada no condensador à tensão nominal (UR). A Capacitância DC é medida por uma descarga única do condensador sob condições definidas. Em qualquer momento, a capacitância DC é maior do que a capacitância de AC. CDC ESRCondensadores Circuito equivalente DC de um condensador de Alumínio Rleak Capacitância Nominal (CR): O valor de capacitância para a qual o condensador foi concebido e que é geralmente indicada em cima dele. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 163
  • 164. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Capacitância A capacitância do Ânodo: da porção de dieléctrico do ânodo de uma folha de alumínio pode ser calculada com a seguinte fórmula: 8 EA Ca 8.855 10 F d A Capacitância do Cátodo: A folha de cátodo tem uma capacitância (Cc) que usa o camada de óxido, que foi formada pela tensão de formação ou formada naturalmente durante a armazenagem (geralmente 1V ou menos), como dieléctrico. De acordo com a construção de condensadores electrolíticos de alumínio, Ca e Cc são ligados em uma série. Portanto, a capacitância pode ser determinada pela seguinte fórmula: Ca Cc C Ca Cc A tolerância de capacitância padrão é de 20% (M); no entanto, condensadores, com umaCondensadores tolerância de capacitância 10% (K), etc, são também fabricados para uso especial. A capacitância de condensadores electrolíticos de alumínio muda com a temperatura e com a frequência de medição, de modo que o padrão foi definido para uma frequência de 120Hz e temperatura de 20oC. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 164
  • 165. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Voltagem Voltagem Nominal (UR): A tensão DC máxima, ou valor de pico de tensão, que pode ser aplicada continuamente a um condensador a qualquer temperatura entre a temperatura mais baixa e a temperatura nominal. Gama de Tensão (UC): A tensão máxima que pode ser aplicada continuamente a um condensador à sua temperatura máxima superior. A tensão de temperatura estrangulamento: é a tensão máxima que pode ser aplicada continuamente a um condensador, para qualquer temperatura entre a temperatura nominal e a temperatura máxima superior. Voltagem de Ripple (URPL): Uma tensão alternada pode ser aplicada, desde que a tensão de pico resultante da tensão alternada, quando sobreposta sobre a tensão DC, não excede o valor da tensão nominal DC ou que caia abaixo de 0 V e que a corrente de ondulação não seja excedida.Condensadores Voltagem Inversa (UREV): A tensão máxima aplicada na direcção de polaridade inversa aos terminais do condensador. Voltagem de Pico (US):A tensão máxima instantânea que pode ser aplicada nos terminais do condensador por um período de tempo especificado a qualquer temperatura dentro da gama de temperatura. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 165
  • 166. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Temperatura Gama de Temperatura: A gama de temperaturas ambientes para o qual o condensador foi concebido para operar continuamente: Este é definido pelos limites mínimos e máximos de temperatura dentro da gama. Temperatura Nominal: A temperatura ambiente máxima, em que a tensão nominal pode ser aplicada continuamente. Temperatura Mínima de Armazenamento: A temperatura ambiente mínima admissívelCondensadores que o condensador deve suportar na condição de não-operacional, sem sofrer danos. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 166
  • 167. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Resistência/Reactância Resistência Série Equivalente (ESR): A ESR num circuito equivalente com indutância e capacitância, é a resistência em série medida com corrente alternada de onda aproximadamente sinusoidal com uma frequência especificada de 100 ou 120 Hz. C VAC ESR ESL Circuito equivalente AC de um condensador de Alumínio Indutância Série Equivalente (ESL): A ESL de um circuito equivalente tendo resistência e capacitância, é a indutância em série medida com corrente alternada de forma de ondaCondensadores de aproximadamente sinusoidal com uma frequência especificada de 100 ou 120 Hz. No entanto, o valor da reactância devido indutância série ESL é extremamente pequeno em baixas frequências (50Hz ~ 1 kHz) e pode ser considerada como zero. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 167
  • 168. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Resistência/Reactância Factor de dissipação (tangente do ângulo de perdas) tan  :A perda de energia do condensador dividida pela potência reactiva do condensador a uma tensão sinusoidal de frequência especificada. O factor de dissipação pode ser aproximado pela seguinte fórmula: tan ESR 2 fC Impedância (Z) :A impedância de (Z) de um condensador de alumínio é dada pela capacitância, ESR e ESL em conformidade com a seguinte equação e figura.: 1 Xc 2 Q 2 fESL tan ESR 1 Z ESR 2 2 fESL ESR 2 fCCondensadores ESR ESR PF cos Z 1 2 1 2 ESR 2 fC Z 2 fC Vector diagram showing the AC parameters of a condensador 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 168
  • 169. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio:Perdas de Potência Ambas as partes, indutiva e capacitiva da impedância são imaginárias e não podem ser C ESR ESL distinguidas uma da outra. Para uma dada frequência, a indutância parasitária (muitas RP vezes a indutância do circuito de medição) é considerada como uma capacitância negativa pelos medidores de RLC. A parte real da impedância, é devida á resistência série ESR, e á resistência paralela Rp. ESR torna-se importante em altas frequências, enquanto Rp tem efeito essencialmente nas baixas frequências, em particular, nas frequências das redes eléctricas. Em ESR são englobadas as resistências dos condutores, conexões, eléctrodos e electrólitos se necessário.Condensadores Em Rp estão as perdas devidas à polarização dieléctrica, a resistência dieléctrica, as perdas devido à corrente de fuga e do fenómeno de redistribuição de carga se necessário. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 169
  • 170. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: perdas de Potência Num condensador teórico ou matemático a potência é puramente reactiva. Não existem perdas. Definição da tangente delta Delta é o ângulo entre o vector de impedância e do eixo imaginário no plano de impedância complexa. Um condensador matemático (condensador perfeito) tem tangente delta = 0. Zi 1 ZR tang ZiCondensadores 2 fC δ = 90° -  ESR ZR Source: Garmanage: Roland Gallay 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 170
  • 171. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Correntes Corrente de Fuga (IL):A corrente DC fluindo através de um condensador quando uma tensão DC é aplicada com a polaridade correcta. É dependente da temperatura, da tensão, e do tempo. Corrente de Fuga para teste de Aceitação (IL5): É considerado como um requisito de aceitação . Teste de acordo com as normas internacionais ("IEC 60384-4" e "EN130300") é a corrente de fuga (IL5) após 5 minutos da aplicação da tensão nominal a 20 ° C. Corrente de Fuga para Entrega (IL1 ou IL2): Além da IL5, a corrente de fuga após 1 min da aplicação da tensão nominal (IL1) é especificada na maior parte das especificações de detalhe. Para algumas séries este valor é especificado para depois de 2 min (IL2). Corrente de Fuga Operacional (IOP): Após a operação contínua (1 h ou mais) a corrente de fuga deverá normalmente diminuir para menos de 20% do valor min 5 (IL5). Corrente de Fuga após armazenamento sem voltagem aplicada (Shelf Life): SeCondensadores condensadores de alumínio de electrólitos não sólidos são armazenados acima da temperatura ambiente por longos períodos de tempo, a camada de óxido pode reagir com o electrólito, causando vazamento, aumentando a corrente quando ligado pela primeira vez após o armazenamento. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 171
  • 172. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Correntes Corrente de Ondulação (Ripple) (IR) : Qualquer tensão pulsante (ou tensão de ripple sobreposta a uma tensão DC) aplicada a um condensador, produz uma corrente alterna através do mesmo. Devido ás perdas óhmicas e dieléctricas no condensador, esta corrente alternada, produz um aumento de temperatura na célula do condensador. A geração de calor depende da frequência e da forma de onda da corrente alternada. É o valor RMS máximo desta corrente alternada, que é permitido passar através do condensador durante a sua vida útil especificado inteira (a uma temperatura ambiente e frequência definidas). Também é chamada de corrente nominal de ondulação (IR). A corrente nominal ondulação é especificada nas especificações de detalhe relevantes a 100 Hz ou 120 Hz (em casos especiais em 100 kHz e à temperatura superior da categoria. Normalmente a corrente nominal de ondulação irá causar um aumento da temperaturaCondensadores da superfície e núcleo do condensador de cerca de 3o K ou 5o K (dependente de série) em comparação com a temperatura ambiente. Este aumento de temperatura é o resultado do equilíbrio entre o calor gerado pelas perdas eléctricas.: 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 172
  • 173. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Correntes Corrente Ondulação (Ripple) (IR) : O calor, gerado pela corrente ondulação, é um importante factor de influência para condensadores de alumínio não sólidos, para o cálculo da vida útil em certas circunstâncias. Nas especificações de detalhe este factor, é considerado nos chamados "nomogramas de tempo de vida “. As perdas internas e da capacidade resultantes da corrente de ondulação dos condensadores de alumínio, são dependentes da frequência. 2 P IR ESR E o calor produzido por radiação, convecção e condução: P ΔT A ΔT A IR pode ser determinada pela equação: IR ESR Onde:  = Diferença de temperatura entre a temperatura ambiente e a temperatura da TCondensadores superfície do invólucro (3o K a 5o K, dependente de série). " A = Área geométrica da superfície do condensador.  Condutividade de calor específico, dependente do tamanho do condensador. = 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 173
  • 174. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Correntes Corrente de Ondulação (Ripple) (IR) : Cálculo RMS da corrente de Ripple  As correntes não sinusoidais ondulação (se não forem acessíveis por medição directa) devem ser analisadas ​através duma série de correntes sinusoidais de oscilação por meio de análise de Fourier; a soma vectorial das correntes, assim, encontrada, não poderá exceder a ondulação aplicável actual. Para algumas formas de onda que ocorrem com frequência, fórmulas de aproximação são apresentados na figura para calcular o valor RMS correspondente. IP t1 IP I rms I P IP I rms t1 T 2 T IP 2t1 3t2 IP t1 I rms I P I rms I P t1 t 2 3T t1 2T T T IP t1 t 2 t1 t 2 I rms I PCondensadores 3T T IP t1 I rms I P t1 3T T 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 174
  • 175. Componentes Electrónicos: Condensadores Parâmetros de Condensador Electrolítico de Alumínio: Armazenamento  Armazenamento: Não é necessária pré-condição condensadores de alumínio, quando armazenados sob condições atmosféricas padrão (15 ° C a 25 ° C; 25% a 75% HR; 860 mbar a 1060 mbar) durante os seguintes períodos de tempo: 3 anos para tipos non-solid 85 °C. Após estes períodos, a corrente de fuga para teste de 4 anos para tipos non-solid 105 °C. aceitação não deve exceder o dobro da corrente IL5 10 anos para tipos non-solid 125 °C. específica. 20 anos para tipos sólidos. Uma corrente limitada pode ser aplicada para reduzir a corrente de fuga de condensadores de armazenamentos longos para valores normais. O limite máximo permitido de corrente ao fazer isto, à temperatura ambiente é dada pela seguinte fórmula: Onde: 2 D Ur = é a tensão nominal. I max D L D = é o diâmetro do condensador. Ur 2 L = e o comprimento do condensador  = Condutividade de calor específico, dependente do tamanho do condensador = 1 mW/mm2.Condensadores Durante este processo de reformação, a tensão nominal não deve ser excedida. O processo termina quando a corrente cai abaixo do valor de fuga especificado. Para garantir boa soldabilidade e qualidade de cravação dos terminais, para todos os tipos e antes da montagem, o tempo de armazenamento não deve exceder 3 anos. Isto significa, por exemplo: 2 anos de tempo de armazenamento entre o fabrico e a chegada ao cliente, além de um ano de armazenagem do cliente. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 175
  • 176. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Electrolítico de Alumínio: Montagem Montagem: Condensadores de alumínio de embutir, de circuitos impressos, bem como de soldagem de terminais, para além dos tamanhos maiores, caso dos tipos axial e radial, são normalmente equipados com uma “válvula de escape de pressão”. Estes e todos os tamanhos menores, podem ser montados em qualquer posição.  Os condensadores de Alumínio com terminais em parafuso, têm a “válvula de escape de pressão”, borracha de selagem ou disco de vedação. Estes tipos devem ser montados de modo que nenhuma emissão de electrólito ou vapor possa atingir tanto os condutores sob tensão como outras partes da placa de circuito impresso. Vertical (“válvula de escape de pressão”para cima) ou horizontal (“válvula de escape de pressão” lado superior) são a posição de montagem recomendada.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 176
  • 177. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Alumínio Híbrido: Construção Baixa ESR Alta VDC Alta RCR Circuito Aberto Construção Construção de Electrólito Polímero Sólido Líquido Resistente a Longa duração transientes Vantagens Híbridos: Tamanho muito menor. SOLID“N” Type (example) RCR = 4600mA, ESR = 0.016Ω  Baixo Perfil.Condensadores HYBRID NSPE-Sseries: RCR = 3650mA, ESR = 0.016Ω LIQUID NAZV series: RCR = 850mA, ESR = 0.160Ω Menor ESR. Corrente mais alta. Vida mais longa. SMTV-Chip Format 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 177
  • 178. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensador Alumínio Híbrido Comparações: Líquido – Híbrido - Sólido Custo mais baixo ESR muito baixo. Alta RCR Estável com temperatura. Menor ESR.  ESR moderadamente baixa Maior RCR estável com temperatura. Boa tolerância a transientes Custo moderado.  Boa tolerância a transientes. Longa duração.  Modos de falha: de Circuito Aberto Sem desgaste.  Modos de falha: Circuito Aberto. Duração limitada @ altas temperaturas. Desgaste. Vida limitada @ alta temperatura. Maior custo. Redução do desempenho em baixa  Desgaste.  Tolerância limitada a transientes. temperatura. Modo de falha: Curto-CircuitoCondensadores Construção Híbrida: Usando polímero sólido e construção de electrólito líquido, tem as vantagens de ambas as tecnologias. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 178
  • 179. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Introdução  Condensadores electrolíticos sólidos de tântalo, foram desenvolvidos pela primeira vez com sucesso no Bell Laboratory, EUA. em 1956, com performances excelentes, maior capacitância, tamanho pequeno em comparação com outros tipos de condensadores. Têm várias formas de encapsulamento, entre elas, os condensadores de tântalo de chips em miniatura, são especialmente adequados para aplicações de montagem em superfície (SMD) para atender á procura de desenvolvimento de tecnologias de automação, microelectrónica e miniaturização.  Embora a falta de matérias-primas de tântalo, os condensadores de tântalo sendo mais caros, têm tido grandes avanços de tecnologia e têm sido amplamente utilizados para aplicações mais e mais por causa da utilização de uma grande quantidade de pó de tântalo de alta capacitância, melhorando a tecnologia de fabrico de condensadores continuamente. Condensadores de tântalo são amplamente utilizados não só para aplicações militares, telecomunicações, aeroespaciais, etc., mas também para os controlos industriais, equipamentos de áudio / vídeo digital, instrumentos e medição. Condensadores electrolíticos de tântalo agora disponíveis, têm principalmente três categorias : sólido sinterizado Sólido Folha bobinadaCondensadores Electrólito liquido (wet). Entre eles, os sinterizados sólidos, contam com mais de 95% da produção total actual, dominada pela tecnologia de encapsulado hermético epoxi. Com o desenvolvimento da tecnologia SMT, a miniaturização está ascendente e a razão do tipo chip para todos os outros tipos de Condensadores está a crescer. Os Condensadores de tântalo de chips estão desempenhando um papel dominante no mercado. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 179
  • 180. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Introdução Os Condensadores de tântalo sólidos, têm vantagens de desempenho eléctricos excelente, ampla faixa de temperatura de trabalho, boa eficiência de volume e várias formas de encapsulamento, exclusivamente caracterizados por: Película de Óxido de tântalo finos (Ta2O5) forma-se sobre todas as superfícies de tântalo, servindo como trabalhar dieléctrico dos condensadores de tântalo. A película dieléctrica não pode existir sozinha; integrada como um contra-eléctrodo de condensador de tântalo, assim, a capacitância por unidade de volume ou capacitância específica é maior, adequado para a miniaturização. Durante a operação, uma característica dos Condensadores electrolíticos de tântalo, é a auto- cura e bloqueando defeitos da película de óxido de tântalo, com reforço dieléctrico em qualquer altura, recuperando a capacidade de isolamento e prevenindo a degradação acumulativa contínua, garantindo um desempenho único de vida longa e alta confiabilidade. Os Condensadores electrolíticos de tântalo têm maior força de campo eléctrico em comparação com qualquer outro tipo de condensador. Condensadores electrolíticos de tântalo têm maior capacitância, sendo usados em aplicações de filtragem de potência, by-pass, acoplamento, etc, não encontrando nenhuma concorrênciaCondensadores de outros tipos de condensadores No entanto, eles não são capazes de lidar com níveis elevados de picos de corrente ou de voltagem. Eles também são danificados quase que instantaneamente por inversão de polaridade - geralmente explodindo ... 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 180
  • 181. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo : Tipos  Tântalo electrolíticos: estão disponíveis tanto com electrólitos líquidos (Wet) e electrólitos sólidos secos (Dry), sendo os secos os mais comuns. Os Condensadores de electrólitos sólidos usam dióxido de manganésio como seu segundo terminal e são fisicamente mais pequenos do que os equivalentes de alumínio. As propriedades dieléctricas de óxido de tântalo também é muito melhor do que as do óxido de alumínio dando uma menor fuga de correntes, melhor e mais estável capacitância o que os torna adequados para aplicações de microelectrónica. Os condensadores de tântalo, embora polarizados, podem tolerar uma ligação de polaridade inversa, mais facilmente do que os tipos de alumínio, mas têm uma tensão nominal de trabalho muito mais baixa. Os valores típicos da capacitância dos condensadores de Tântalo variam numa gama de 47nF a 470μF. Tipos de condensadores de tântalo Condensador de folha de Tântalo : O condensador folha de tântalo foi introduzido por volta de 1950. Foi desenvolvido para proporcionar uma forma mais fiável do condensadorCondensadores electrolítico sem as limitações de vida útil do condensador electrolítico de alumínio. Estes condensadores de tântalo têm uma maior densidade de capacitância do que os seus homólogos electrolíticos de alumínio. Eles podem, muitas vezes operar a temperaturas até cerca de 120 o C e, por conseguinte, eles são frequentemente utilizados em equipamentos em condições extremas. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 181
  • 182. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo : Tipos Tipos de condensadores de tântaloCondensadores de tântalo com ânodo poroso e electrólito líquido (Wet): Esta forma de condensador de tântalo é também conhecido como o condensador de tântalo molhado (Wet) e foi a primeira forma a ser introduzida. Ele ainda oferece o melhor factor de espaço.Basicamente, este tipo de condensador é constituído por um ânodo poroso sinterizado de pó de tântalo. Este aloja-se num recipiente de prata ou banhado a prata. O ânodo poroso é feito por prensagem de pó de tântalo de elevada pureza num corpo cilíndrico e, em seguida, a sinterizado no vácuo a cerca de 2000oC.Uma grande variedade de electrólitos pode ser utilizada nesta forma de condensador de tântalo. Aqueles que utilizam ácido sulfúrico como electrólito têm excelentes características eléctricas e as tensões máximas de trabalho para que são fabricados tendem a ser num máximo de cerca de 70 volts.Estes condensadores de tântalo são muito mais caros do que os seus irmãos mais novos e, como resultado, não são tão amplamente utilizados.06-09-2012 Por : Luís Timóteo 182
  • 183. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo : Tipos Tipos de condensadores de tântalo Condensadores de tântalo com ânodo poroso e do electrólito sólido: Esta variante da família condensador de tântalo é também conhecido como o tântalo sólido, e é a variedade que é mais frequentemente utilizada. Muitos milhões deles são processados ​a cada dia, e eles podem ser encontrados em muitos artigos de consumo e equipamentos electrónicos comerciais. Este condensador foi desenvolvido pelos laboratórios da Bell Telephone usando um ânodo poroso e, em seguida, substituindo o electrólito líquido com um semicondutor sólido. Este superar o problema requerendo um orifício (Válvula de escape de pressão) que é comum a todas as outras formas de condensador electrolítico.Condensadores Estes condensadores são superiores aos condensadores electrolíticos de muitas maneiras, pois exibem excelentes características de temperatura e de frequência. Eles também são menores do que os seus homólogos de alumínio electrolíticos. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 183
  • 184. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrolíticos - Wet Wet Tantalum Terminal de Níquel Tubo de Tântalo Tubo de Aço Selagem de Vidro Selagem Selagem elastómera Teflon Tântalo Pentóxido de sinterizado Tântalo (ânodo) Electrólito liquidoCondensadores Suporte de Teflon Terminal de Níquel 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 184
  • 185. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Construção TWA sries Wet Tantalum construction (exploded view) Catode material on can waIl Larger tantalum anode Inner seal Cap All tantalum case Glass seal InsulatorCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 185
  • 186. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrolíticos sólidos SOLID TANTALUM HERMETICALLY SEALED AXIAL LEADED condensadorS Rolo de Tântalo Sinterizado (Ânodo) Pentóxido de Tântalo (Dieléctrico) Terminal banhado a Níquel Dióxido Manganésio (Electrólito sólido - Cátodo) Invólucro de Metal Terminal rebitado ao fundo do invólucro Grafite Prata Extremidade inferior da Fio de tântalo soldado caixa preenchida com solda ou embutido no rolo Olhal de Metal de tântalo Anilha de Metal vidro fundido em ilhós e argola de metal , para vedação hermética. Vidro Soldadura Solda  Alta capacidade e Baixo factor de dissipação.Condensadores Terminal banhado Estabilidade operacional excepcional . a Níquel Desempenho e confiabilidade Comprovados em aplicações comerciais, industriais e militares. Alto desempenho, os condensadores hermeticamente fechados têm definido o padrão para condensadores electrolíticos de tântalo sólido por mais de três décadas. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 186
  • 187. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido - Estrutura Dipped Tantalum Tântalo sinterizado Revestimento Epoxy Os Condensadores de tântalo a electrólitos sólidos são encapsulados com pó epoxy amarelo retardante de Electrólit o seco chama, marcado com laser. Ele cumpre e supera as exigências da norma IEC 384-15-3 e ECQ QC300201/US0003 e a Especificação Técnica SJ/T10856-96, usado em aplicações militares e civis, de electrónica e instrumentação de medida e teste. Revestimento de Carbono Bainha de Metal ânodo CátodoCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 187
  • 188. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido - Estrutura Dipped Tantalum Cylindrical Epoxy-Coated Solid Electrolyte Tantalum condensador Revestimento Epoxy Tântalo Sinterizado Prata (Pellete-Anode) Grafite Fio de Tântalo Soldado Dióxido Manganésio (Pellete-Anode) (Electrólito sólido) Soldagem Pentóxido de Tântalo (Dieléctrico) Terminal Níquel Terminal do Cátodo (soldado áCondensadores área prateada de C) Terminal Níquel 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 188
  • 189. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido - Estrutura SOLID TANTALUM RESIN DIPPED Grafite Encapsulamento de Resina Tântalo Projectado para equipamentos de Vareta de entretenimento, comercial e industrial. Tântalo Eles têm ânodos sinterizados e electrólito sólido. O Revestimento de resina epoxi é de retardamento de chama com um índice limite de oxigénio em excesso de 30. Prata Terminais SoldaCondensadores Dióxido de Manganésio Pentóxido Tântalo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 189
  • 190. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: SMD SMD Tantalum High temperature tantalum condensadors As Tecnologias de condensadores de tântalo padrão normalmente têm uma faixa de temperatura de -55 a +125 C. Na moderna Electrónica automóvel, podem ser colocados perto de fontes de calor, tais como motores, faróis, caixas de velocidades, ou circuitos de corrente alternada, e operar em temperaturas de até 150oC ou até 175oC. Terminal do Cátodo Terminal do Cátodo Pasta de Prata Elemento Capacitivo Grafite Cátodo (MnO2) Dieléctrico (Ta2O5)Condensadores Ânodo (Ta) Terminal do Ânodo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 190
  • 191. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo Surface-Mount Solid Tantalum Molded condensador w/ Built-In Fuse Encapsulamento Epoxy Adesivo (Prata) Barra de Polaridade (Ânodo) Terminal do Cátodo Fusível Rolo de Tântalo Sinterizado Revestimento MnO2/Carbono-Prata Terminal do Ânodo TerminaisCondensadores Condensadores de tântalo com fusível, foram originalmente desenvolvidos para computadores tolerantes a falhas na mainframe que exigia centenas a milhares de condensadores em paralelo. Foi mais fácil pôr um fusível individualmente em cada condensador, do que usar um fusível normal para isolar porções do circuito. A Vishay desenvolveu a série 893D de condensadores com fusíveis para preencher essa procura. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 191
  • 192. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido – Estrutura SMD CHIP SMD Tantalum Chip Os Condensadores de tântalo são projectados com excelentes características de desempenho de filtragem, passagem, acoplamento, bloqueio, e circuitos de sintonia RC. Eles são usados ​extensivamente em aplicações industriais, comerciais, de entretenimento e equipamentos electrónicos de medicina. Sintered Solid Electrolyte Tantalum Polímero/Ta2O5/Ta Adesivo de Prata Revestimento Prata Cátodo – Terminal NegativoCondensadores Carbono Ânodo – Terminal Anilha Positivo Fio de Tântalo Soldadura Fonte :Kemet 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 192
  • 193. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido – Polímero Orgânico Um Polímero condutor é usado como um electrólito nos POSCAPs da Sanyo. Como material orgânico, o polímero torna-se não-condutor e actua como um isolador contra corrente de fuga, a uma temperatura relativamente baixa de cerca de 300 ℃. Fio de Tântalo Adesivo Camada de de Prata Carbono Pasta de Tântalo Prata Sinterizado Resina Ânodo Cátodo Polímero condutor (Electrólito)Condensadores Óxido de Tântalo (Electrólito) Tântalo Sinterizado Polímero condutor Fonte :Sanyo (Electrólito) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 193
  • 194. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido – Polímero Orgânico SMD Tantalum: Polímero Dieléctrico High Voltage Organic Polymer condensadors (Ta2O5) Revestimento Prata Camada de Grafite Cátodo (Polímero Condutor) Ânodo (Tântalo)Condensadores No Cátodo, o tradicional dióxido de Manganésio (MnO2) foi substituído por polímero condutor. Fonte :Kemet 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 194
  • 195. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Electrólito sólido – Polímero Orgânico SMD Tantalum: Polímero High Voltage Organic Polymer condensadors Polímero Orgânico Indicador de (KEMET – KO) Polaridade (+) Capacidade em pF (Codificado) Voltagem ID Fabricante Nominal (KEMET) PWC* (data de fabrico) PWC* (Print Week Code» 030 = 2010 semana 30 É um condensador de tântalo com um ânodo de Ta e Ta2O5 dieléctrico. Um polímero orgânico condutor substitui o MnO2 tradicionalmente utilizado como a placa cátodo do condensador. Isto resulta em ESR muito baixa e melhorando a retenção da capacitância em alta frequência. TambémCondensadores apresenta um modo benigno de correcção de avarias o que elimina as falhas por ignição que podem ocorrer nos tipos de condensadores de tântalo com o tradicional MnO2 . Pode também ser operado a tensões superiores, tendo maior tolerância de tensões de operação em relação a voltagem nominal. Fonte :Kemet 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 195
  • 196. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo Sintered Dielectric Mecanismo de autocorrecção tantalum oxide layer Electrolyte (Conductive polymer) Initial State Occurrence of a Microcrack Heat Generation InsulateCondensadores Com este "mecanismo de auto-correcção" o POSCAP, e outros tipos de condensadores, são capazes de minimizar as falhas por stress induzido e atingir alta fiabilidade. Fonte :Sanyo 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 196
  • 197. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Multi - ânodo Multi-anode Tantalum condensador Porquê multi-ânodo? Para cortar na ESR, os fabricantes colocam vários condensadores menores, geralmente 3- 5, dentro de um único pacote - a chamada construção multi- ânodo. Resultado – Condensadores de Tântalo com extra baixa ESR. Vertical horizontalCondensadores construção "espelho" para reduzir o perfil da sua baixa ESR (Equivalent Series Resistance) multi-ânodo ainda mais , a nova construção pode ter perfil vertical ou horizontal. Fonte :AVX. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 197
  • 198. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Tântalo: Multi - ânodo Multi-anode Tantalum condensador Vários condensadores em paralelo: Condensadores múltiplos ligados em paralelo são típicos para reduzir ESR (e flutuações da tensão) e suportarem altas correntes. Resistência paralelo equivalente 1/ ESR Total = 1/ ESR 1 + 1/ ESR 2 + 1/ ESR 3 + 1/ ESR 4 Voltagem de Ripple = I x ESR Total 1 1 1 1 .... Req R1 R2 RnCondensadores Exemplo: ESR 1 = ESR 2 = ESR 3 = ESR 4 … todos = 0.120 Ω (120mΩ) ESR Total = 0.030Ω (30mΩ) Voltagem de Ripple @ 1A = 0.030V (30mV) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 198
  • 199. Componentes Electrónicos: Condensadores Niobium Oxide condensadors: Tântalo vs Nióbio Tântalo é um material relativamente escasso e caro, e por diversas vezes o fornecimento de condensadores de tântalo tem sido uma restrição severa sobre o crescimento de certos mercados, especificamente de telecomunicações. Uma alternativa é a de fabricar o condensador de nióbio, que é muito mais abundante, embora o volume de produção seja menor e o preço semelhante ao tântalo. No entanto, as tentativas de fazer um condensador de nióbio só recentemente tiveram sucesso, a NEC afirma ter superado os problemas de desempenho em Julho de 2001. Nióbio é um elemento químico com o símbolo Nb e número atómico 41. É um metal de transição macio, cinzento e dúctil que adquire uma coloração azulada quando exposto ao ar à temperatura ambiente durante períodos prolongados, que é frequentemente encontrado no mineral pirocloro, a principal fonte comercial de nióbio, e columbite. O nome vem da mitologia grega: Níobe, filha de Tântalo. Nióbio tem propriedades físicas e químicas similares às do elemento de tântalo, e os dois são, portanto, difícil de distinguir. O Inglês químico Charles Hatchett relatou um novo elemento semelhante ao tântalo em 1801 e nomeou-o colômbio. Só a partir do início do século 20. é que o nióbio foi utilizado comercialmente. O Brasil é o maiorCondensadores produtor de nióbio e ferronióbio, uma liga de nióbio e ferro. O nióbio é usado principalmente em ligas, a maior parte em aço especial, como aquelas usadas em pipelines. Uma pequena percentagem de nióbio melhora a resistência do aço. A estabilidade de temperatura de nióbio em superligas é importante para o seu uso em motores a jacto e foguetes. Nióbio é usado em vários materiais supercondutores. Ligas supercondutoras com titânio, também com estanho, são amplamente utilizadas nas magnetos supercondutores de ressonância magnética. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 199
  • 200. Componentes Electrónicos: Condensadores Niobium Oxide condensadors: Introdução Condensadores que utilizam pó de óxido de nióbio, como o principal material para o eléctrodo de ânodo têm uma energia de ignição de até 200 vezes mais do que condensadores de fabrico padrão. Esta energia de ignição superior está ligada com uma velocidade de combustão muito mais baixa do que os materiais metálicos puros, tais como tântalo ou de nióbio. Condensadores de óxido de nióbio não vão queimar a temperaturas até sua tensão nominal. Uma falha típica é a alta resistência (normalmente 20 a 200 kΩ) após sobrecarga por pico de tensão ou pico de corrente elevada, o que pode resultar em maiores correntes de fuga, e reduzida capacitância. No entanto, um condensador de óxido de nióbio continuará a fornecer capacitância total e funcionalidade, e controlar o consumo acrescido de energia.  Tecnologia anti combustão.  Nível de fiabilidade: 0.5%/1000 hrs.  6 Formatos disponíveis.Condensadores  Tecnologia amiga do ambiente.  Aprovado pela IBM em 2004.  Prémio Electra em 2005.  CV range: 4.7-1000μF / 1.8-10V. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 200
  • 201. Componentes Electrónicos: Condensadores Niobium Oxide condensadors: Estrutura Terminal do Cátodo (-) Banho de Prata Grafite Dióxido de Manganésio (Cátodo)Condensadores Óxido de Nióbio (camada) Elemento de Nióbio Nióbio (Ânodo) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 201
  • 202. Componentes Electrónicos: Condensadores Niobium Oxide condensadors: UniversoCondensadores Source AVX. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 202
  • 203. Componentes Electrónicos: Condensadores Tantalum & Niobium Oxide condensadors: Identificação/encapsulamentosCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 203
  • 204. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Classes  Condensadores de Disco cerâmicos: são feitos por revestimento dos dois lados de uma pequena cerâmica ou porcelana com discos de prata e, em seguida, são amontoados juntos para fazer um condensador. A capacitância de um único disco de cerâmica de cerca de 3-6mm assume valores muito baixos. Os condensadores cerâmicos possuem uma alta e constante dieléctrica e estão disponíveis para capacitâncias relativamente pequenas, podendo ser obtidos em um pequeno tamanho físico. Eles apresentam grandes não-linearidades de capacitância contra mudanças na temperatura e como são utilizados em circuitos de desacoplamento ou de bypass, são também não-polarizados propositadamente. Os condensadores cerâmicos têm valores que variam de poucos picofarads a um ou dois microfarads.  são construídos com materiais como o ácido bário titânio usado como o dieléctrico. Internamente, estes condensadores não são construídos como uma bobina, assim podem ser usados em aplicações de alta frequência Sua capacidade é comparativamente pequena . Dividem-se em 3 classes de temperatura (ou tipos):  Classe I - Coeficiente linear de variação da capacidade em função da temperatura;Condensadores  Classe II - Coeficiente não-linear de variação da capacidade em função da temperatura;  Classe III - condensadores de barreira de potencial - alta capacidade em baixos volumes. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 204
  • 205. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Características C Condensadores cerâmicos pertencem à família dos condensadores ELECTROSTÁTICOS. Eles têm as seguintes características:  Não Têm polaridade.  Eles dominam o intervalo de valores de baixa capacitância.Condensadores  Eles são o tipo de condensadores mais usado (Maior Volume e Menor Preço).  Eles estão disponíveis em estilos de montagem, com terminais como em superfície SMT/SMD.  A grande maioria são de valores de capacitância fixos (o seu valor não é variável para o utilizador). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 205
  • 206. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Aparências Estilos- Aparencias (com terminais) Radial Leaded “Mono” Axial Leaded “Mono” Radial Leaded Ceramic Disc Monolithic Multi-layer Ceramic (MLC)Condensadores Packaged on tape for auto insertion 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 206
  • 207. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Família Condensadores ELECTROSTÁTICOS ELECTROLÍTICOS FILM CERÂMICOS ALUMÍNIO TÂNTALO DISC MLCCondensadores SMT MONO 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 207
  • 208. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Disco - Estruturas  Um condensador de cerâmica é um condensador não polarizado fixo de duas ou mais camadas alternadas de cerâmica e de metal na qual a cerâmica actuam como o dieléctrico e o metal actua como eléctrodos. O material cerâmico é composto de uma mistura de grânulos finamente moídos de ou materiais ferroeléctricos ou paraeléctricos, modificados por uma mistura muito precisa de óxidos, necessários para atingir as características desejadas do condensador.  Os tipos especiais estão disponíveis, para utilização nos circuitos de alta tensão de monitores de vídeo e receptores de TV. Estes tipos estão disponíveis com o trabalho tensões até 5 kV.         1 – TerminaisCondensadores 2 – Revestimento Exterior 3 – Ligações soldadas  4 – Eléctrodo de Prata  5 – Dieléctrico cerâmico 6 – Torção de posicionamento 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 208
  • 209. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Disco - Estruturas Camada simples(Radial) NCD Series SINGLE LAYER CERAMIC DIELECTRIC DISC Disc Ceramic Nippon SILVER ELECTRODE PRINTED AND FIRED ON BOTH SIDESCondensadores LEADS ATTACHED TO EACH ELECTRODE PROTECTIVE COATING APPLIED AND COMPONENT MARKED 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 209
  • 210. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos Tipos  Quanto ao formato, os condensadores cerâmicos estão disponíveis em três tipos principais, embora outros estilos estejam disponíveis:  Condensadores disco de cerâmicos com terminais: são revestidos de resina e para montagem através de furos em PCB’s.  Condensadores chip cerâmicos Multicamadas: para montagem em superfície (SMD’s).  Condensadores cerâmicos de disco especiais para microondas: para montagem directamente em PCB’s. Dieléctricos de cerâmica  Os condensadores cerâmicos têm uma variedade de diferentes dieléctricos deCondensadores cerâmica, como base do condensador. Dieléctricos cerâmicos são fabricados a partir de uma variedade de cerâmicas diferentes podendo variar de um fabricante para outro, mas compostos comuns incluem dióxido de titânio, titanato de estrôncio e titanato de bário. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 210
  • 211. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Códigos  Os condensadores de cerâmica têm, geralmente, de 3 dígitos impressos no seu corpo para identificar o valor de sua capacitância.  Por exemplo, 103 que indicaria 10 x 103pF que é equivalente a 10.000 pF ou 0.01μF.  Da mesma forma, 104 seriam 10 x 104pF indicar o que é equivalente a 100.000 pF ou 0.1μF e assim por diante.  Sempre que um número de dois código é usado, o valor do condensador é dado apenas em picofarads (ie. 47 = 47 pF).Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 211
  • 212. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Códigos Condensador Cerâmico de disco (Radial) Cap Tolerância C = +/-.25pF K = +/-10% D = +/-.5pF M = +/-20% F = +/-1% Z = +80%/-20% Dieléctrico G = +/-2% Y5F J = +/-5% Dieléctrico Cap Valor Y5P 102 = 1000pF Cap Valor Voltagem 103 = 0.01uF 1KV = 1000VDC Voltagem 1KV = 1000VDCCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 212
  • 213. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Códigos  Códigos são, por vezes utilizado para indicar o seu valor, da tolerância: J = 5%, K = 10% ou M = 20% etc,.Condensadores  473J impressas no seu corpo. assim : 47pF * 1000 (3 a zero) = 47.000 pF, 47nF ou 0,047 μF o J indica uma tolerância de + / - 5% 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 213
  • 214. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: CódigosCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 214
  • 215. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Códigos Condensadores de Poliester Condensadores CerâmicosCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 215
  • 216. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas Multilayer Ceramic condensador s Chip Type Radial Lead Type Metal Cap Type  Os Condensadores cerâmicos multicamadas são condensadores com dieléctricos empilhados, o que aumenta a área de capacitância, propiciando a obtenção de valores de elevada capacidade. Estes condensadores são pequenos no tamanho, e têm boas características na estabilidade de frequência e de temperatura.  SMD / SMT são moldados na forma de um bloco rectangular ou cubóide. O condensador si consiste do dieléctrico de cerâmica em que um certo número intercalado de eléctrodos de folhas de metais preciosos. Esta estrutura dá origem a uma alta capacitância por unidade de volume. Os eléctrodosCondensadores interiores estão ligados aos dois terminais, quer por prata paládio liga (AgPd) na razão de 65: 35, ou de prata banhada de níquel e finalmente coberta com uma camada de estanho folheado (NiSn).  Cuidados devem ser tomados durante a soldagem desses condensadores. Se o calor é aplicado por muito tempo, então as ligações interiores podem ser danificadas. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 216
  • 217. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Estruturas Multilayer Ceramic condensador (MLC) SINGLE LAYER CERAMIC DIELECTRIC SHEET SILVER ELECTRODE PRINTED MULTILAYER CERAMIC SHEETS STACKEDCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 217
  • 218. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Estruturas Multilayer Ceramic condensador (MLC) Camada MULTILAYER CERAMIC SHEETS PRESSED, FIRED AND CHIP ELEMENT Cerâmica TERMINATED Eléctrodo Terminais Extremidades 1 2 3 4 Margem 5 Eléctrodos ExtremidadesCondensadores Da Construção de Múltiplas camadas, resulta um aumento da área da capacidade = MAIOR VALOR DE CAPACITÂNCIA Exemplo acima: mostra cinco vezes mais capacitância, em comparação com uma única camada. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 218
  • 219. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Estruturas Multilayer Ceramic condensador (MLC) Fio de Terminal Condensador Cerâmico Radial (com Terminais) Revestimento de Resina Epoxy Revestimento de Resina Epoxy SoldagemCondensadores Fio de Terminal Soldagem NCM Series NCMA Series 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 219
  • 220. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Estruturas Multilayer Ceramic Chip condensador (MLCC) Terminal com acabamento em Estanho Camada de Níquel Base de prata Dieléctrico CerâmicoCondensadores NMC Series Chip Multilayer ceramic Nippon 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 220
  • 221. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Estruturas Multilayer Ceramic Chip condensador (MLCC)    1 – Dieléctrico Cerâmico 2 – Revestimento cerâmico ou lacado 3 – Eléctrodo metalizado 4 – Terminais de Ligação   Os Condensadores multicamadas de cerâmica consistem de eléctrodos, do dieléctrico de cerâmica intercalado e os conectores externos ou terminais. A capacitância é dada pela descrição:Condensadores  A = Área do Eléctrodo.  n = Numero de camadas activas.  Embora os valores “Axn" e "d" sejam A n 0 r  d = Distancia entre eléctrodos determinados pelo processo de produção, a C  εr = Dieléctrica relativa. constante dieléctrica é uma função do material d  ε0 = Constante Dieléctrica. cerâmico usado. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 221
  • 222. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Processos de fabrico Multilayer Ceramic Chip condensador (MLCC) Pó Cerâmico MLCC Process Pó metálico Fornalha Mistura Mistura Pó Metálico (Eléctrodos) Cozedura final Mistura Acabamento por imersão Empastamento Serigrafia Empilhamento GalvanizaçãoCondensadores Laminação Teste Corte Acabamento Final 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 222
  • 223. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Multicamadas - Processos de fabrico Multilayer Ceramic Chip condensador (MLCC) MLCC Process Powder miling Foil casting Inner electrode printing Stacking Tumbling Sintering Binder burn out Cutting LaminationCondensadores Termination dipping Termination plating 100% Testing/lnspection Taping 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 223
  • 224. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Mica Mica: Um tipo de dieléctrico. A mica é inerte que não irá mudar com o tempo ou a temperatura, e é usado em aplicações de altos processamentos. Condensadores de mica dieléctricos são cobertas nas especificações MIL-PRF-39001. Os Condensadores de mica são construídos utilizando mica, um mineral de natural que pode ser dividido em folhas muito finas e de espessura uniforme. As placas do condensador são formadas por deposição de uma película de prata para a mica, ou usando folhas intercaladas de folha de alumínio. Os Condensadores de mica são caracterizadas por baixas tolerâncias (+ ou - 1%), altas tensões de trabalho e uma baixa corrente de fuga. Eles são também muito estáveis, mas só podem ser fabricados com valores de capacitância relativamente baixa (até 0,01 uF). Eles são utilizados em circuitos sintónicos de rádio frequência, onde a perdas baixas são importantes. Os Condensadores de poliestireno têm propriedades semelhantes e são mais baratas do que condensadores de mica, embora o seu desempenho não se possa comparar com os condensadores de mica. Para um condensador de placa multi-camadas como a umCondensadores ilustrado abaixo, a capacitância é a de um par de placas multiplicada pelo número total de pares (ou pelo número total de placas - 1). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 224
  • 225. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Mica : Estruturas Placa-e-mica Folhas de Metal (Placas) Mica (Dieléctrico)Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 225
  • 226. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Cerâmicos: Códigos Placa-e-micaCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 226
  • 227. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Mica: Estruturas Mica-Prata  Condensadores de mica estão disponíveis em dois tipos, ou seja, placa-e-mica e de prata- mica. Condensadores -Placa e de mica consistem em placas de metal ou pedaços de folha de metal separadas por folhas de mica presas juntas e geralmente encapsulados para evitar a entrada de humidade. Os terminais são ligados às placas alternadas. Este tipo de condensadores tem uso limitado, sendo principalmente para usar em aplicações de alta potência, como transmissores e radares moduladores de impulsos . Eles são muitas vezes feitos para um valor específico e tensão de trabalho. Este tipo de condensador é capaz de suportar correntes consideráveis ​e resistir a tensões muito elevadas. Folhas de Mica (Dieléctrico) Folhas de Metal (Placas)Condensadores Terminais 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 227
  • 228. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Mica: Estruturas Mica-Prata Os Condensadores de Mica-Prata, são fabricados por deposição de uma camada de prata em ambos os lados das folhas finas de mica e ligando os terminais ás áreas de prateamento. Várias folhas são então presas juntas, numa pilha, e inseridas em qualquer dos embalagem de plástico ou por encapsulamento. Este tipo de condensador é capaz de uma estabilidade de temperatura muito boa, mas não pode suportar correntes tensões que são possíveis com o tipo de Placa-Mica. Condensadores de prata de mica estão disponíveis em valores entre 5pF e 0.1μF, com tolerâncias valor entre 1% e 10% e tensões de trabalho até 250V, embora por vezes, sejam encontrados para tensões de trabalho mais elevadas. O coeficiente de temperatura é normalmente considerado como NP0.Condensadores Os condensadores Prata-Mica, são de elevados-Q e de alta estabilidade e são usados ​em aplicações de sintonização crítica e de temporização. Este tipo de condensador também está disponível em versões de montagem de superfície (SMD’s). 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 228
  • 229. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Mica: Antigos - Códigos Mica-Prata Colour Digit Tolerance Temp. Co. Black 0 20 A Brown 1 B Red 2 C Orange 3 3 D Yellow 4 E Green 5 5 F Blue 6 G Violet 7 Grey 8 ICondensadores White 9 J Silver x 0.01 10% Gold x 0.1 5 or 0.5% None 20% 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 229
  • 230. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Mica/Prata: Características  A razão para o uso contínuo de condensadores mica e prata, é o facto de que eles podem oferecer níveis muito elevados de desempenho, melhor em muitas áreas do que qualquer outro tipo de condensador. No entanto, em muitas aplicações, outras tecnologias mais modernas, oferecem níveis de desempenho semelhantes, atendendo às necessidades de requisitos particulares. As propriedades particulares do condensador de mica e prata estão resumidas abaixo: Alta precisão: Os condensadores de mica e prata, podem ser obtidos com valores de tolerância de + / - 1%. Isto é muito melhor do que praticamente todas as outras forma de hoje condensadores disponíveis. Coeficiente Temperatura : O coeficiente temperatura dos condensadores de prata e mica é muito melhor do que a maior parte de outros tipos de condensadores. O coeficiente de temperatura é positivo e é, normalmente, na região 35-75 ppm /oC , sendo o valor médio de 50 ppm / oC sendo um valor médio. Intervalo de valores: Os Valores para condensadores de prata e mica são normalmente no intervalo entre poucos picofarads até dois ou possivelmente três mil picofarads.Condensadores Estabilidade de capacitância: Os Condensadores de mica apresentam muito baixa variação dependente da tensão aplicada. Altos factores de Q: Condensadores de mica e prata têm níveis muito elevados de Q e inversamente pequenos factores de potência. Sendo ambos os factores quase independentes da frequência. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 230
  • 231. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Introdução  Os condensadores de película, condensadores de película de plástico, condensadores dieléctricos de película, ou condensadores de filme de polímero, genericamente chamados de "condensadores de plástico ou poliéster", são condensadores eléctricos, não polarizados, com uma película isolante de plástico como dieléctrico, às vezes combinadas com o papel como suporte dos eléctrodos .  As películas dieléctricas, dependendo da força dieléctrica desejada, são desenhadas num processo especial para uma espessura extremamente fina, ás quais são adicionadas posteriormente eléctrodos. Os eléctrodos de condensadores de película podem ser metalizados de alumínio ou zinco, aplicados directamente na superfície da película de plástico, ou na folha metálica separadora que cobre a película.  Duas destas camadas condutoras são enroladas em um enrolamento em forma cilíndrica, geralmente achatados para reduzir os requisitos de espaço de montagem nas placas de circuito impresso, ou em múltiplas camadas únicas, empilhadas em conjunto,Condensadores para formar um corpo do condensador.  Os condensadores de poliéster, juntamente com condensadores de cerâmica e condensadores electrolíticos, são os tipos mais comuns de condensadores para uso em equipamentos electrónicos, e são usados ​em muitos circuitos AC e DC de electrónica e microelectrónica. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 231
  • 232. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Estruturas Revestimento ou caixa de Plástico Película protectora Metalização/Folha de Metal (Eléctrodo) Película de plástico (Dieléctrico) Camada de ContactosCondensadores Terminal 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 232
  • 233. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Fabrico  Um condensador de película de plástico, tal como mostrado na figura, é normalmente feito por laminagem de uma fina película de dieléctrico de plástico com uma folha de metal, ou de um dieléctrico plástico metalizado, enrolados de uma forma cilíndrica com ligação a terminais. Os dieléctricos incluem poliéster, polipropileno, poliestireno, e policarbonato… Espessura da película pode variar de 0,06 mil (1,5  para mais de 0,8 m) mil (20 m). Camadas Metalizadas ou folhas de Alumínio (A) (B) (B) (C) Dieléctrico: Papel, Poliéster, A construção básica de um condensador de plástico metalizado:Condensadores Polipropileno, (A) As duas tiras de película metalizada são enroladas em conjunto. policarbonato… (B) As extremidades do rolo são revestidas com metal e os terminais soldados. (C) Finalmente, o conjunto inteiro é mergulhado em resina ou encapsulados numa forma de plástico, para dar o condensador que você compra no seu fornecedor de componentes. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 233
  • 234. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Fabrico  Os eléctrodos de condensadores de poliéster podem ser de alumínio ou zinco metalizado aplicado a um ou ambos lados, directamente na superfície da película de plástico, resultando em condensadores de plástico Metalizados.  Ou então numa folha metálica separada que cobre a película, chamados então condensadores folha/película.Condensadores  Condensadores de Poliéster Metalizados.  Condensadores de Poliéster folha/película.  Os Condensadores de película de Poliéster metalizado apresentam alta fiabilidade com o seu desempenho de auto correcção “Self-Healing”. Revestido com resina epóxi para a resistência superior ao calor, à humidade e a solventes… 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 234
  • 235. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Fabrico  O aumento da tensão de ruptura dos condensadores de plástico usando metalização dupla face ou películas metalizadas. Película de Plástico, metalização de um único lado – Construção Standard Película de Plástico, metalização dupla – Construção Alta VoltagemCondensadores Construção Folha/Película – Construção muito Alta Voltagem 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 235
  • 236. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Fabrico Com séries de Condensadores  O aumento da tensão de ruptura de condensadores de película usando dupla face películas metalizadas Condensador de Policarbonato com a película metalizadas em ambas as faces. Condensador de alta tensão com dois condensadores internamente conectados em série.Condensadores Condensador de alta tensão com quatro condensadores internamente conectados em série. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 236
  • 237. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Fabrico Paper (film) capacitors (MP) and mixed film capacitors  Condensadores de potência utilizam papel metalizado como portador dos eléctrodos; as suas diferentes configurações e as suas designações habituais abreviadas… Condensador MP: com um só lado de papel metalizado (camada adicional de papel para cobrir defeitos pinhole), enrolamentos impregnado com óleo isolante. Condensador MPK: de um só lado do papel metalizado, e película de polipropileno, (dieléctrico misto), enrolamentos impregnado com óleo isolante.Condensadores Condensador MKV: de papel metalizado dupla face, filme de polipropileno (dieléctrico), enrolamentos impregnado com óleo isolante. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 237
  • 238. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Dieléctricos  Folhas dieléctricas: nomes químicos, suas abreviações e nomes comerciais: Construção Construção Folha Dieléctrica Abreviatura Nome comercial Film/Folha Metalizada Papel P – – (MP) Polietileno PET Hostaphan, Mylar (F)KT MKT; MKS Tereftalato, Poliéster Naftalato de PEN Kaladex® (F)KN MKN Polietileno Sulfeto de PPS Torelina (F)KI MKI Polifenileno Polipropileno PP Treofan (F)KP MKPCondensadores Politetrafluoretileno PTFE Teflon – – Poliestireno PS Styroflex KS – Policarbonato PC Makrofol (F)KC MKC 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 238
  • 239. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Características  Características dos materiais em película de plástico para condensadores de película: Film material, abbreviated codes Film characteristics PET PEN PPS PP Relative permittivity at 1 kHz 3.3 3.0 3.0 2.2 Minimum film thickness (µm) 0.7 0.9 1.2 3.0 Moisture absorption (%) low 0.4 0.05 <0.1 Dielectric strength (V/µm) 580 500 (?) 470 650 DC voltage range (V) 50—1000 16—250 16—100 40—2000 Capacitance range 100 pF—22 µF 100 pF—1 µF 100 pF—0.47 µF 100 pF—10 µF Application temperature range (°C) -55 — +125 /+150 -55 — +150 -55 — +150 -55 — +105 ΔC/C versus temperature range (%) ±5 ±5 ±1.5 ±2.5 at 1 kHz 50—200 42—80 2—15 0.5—5 Dissipation factor at 10 kHz 110—150 54—150 2.5—25 2—8 (•10−4) at 100 kHz 170—300 120—300 12—60 2—25Condensadores at 1 MHz 200—350 – 18—70 4—40 Time constant at 25 °C ≥10000 ≥10000 ≥10000 ≥100000 RIso•C (s) at 85 °C 1.000 1.000 1.000 10.000 Dielectric absorption ( %) 0.2—0.5 1—1.2 0.05—0.1 0.01—0.1 Specific capacitance (nF•V/mm3) 400 250 140 50 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 239
  • 240. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Poliéster (PET)  Os condensadores de película de plástico são utilizados principalmente em aplicações de alto desempenho. Policarbonato, poliéster, polipropileno têm sido os "três grandes famílias" deste tipo de condensadores. Eles são os únicos que a maioria dos fabricantes condensador de plástico/película/poliéster faz, apesar de sulfureto de polifenileno (PPS) estar em ascensão. Poliéster (PET): O poliéster é provavelmente o mais popular dos condensadores película, pelo menos para aplicações a nível de placas Electrónicas. Na verdade, o poliéster é um termo genérico para uma classe de polímeros semelhantes, chamados de condensadores de poliéster, sendo o Tereftalato de Polietileno. Mylar é o nome comercial da Dupont, que alguns chamam de PET, PETE, ou PETP apenas para ser confuso (e que nem sequer incluem os vários nomes comerciais europeus para ele). Realmente não é um material particularmenteCondensadores bom, mas baixo custo, a pequena dimensão e a capacidade de fazer muitas coisas bem o suficiente, o torna uma boa opção para muitas aplicações não críticas. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 240
  • 241. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Polipropileno (PP) Poliéster (PET) Cont.: Alto Factor de dissipação , especialmente á medida do aumento da frequência, significa que ele é melhor usado em DC ou aplicações de energia relativamente a baixa frequência/pequenos impulsos AC. Desvio de temperatura, absorção dieléctrica, e fugas, relegam-no para aplicações não-críticas de circuitos analógicos. O Poliéster tem um desvio de temperatura elevado, mas pode ser encontrado em camadas com polipropileno para melhorar a curva de temperatura (os dois em derivam em direcções opostas). Os condensadores de poliéster estão disponíveis para até 125º C. A Boa resistência ao calor permite que os condensadores de poliéster possam ser em estilos de montagem em superfície (SMD). Polipropileno (PP): Condensadores de película de polipropileno são condensadores de película com dieléctrico feito de polímero de material orgânico, parcialmente cristalino termoplástico, não-polar de polipropileno (PP). Com Treofan comoCondensadores nome comercial, pertence á família das poliolefinas.O material da película de polipropileno absorve menos humidade do que a película de poliéster e, portanto, é adequado para projectos sem qualquer revestimento ou embalagem adicional. Mas a temperatura máxima de 105 ° C impede o uso de películas PP em embalagens SMD. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 241
  • 242. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Polipropileno (PP) Polipropileno (PP) Cont.: As dependências de temperatura e de frequência de parâmetros eléctricos dos condensadores de película de polipropileno são muito baixos, têm um coeficiente de variação da capacitância linear, negativo com a temperatura da capacitância de ± 2,5% dentro da sua faixa de temperatura. Portanto, são adequados para aplicações em Classe 1 – Circuitos de frequência – timing, filtros, circuitos osciladores, circuitos de áudio, e temporizadores. Eles são também úteis para a compensação de bobinas indutivas, em aplicações de filtros de precisão, e para aplicações de alta frequência, alta corrente aplicações como fontes comutadas, correcção do factor de potência, arranque motores, com tensões até > 500 VAC.Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 242
  • 243. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Poliestireno (PS) Poliestireno (PS): O Poliestireno , (que os europeus muitas vezes chamam-no de "styroflex" ou "estirol") tem sido o material de escolha para circuitos analógicos críticos. Baixas fugas, absorção dieléctrica baixa, e uma curva superficial plana com a temperatura faz com que estes condensadores sejam adequado para circuitos de temporização, filtros, integradores e circuitos “sample-and-hold”. A absorção de humidade é muito baixa. Limitações de custos, tamanhos, disponibilidade, e temperatura, fazem dos condensadores de poliestireno inadequados para a maioria das outras aplicações. Resistência ao calor é limitada a cerca de 85º C, então esqueça de montagem SMD. Eles podem ser danificados por soldadura e por solventes clorados usados na limpeza de boards. Devido à fraca resistência ao calor , os condensadores de poliestireno têm sido largamente substituído por os de polipropileno e cerâmica estando a sua produção muito limitada.Condensadores Policarbonato(PC) Está prestes a seguir o caminho do poliestireno. O último fabricante deste condensador de película, A Bayer AG, cessou a produção no final de 2000… 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 243
  • 244. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Polietileno (PEN) Naftalato de Polietileno (PEN): São condensadores de película usando um dieléctrico feito de Naftalato Biaxial de Polietileno, material de polímero termoplástico , nome comercial Kaladex. Eles são produzidos apenas como tipos metalizados. PEN, como os PET, pertencem à família de poliésteres, mas têm melhor estabilidade a altas temperaturas. Portanto, condensadores de película PEN, são os mais adequados para aplicações de alta temperatura e para embalagens de SMD. A dependência da temperatura e da frequência das características eléctricas para a capacitância e o factor de dissipação dos condensadores PEN são semelhantes aos condensadores de película PET. Por causa da menor permissividade relativa e menor resistência dieléctrica do polímero PEN, os condensadores PEN são fisicamente maiores para uma dada capacidade e valor da tensão nominal. Apesar disto, condensadores PENCondensadores são preferidos em relação aos PET quando a temperatura ambiente, durante a operação, está permanentemente acima dos 125° C. Os PEN são usados ​principalmente para circuitos não-críticos de filtragem, acoplamento e desacoplamento em circuitos electrónicos, quando as dependências da temperatura, não é importante. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 244
  • 245. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Polifenileno (PPS) Sulfeto de polifenileno (PPS): São condensadores de película usando um dieléctrico feito de poli (p-fenileno- sulfureto), material polímero termoplástico, orgânico, e parcialmente cristalino com o nome comercial Torelina. Eles só são produzidos como tipos metalizados. A dependência da capacitância em relação á temperatura , é muito pequena (± 1,5%) em comparação com condensadores de outras películas. Além disso, a dependência da capacitância na gama de frequências de 100 Hz a 100 kHz é de ± 0,5%, muito baixa em comparação com condensadores . O factor de dissipação é muito pequeno, e a sua dependência da temperatura e da frequência, é muito estável numa vasta gama. Apenas a temperaturas acima de 100 ° C é que o factor de dissipação aumenta para valores maiores. Condensadores de película de sulfeto de polifenileno, são bemCondensadores adequados para aplicações em circuitos de frequências-timing, e para aplicações de alta temperatura. Devido às suas boas propriedades eléctricas, são um substituto ideal para condensadores de policarbonato, cuja produção desde 2000 tem sido amplamente interrompida. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 245
  • 246. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: Politetrafluoretileno (PTFE) Politetrafluoretileno (PTFE): Os Condensadores de película de politetrafluoroetileno são feitos com um dieléctrico sintético do fluoropolímero politetrafluoroetileno, um fluorocarboneto hidrófobo sólido. Eles são fabricados tanto no tipos metalizados como nos de película/folha, embora a fraca adesão á película na metalização seja difícil. PTFE é muitas vezes conhecido pela marca comercial DuPont Teflon. Os Condensadores de politetrafluoroetileno apresentam uma resistência à temperatura muito elevada até 200 ° C, e ainda mais até 260 ° C, com uma pequena drift de tensão . O factor de dissipação é muito pequeno 2x10-4. Estão disponíveis com tensões nominais de 100 V até 630 VDC. São usados ​em equipamentos militares, nos segmentos aeroespacial, deCondensadores sondas geológicas, e em circuitos áudio de alta qualidade. Os Principais produtores de condensadores de película PTFE estão localizados nos EUA. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 246
  • 247. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Poliéster/Plástico: FabricoCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 247
  • 248. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Película Fina (Thin film capacitors) A Tecnologia de película fina, como um primeiro passo, volta para um formato discreto. A diferença chave com esta tecnologia é que ela é baseada em fotolitografia e processamento de plasma melhorado em deposição de vapores químicos de (PECVD). A fotolitografia dá geometria extremamente precisa, enquanto que o processo de baixa temperatura PECVD combina as vantagens de condutores de alta condutividade com o uso de dieléctricos altamente estáveis ​(por exemplo, SiO2) depositados sobre uma base de alumina estável. A tecnologia também permite que o “downsizing” do tamanho e uma maior integração. O elemento mais básico é o condensador de película fina, como mostrado na Figura. O sistema acima é caracterizado por construção dieléctrico estável, de camada Alumina única, o que elimina harmónicos, é Selagem Dieléctrico prontamente modelado e é reprodutível.Condensadores Uma vez que as peças são elementos de Eléctrodos circuito discretos, não há custos iniciais de Alumina concepção e a flexibilidade de desenho completo é mantida durante todo o tempo Terminais de vida do programa… 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 248
  • 249. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis: Dieléctricos Os Condensadores variáveis ​podem ser subdivididos em quatro categorias principais, nomeadamente: Dieléctricos de vácuo. Dieléctricos de Ar. Dieléctricos de cerâmica. Dieléctrico de mica. Dieléctricos de vidro. Dieléctricos misto. O último sendo ainda mais subdividido em mica e película de plástico. Todos os tipos estão disponíveis com valores pré-definidos aparadores ou como componentes ajustados por meio de um eixo e ou são equipados com casquilhos roscados para lhes permitir serem montados em painel, ou com saliências para facilitar a montagemCondensadores no chassis, ou com etiquetas ou pinos para facilitar a montagem directa em PCB. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 249
  • 250. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis: Vácuo Os condensadores variáveis de vácuo são basicamente um grande “Trimmer" encerrado num invólucro de vidro a partir do qual todo o ar foi retirado. Embora semelhante em operação a um " trimmer", o condensador variável de vácuo tem um balanço de capacidade muito maior e é muitas vezes usado como um controle do operador em transmissores de grande porte. As versões estão disponíveis com capacidades de até 1000pF e tensões de trabalho até 50 kV. Eles são capazes de suportar correntes de RF até mais de 30A. Escusado será dizer que estes Condensadores são extremamente caros. Ajust. Cabeça rotativa Fole de Vedação RotorCondensadores Estator 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 250
  • 251. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : A Ar Condensadores variáveis de Dieléctrico de Ar Condensadores com dieléctrico de Ar não empregam qualquer material isolante, com excepção do ar, entre as placas fixas e móveis. As placas fixas são suportados em suportes isolantes, geralmente de cerâmica. Têm uma faixa de tensão limitada e construção aberta. Em aplicações de potência moderada, o condensador variável de ar, será uma alternativa muito viável em termos de orçamento, quando comparado com os equivalentes de vácuo. Apenas os condensadores variáveis ​de ar têm a característica de construção única, de não precisar de condução de corrente RF através dos rolamentos do rotor. Isolamento Cerâmico Rotor EstatorCondensadores Eixo É constituído por dois conjuntos de placas de metal dispostas de modo que as placas do rotor movem-se entre as placas de Estator. Ar é o dieléctrico. À medida que a posição do rotor é alterada, o valor de capacitância é igualmente alterado… 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 251
  • 252. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Dieléctrico de película de plástico Folhas de película de plástico podem ser colocadas entre as placas fixa e móvel, de qualquer condensador variável a ar, para aumentar tanto a capacidade máxima como a tensão de ruptura. Estes tornam-se então condensadores variáveis de dieléctricas ​mistas, uma vez que o dieléctrico é uma combinação de ar e película de plástico. Componentes modernos deste tipo são quase exclusivamente “trimmers” e exibem um factor Q médio, e estabilidade de temperatura razoavelmente boa eCondensadores estão disponíveis numa variedade de formas, tamanhos e capacidades máximas para a utilização em aplicações semelhantes às suas contrapartes ar de maiores dimensões. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 252
  • 253. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers São condensadores variáveis relativamente pequenos, normalmente usados em paralelo, com condensadores variáveis ou fixos, de maior capacidade, para permitir o ajustamento exacto, especialmente em circuitos osciladores ressonantes. Um condensador trimmer é geralmente um condensador variável simplificado de placas paralelas, com uma placa de estator e outra placa rotora, menos frequentemente, pode ser, por exemplo, um sistema que consiste em dois ou maisCondensadores cilindros concêntricos cerâmicos ou placas de metal com um espaço de ar ou de um sistema constituído por uma haste e um tubo de metal banhado a cerâmica. A capacitância de um condensador trimmer pode variar num intervalo de capacitância de normalmente alguns a várias dezenas de picofarads. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 253
  • 254. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Condensadores variáveis de Dieléctrico de cerâmica: Os Condensadores de dieléctricos de cerâmica são geralmente pré-definidos com valores máximos de capacidade entre 1pF e 1000pF e tensões de trabalho até cerca de 250V. A “placa" fixa é normalmente uma área semi-circular metalizada no lado de baixo da base de cerâmica, localizada directamente por baixo de uma área semi-circular de metalização na parte móvel do componente que forma a outra "placa”. Os “Trimmers” de cerâmica são componentes de meio-Q e podem apresentar estabilidade de temperatura razoavelmente boa. Este tipo “Trimmer” é normalmente utilizado nos circuitos sintonizados LC, em que a estabilidade da temperatura média é adequada, tal como nos andares receptores de RF. A estabilidade de temperatura é geralmente inversamente relacionada com o valor daCondensadores capacidade, ou seja, quanto maior o valor de Rotor capacidade, mais pobre é a estabilidade. É Cobertura normalmente ajustado por meio de uma ranhura no parafuso condutor da placa móvel. Estator 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 254
  • 255. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Mica Condensadores variáveis de Dieléctrico de Mica: (Dieléctrico) Este condensador consiste em duas placas separadas por uma Placas folha de mica. Um parafuso de ajustamento é usado para variar a distância entre as placas, mudando assim a capacitância. Este também é usado como um pré-ajuste, sendo o valor definido quando um circuito é feito. Os Condensadores de mica são limitados a valores ainda mais baixos do que os condensadores cerâmicos. Isto é porque a mica tem uma constante dieléctrica inferior á da cerâmica. No entanto, é mais fácil de controlar as tolerâncias de produção com a dialéctica de mica, e a mica tem boas características a temperatura elevada. A cerâmica ocupa menos espaço para fornecer um dado valor de capacitância, do que aCondensadores mica. Também é mais fácil de construir um condensador de cerâmica, por conseguinte, os condensadores de mica não são tão comuns como os condensadores cerâmicos. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 255
  • 256. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Condensadores variáveis de Dieléctrico de Vidro: Outro tipo de trimmer é constituído por um tubo de vidro com metalização, sobre a superfície exterior, que forma a "placa" fixa. A "placa" móvel é constituído por um pistão de encaixe no interior do tubo de vidro. As partes metálicas desses componentes são geralmente banhadas a ouro ou prata. O ajustamento é conseguido por alteração da quantidade de êmbolo no interior da "placa" exterior.Condensadores Estes trimmers são de alta qualidade, componentes caros, exibindo alta estabilidade, e bom Q, e são destinados para uso em UHF ou frequências de microondas. Condensadores fixos de vidro já não se fabricam….(Leyden Jar) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 256
  • 257. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Construções Mínima Média Isolador +Dieléctrico Máxima Revestimento Plástico Terminal Eléctrodo Eixo (Móvel) Dieléctrico Veio de Ajustamento Eléctrodo (Fixo) Placa de CerâmicaCondensadores Cap Mínima Cap Máxima Terminal Rotor Terminal Estator Dieléctrico Eléctrodo (Fixo) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 257
  • 258. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Os condensadores variáveis que mostramos, 3 são usados ​como condensadoras de sintonia em rádios AM/FM, apesar de terem sido amplamente substituído por "Varicaps" (diodos de capacitância variável), mas eles ainda podem ser encontrados em diagramas de circuitos e catálogos do fornecedores para efeitos de substituição. Símbolos de condensadores variáveis e de ajustamento (Trimmers)Condensadores http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/condensadors01.php 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 258
  • 259. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Diodos “Varicap” Varicaps, são, na verdade, diodos semi-condutores, em que a capacidade é dependente da largura da camada de depleção, que é determinada pela polarização inversa aplicada ao diodo. O aumento da polarização inversa faz com que a camada de depleção aumente em largura, o que diminui a capacidade efectiva e vice-versa. Estes diodos são usados ​em osciladores controlados de tensão e em receptores de rádio sintonizados electronicamente. É necessário assegurar que quaisquer sinais de RF que apareçam através do diodo, nunca excedam a polarização inversa e, portanto, estes diodos são apenas adequados para aplicações de potência relativamente baixa, embora os varicaps de potência, ou varactores, estejam disponíveis para aplicações de multiplicadores de frequência de VHF e UHF, onde polarização DC não é utilizado. A operação de varactores está para além do âmbito deste artigo. Estão disponíveis dispositivos têm capacidades mínimas de cerca de dois picofarads e capacidadesCondensadores máximas de centenas de picofarads. Fisicamente, esses dispositivos se assemelham a diodos comuns e é importante notar que são para a operação de até algumas dezenas de MHz, os diodos de potência comuns muitas vezes podem ser usados como varicaps, mas tenha em mente que este é um modo não especificado de operação e, portanto, a funcionalidade pode ser não garantida. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 259
  • 260. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores Variáveis : Trimmers Diodos “Varicap” Maior Polarização inversa - Menor Polarização inversa - menor capacidade maior capacidadeCondensadores Um diodo varicap é melhor explicado como um condensador variável… Pense na região de depleção como um dieléctrico variável. O diodo é colocado em polarização inversa. O dieléctrico é "ajustado" por variações de tensão inversa. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 260
  • 261. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores VariáveisCondensadores http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/condensadors01.php 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 261
  • 262. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores VariáveisCondensadores http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/condensadors01.php 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 262
  • 263. Componentes Electrónicos: Condensadores Historial do CondensadorCondensadores http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iv/electrostatic-potential-capacitance/condensadors-animation.php 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 263
  • 264. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Alta Voltagem SF6 insulated standard condensadors são usados ​em aplicações de alta tensão de instrumentação como um padrão de comparação, quando a capacitância e medições de dissipação dos factores tanδ são feitas, em aparelhos eléctricos e materiais isolantes de todos os tipos, incluindo cabos, condensadors, bushings, transformado res e transformadores de potência.Condensadores 5-800 KV 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 264
  • 265. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Alta Voltagem Condensadores desempenhar um papel importante e muito benéfico em redes de distribuição de energia. Ao produzir potência reactiva, eles compensam o consumo de potência reactiva de motores eléctricos, transformadores, etc. Os resultados podem ser vistos, na forma de energia mais estável, redes com a capacidade de transmissão aumentada e reduzidas perdas, graças a maiores factores de potência. Os Condensadores também constituem um componente chave nas diversas soluções de filtragem de redução de conteúdo harmónico. Sem distorção, e tensão sinusoidal sem harmónicas reduz o risco de problemas sob a forma de distúrbios nos equipamento de produção, erros de medição e falhas em reléCondensadores de protecção. Também prolonga a vida útil dos equipamentos conectados. Os consumidores esperam um fornecimento de alta qualidade, a fim de operarem as sua centrais de forma eficiente e gerar retorno sobre o capital investido. Um estudo económico, frequentemente mostra que uma instalação de condensadores rapidamente se paga. Fonte: ABB Capacitors and Filters 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 265
  • 266. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores de Alta Voltagem Os benefícios da boa qualidade da energia incluem: Distribuidores - A utilização aprimorada de activos. - Menores perdas na rede e de emissões de CO2. QPole pole mount capacitor - Ampliação da capacidade da rede. - Estabilidade da tensão. Indústria/Consumidores - Redução das tarifas de electricidade. - Menores perdas na rede e de emissões de CO2. - O Certificação da rede,Condensadores - Aumento da capacidade da central. Ripple capacitor Surge capacitors - Maior produtividade.  (ou seja, menos interrupções, e menores custos operacionais) Fonte: ABB Capacitors and Filters 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 266
  • 267. Componentes Electrónicos: Condensadores Ligações de Condensadores Ligações em Série  A capacitância resultante é a soma inversa das capacitâncias individuais. Ligações em Paralelo A capacitância final, resulta da soma das capacitâncias individuais.Condensadores  Diferentes tecnologias são usadas nas aplicações industriais: 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 267
  • 268. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Familias Normais Classificação dos Papel Anti-indutivos Condensadores Dieléctrico plástico Poliéster Película metalizada Baquelite Fixos Mica Armaduras metalizadas Tubulares Placa Cerâmica Disco Pin-up Condenadores Para Alta Tensão Electrolíticos Para Baixa Tensão 1 ou várias secções de ArCondensadores Sintonia 1 ou várias secções de dieléctricos sólidos Variáveis Ar Ajustáveis (Trimmers) Mica Cerâmica 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 268
  • 269. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Princípios de Armazenamento de cargas Supercondensadores Cond.Cerâmica,Película, Cond. Electrolíticos Cond. Electrolíticos Mica, etc. de AI, Ta, Nb de (EDLC’s) de electrólito liquido polímero sólido (Wet) Cond. de Camada Dupla Pseudocondensadores d a a a a Camadas Helmholtz Cerâmica, Film, Mica Camada óxido (dieléctrico) Reacções Redox (dieléctrico) (dieléctrico) Armazenamento Armazenamento Armazenamento Armazenamento Electrostático Electroquímico Electrostático ElectrostáticoCondensadores V V V V ESR negligenciável d a a a 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 269
  • 270. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores: Tipos Classificação dos Condensadores Símbolos Condensador Electrolítico de alta voltagem Condensador Electrolítico axial Condensador Electrolítico de Tântalo Condensadores VariáveisCondensadores Condensador Electrolítico de Tântalo Condensador Cerâmico de alta voltagem Condensador Cerâmico de disco Condensador Cerâmico de multicamada Trimmer Condensador Poliéster metalizado (Polypropylene) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 270
  • 271. Componentes Electrónicos: Condensadores Tipos de Condensadores: Encapsulamentos Condensadores Electrolíticos de Alumínio: Axial Leads Radial Leads Computer Grade Snap Mount Twist Lok Surface Mount Condensadores de Tântalo: Solid Tantalum Solid Tantalum Foil Tantalum Dipped Tantalum Wet Tantalum Surface Mount ( Axial Leads ) ( Radial Leads ) ( Axial Leads ) Condensadores cerâmicos: Monolithic Surface Mount Monolithic Disc Dip Guard ( Radial Leads ) ( Axial Leads )Condensadores Condensadores de Película: Polyester Polyester Polypropylene Polypropylene Polystyrene ( Axial Leads ) ( Radial Leads ) ( Axial Leads ) ( Radial Leads ) ( Axial Leads ) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 271
  • 272. Componentes Electrónicos: Condensadores Tipos de Condensadores Condensadores de Mica: Metal Clad Transmitting Dipped Mica Condensadores a Óleo: Hermetically Sealed Hermetically Sealed ( Radial Leads ) ( Axial Leads ) Outros tipos de Condensadores: Condensadores variáveis de SintoniaCondensadores Trimmers Feed Thru Vacuum condensadors 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 272
  • 273. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores – SMT: Tecnologias - Comparações SMT Flat-Chip SMT V-Chip Aluminum Electrolytic Solid SMT Aluminum Tantalum Electrolytic Electrolytic SMT V-Chip Aluminum Electrolytic SMT  Mais barato MLCC  Alta WVDC Ceramic  Estabilidade sobretensão.  Alta ESR.  Instável (tempo & temperatura)  Mais alto – O maoir tamanho SMT Tantalum Electrolytic  Pequena dimensão Estabilidade sobretensão  Estabilidade com o tempo.  Custo elevado.  Falha em Modo curto SMT MLCC Ceramic  O Foot Print mais pequeno.Condensadores  Não polarizado SMT Flat-Chip Solid Aluminum Electrolytic  A ESR mais baixa.  Baixa ESR – Alta RCR  Instável com sobretensão (VDC).  Estabilidade sobretensão.  Instável com o Tempo (Aging).  Estabilidade com o tempo.  Quebradiço Falha em Modo curto.  Custo elevado  Custo mais Alto – Alto CV  Falha em Modo curto. 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 273
  • 274. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores – Tecnologias - Comparações condensad Derating Advantage Weakness or Type Voltage Temp Pros Cons  Non-Polarized  Large Voltage Coefficient  Small Size & Aging (X7R, X5R, Y5V) Ceramic None None  Transient Resistant  Limited cap range  Low Cost  Short failure mode (Typ)  Non-Polarized  Large Size Film None None  Transient Resistant  Higher Cost  Stability: Voltage & Temp  Limited Soldering Heat  High Cap & High VDC  Surge VDC Resistant  Polarized Aluminum  Self Healing None None  Limited Lifetime Electrolytic  Open failure mode (Typ)  Large Size  Low Cost  Stability: VoltageCondensadores  Polarized  Long Lifetime Tantalum  Low VDC Yes Yes  Small Sizes Electrolytic  Limited surge resistance  Stability: Voltage & Temp  Short failure mode (Typ) 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 274
  • 275. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores – Capacitâncias conforme as tecnologias 1.0uF ~ 1000uF Common SMT Requirements  Ceramic (MLCCs) dominate lower range of capacitance values (0.5pF ~ 10uF)  High Capacitance X5R MLCCs (Cap 10uF ~ 100uF)Condensadores  Film condensadors cover moderate cap range with increasing sizes with capacitance & voltage rating  Tantalum condensadors cover 0.1uF up to 1000uF in low VDC ratings  Aluminum E-Caps cover wide capacitance value range and supports higher VDC ratings.  Double layer condensadors (Farad values) in use for back-up and short term power applications 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 275
  • 276. Componentes Electrónicos: Condensadores Condensadores – Aplicações Film Capacitors Ceramic Capacitors Timing HF Coupling Voltage or Blocking EM/RFI Sample-and-Hold Divider HF Decoupling Suppression A/D Converter or Bypassing Oscillator Tuning Temperature Peak-Voltage Detector Bandstop Filter Compensating DC/ DC-Converter TV S-correction <500W TV FlybackTuning PowerCeramic Coupling or Decoupling or Motor Run Caps Blocking Bypassing Snubbing Voltage Power Line Noise PowerFilm Caps Doubling Buffering Filtering Smoothing Lighting Ballast Motor Control DC/ DC-Converter Power Factor 500W DC/ AC, AC/AC Correction (PFC) Converter500W Flashtube Ignition Audio CrossoverCondensadores UPS Buffering Frequency Converter DC Link DC Buffering Spot Welding Motor Start Aluminum Electrolytic Capacitors 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 276
  • 277. Componentes Electrónicos: Condensadores O Condensador: SimbologiaCondensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 277
  • 278. Componentes Electrónicos: Condensadores O Condensadores: Futuro? A Ciência evolui dia para dia. Qual será a capacidade dos condensadores do Futuro? Milhares de Milifarads?.... Alguns farads?.... Não. Para a próxima geração de automóveis que serão de certeza eléctricos, e acabar de vez com a poluição de derivados do petróleo… Milhares de Farads!....Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 278
  • 279. Componentes Electrónicos: Condensadores Dúvidas?Condensadores 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 279
  • 280. Componentes Electrónicos: Condensadores Bibliografias http://condensador.tedss.com/VisualGuide.asp http://www.mpoweruk.com/supercaps.htm http://condensador.tedss.com/VisualGuide.asp http://www.koldban.com/SearchResults.asp?Cat=30 http://www.learnabout-electronics.org/ac_theory/condensadors01.php http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-c03-elchem-cap.htm http://condensador.tedss.com/VisualGuide.asp http://www.g3npf.co.uk/condensadors.htm www.avx.com http://www.sm.ividhya.com/j128/Physics/Condensadores http://www.radio-electronics.com/info/data/condensador/tantalum-condensador.php http://www.edc.sanyo.com http://www.radio-electronics.com/info/data/condensador/glass-dielectric-condensadors.php http://ecmdownloads.weebly.com/physics.html 06-09-2012 Por : Luís Timóteo 280

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