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Formas construtivas e tipos de Capacitores

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13 01 002 eag1 capacitores srg

  1. 1. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2 CAPACITORES .......................................................................................................................25 2.1 Formas Construtivas de Capacitor ...............................................................................26 2.1.1 Capacitor de placas empilhadas ...........................................................................27 2.1.2 Capacitor de filme enrolado ..................................................................................27 2.1.3 Capacitor variável ...................................................................................................27 2.2 Capacitores Fixos ............................................................................................................28 2.2.1 Capacitores Cerâmicos ...........................................................................................28 2.2.2 Capacitores de poliéster .........................................................................................28 2.2.3 Capacitores "Zebrinhas".........................................................................................29 2.2.4 Capacitores Eletrolíticos.........................................................................................30 2.2.5 Capacitores de Tântalo ...........................................................................................30 2.2.6 Capacitores de Polipropileno ................................................................................32 2.3 Capacitores Variáveis .....................................................................................................32 2.4 Capacitores - Parte Prática .............................................................................................33 Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  2. 2. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.brEletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  3. 3. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2 CAPACITORES A função do capacitor é armazenar a energia elétrica. O capacitor também funcionacomo um filtro, a passagem de corrente alternada (AC), e de bloqueio de corrente direta(DC). Este símbolo é usado para indicar um capacitor em um diagrama de circuito. O capacitor é construído com duas placas de eletrodos paralelos, mas separados por um isolador. Quando a tensão de CC é aplicada ao capacitor, uma carga elétrica é armazenada em cada eletrodo. Enquanto oFigura 2.1: Capacitores capacitor está carregando, a corrente flui. A corrente será interrompida quando ocapacitor está totalmente carregado. O valor de um capacitor (capacitância), é dado em unidades chamada Farad (F). Acapacitância de um capacitor é geralmente muito pequena, de modo as unidades, taiscomo o microfarad (10-6F), nanofarad (10 9F), e picofarad (10-12F) são utilizados. Um código de três dígitos é utilizado para indicar o valor de um condensador.Existem duas maneiras em que a capacitância pode ser escrito. Um usa letras e números, ooutro usa apenas números. Em qualquer caso, há apenas três caracteres usados. [10n] e[103] denotam o mesmo valor de capacitância. O método utilizado é diferente dependendo do fornecedor capacitor. No caso emque o valor é apresentado com o código de três dígitos, o primeiro e segundo números daesquerda mostram a figura 1 e na figura 2, e o dígito 3 é um multiplicador que determinaquantos zeros devem ser adicionados à capacitância. Picofarad (pF) unidades são escritosdesta forma. Por exemplo, quando o código é [103], indica que 10 x 103, ou 10000 pF = 10nanofarad (nF) = 0,01 microfarad (uF). Se o código passou a ser [224], seria 22 x 104 =220000 ou pF = 220nF = 0.22µF. Valores abaixo de 100pF são exibidos com dois dígitosapenas. Por exemplo, 47 seria 47pF. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  4. 4. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br O capacitor tem um isolador (o dieléctrico) entre duas folhas de eletrodos.Diferentes tipos de capacitores usam materiais diferentes para o dielétrico, fato que alteraa tensão de ruptura do capacitor. Ao usar um capacitor, você deve prestar atenção para a tensão máxima que podeser usado. Esta é a "tensão de ruptura". A tensão de ruptura depende do tipo de capacitora ser utilizado. Você deve ter um cuidado especial com capacitores eletrolíticos, pois atensão de ruptura é relativamente baixa. A tensão de ruptura de capacitores eletrolíticos éapresentado como Tensão de trabalho. A tensão de ruptura é a tensão que, quando excedido fará com que o dielétrico (isolante) no interior do condensador de quebrar e conduzir. Quando isso acontece, a falha pode ser catastrófica. Quando um multímetro análogo ajustado para medir a resistência, for conectado a um capacitorFigura 2.2: Teste de Capacitores eletrolítico de 10 microfarads ( F), umacorrente fluirá, mas somente por um momento. Você pode confirmar que a agulha domedidor desloca-se para retornar logo a seguir.2.1 Formas Construtivas de Capacitor Há várias formas de construir capacitores. A formas geométricas influencia no valor da capacitância. Para o capacitor básico (no vácuo), a capacitância é dada por: Onde εé a constante de permissividade (ou constante elétrica) do material e os demais fatores as dimensões doFigura 2.3: Formas construtiva de capacitor.capacitores. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  5. 5. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2.1.1 Capacitor de placas empilhadas Este Capacitor de elementos planos tem um dielétrico de maior constante dielétrica, maior área das placas, pequena distância entre as placas, isto é, menor espessura do dielétrico. Entretanto, a redução da espessura do dielétrico é limitada pela tensãoFigura 2.4: Capacitor de placas empilhadas de operação do capacitor. Na prática, os capacitores são construídos de forma amaximizar a área das placas no menor espaço físico possível.2.1.2 Capacitor de filme enrolado Este Capacitor de placas planas empilhadas, eletricamente ligadas de forma alternada e filmes de dielétrico entre elas. O tipo de filmes de metal e de dielétrico enrolados em forma de bobina é também bastante usado. Por apresentar constante e rigidez dielétrica baixas, o ar é pouco usado comoFigura 2.5: Capacitor de filme enrolado dielétrico.2.1.3 Capacitor variável Neste Capacitor há um conjunto de placas fixas intercalado com um de placas móveis que podem girar em torno de um eixo comum. Assim, a área efetiva do capacitor varia e, por consequência, a capacitância.Figura 2.6: Capacitor variável Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  6. 6. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2.2 Capacitores Fixos Há vários materiais que compõem o dielétrico dos capacitores, este materialinfluencia no valor da capacitância.2.2.1 Capacitores Cerâmicos Capacitores cerâmicos são construídos com materiais, tais como bário titânio ácidoutilizado como dielétrico. Estes capacitores podem ser usados em aplicações de alta frequência. Estes Capacitores têm a forma de um disco. A sua capacidade é comparativamente pequena. O Capacitor do lado esquerdo é um capacitor 100pF com um diâmetro de cerca de 3 mm. O Capacitor do lado direito éFigura 2.7: Capacitor Cerâmico impressa com 103, então torna-se 10 x 1000pF 0,01 µF. O diâmetro do disco é de cerca de 6 mm. Capacitores de cerâmica não têm polaridade e não deve ser usado para circuitosanalógicos, porque eles podem distorcer o sinal.2.2.2 Capacitores de poliéster O Capacitores de poliéster usa película de poliéster fina como o dielétrico. Eles não são de alta tolerância, mas eles são baratos e acessíveis. A sua tolerância é de cerca de 5% a 10%. Capacitor 1: 0,001 µF (impressos com 001K): [A largura de 5 mm, a altura de 10 mm, a espessura de 2 mm].Figura 2.8: Capacitor de Poliéster Capacitor 2: 0,1 µF (impressos com 104K): [A largura de 10 mm, a altura de 11mm, a espessura de 5mm]. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  7. 7. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br Capacitor 3: 0,22 µF (impresso com 0,22 K): [A largura 13 mm, a altura de 18 mm, aespessura de 7 milímetros]. Cuidados devem ser tomados, pois diferentes fabricantes usam métodos diferentespara indicar os valores de capacitância.2.2.3 Capacitores "Zebrinhas" Modelos mais antigos de capacitor, geralmente fabricados pela Ibrape usam o sistema de código de cores. Estes eram conhecidos como "zebrinha" devido a suas listras coloridas. Este sistema usa 5 faixas coloridas que indicam o valor, tolerância em % e a tensão de máxima de trabalho. A leitura é feita de cima para baixo e segue o mesmo sistema utilizado nosFigura 2.9: Capacitor "Zebrinha" resistores, onde as duas primeiras listrasindicam os dois primeiros dígitos do valor, a terceira indica o numero de zeros, a quarta atolerância e por fim a quinta listra indica a tensão de isolação. Estes capacitores depoliéster estão disponíveis com valores desde 1nF ate 4,7 F . Capacitores tem o seu valor especificado em Farads que é a unidade básica, mas porconveniência e facilidade na representação numérica é mais comum se utilizar desubmúltiplos dessa unidade básica. A conversão entre um submúltiplo e outro é muito simples. Imaginemos umcapacitor de 100000pF, o numero é muito grande para gravar no corpo do capacitor, asolução é puxar a "virgula" três casas para a esquerda e subir um submúltiplo. Assimsendo este mesmo capacitor pode ser grafado como 100nF. Mas em alguns caso, com estevalor pode acontecer uma simplificação maior ainda. Então basta deslocar a "virgula" mais3 casas a esquerda e subir mais uma unidade. Assim sendo o mesmo capacitor de 100000pftambém pode ser representado como 0,1 F Apesar do seu desuso em circuitos de nova geração pode ainda ser muito útil naindústria e em equipamentos antigos que necessitem de reparos. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  8. 8. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2.2.4 Capacitores Eletrolíticos Nos Capacitores eletrolíticos o alumínio é utilizado para os elétrodos por meio deuma membrana delgada de oxidação. Grandes valores de capacitância podem ser obtidos,em comparação com o tamanho do capacitor, pois o dielétrico utilizado é muito fino. A característica mais importante de capacitor eletrolíticos é que eles têm polaridade. Eles têm um positivo e um negativo. Isto significa que é muito importante a maneira em que estão ligados. Se o capacitor é submetido à tensão superior a sua tensão de trabalho, ou se ele está conectado com inversão deFigura 2.10: Capacitores Eletrolíticos. polaridade, pode estourar. É extremamente perigoso, porque pode literalmente explodir. Geralmente, nodiagrama do circuito, o lado positivo é indicado por um símbolo "+" (mais). Capacitoreseletrolíticos são comercializados no valor de cerca de 1 micro F a milhares de micro F. Principalmente esse tipo de capacitor é usado como um filtro de ondulação em umcircuito de alimentação de energia, ou como um filtro para ignorar os sinais de baixafrequência, etc. Uma vez que este tipo de capacitor é relativamente semelhante à naturezade construção de uma bobina, não é possível utilizar para os circuitos de alta frequência. Afotografia da esquerda é um exemplo de valores diferentes de condensadores eletrolíticosem que a capacitância e tensão diferentes. O tamanho do capacitor, por vezes, depende do fabricante. Assim, o tamanhosmostrados aqui nesta página são apenas alguns exemplos. Na foto a marca que indica ocondutor negativo do componente. Você precisa prestar atenção para a indicação depolaridade, para não cometer um erro quando você montar o circuito.2.2.5 Capacitores de Tântalo Capacitores de tântalo são capacitores eletrolíticos que usam um material chamadotântalo para os eletrodos. Grandes valores de capacitância semelhantes aos capacitoreseletrolíticos de alumínio podem ser obtidas. Além disso, os condensadores de tântalo são Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  9. 9. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.brsuperiores aos condensadores eletrolíticos de alumínio pois trabalha e maiorestemperatura e frequência. Na construção, quando o pó de tântalo é cozido, a fim de solidificar, forma uma fenda interna. Uma carga elétrica pode ser armazenado nesta fenda. Estes capacitores têm polaridade. Normalmente, o símbolo "+" é usada para mostrar o terminal positivo do componente. Não inverter a polaridade sobre esses tipos. Capacitores de tântalo são um pouco mais caros do que capacitores eletrolíticos de alumínio. Capacitância pode mudar com aFigura 2.11: Capacitor de tântalo temperatura, assim como de frequência, eesses tipos são muito estáveis. Assim, capacitores de tântalo são usados para circuitos queexigem uma elevada estabilidade nos valores de capacitância. Além disso, o uso decapacitores de tântalo para sistemas de sinais analógicos melhora o desempenho, porque oruído de corrente pico que ocorre com os capacitores eletrolíticos de alumínio não aparece. Onde é necessário alta estabilidade é melhor utilizar capacitores de tântalo. A figurailustra o capacitor de tântalo. Os valor da capacitância é de 10 F (35V). O símbolo "+" éusada para mostrar o condutor positivo do componente. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  10. 10. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2.2.6 Capacitores de Polipropileno Este capacitor é utilizado quando é necessário uma maior tolerância do que capacitores de poliéster podem oferecer. A película de polipropileno é utilizada para o dielétrico. Diz-se que não há quase nenhuma mudança de capacitância nestes dispositivos se eles são usados com frequência de 100KHz ou menos. Este capacitores têm uma tolerância de ± 1%.Figura 2.12: Capacitores de Polipropileno Estes capacitores não tem polaridade.2.3 Capacitores Variáveis Capacitores variáveis são utilizados principalmente para ajuste de frequência. Hácapacitores que usam cerâmica como dielétrico e ostros que usam filme de poliéster para odielétrico. Um dos fios do componente é ligado ao parafuso de ajuste do capacitor. Isto significa que o valor do condensador pode ser afetada pela capacidade de a chave de fendas na sua mão. É preferível utilizar uma chave especialFigura 2.13: Capacitores Variáveis para ajustar estes componentes. Os capacitores variáveis sãocodificado por cores diferentes. Azul: 7PF (2-9), branco: 10pF (3 - 15), verde: 30pF (5 - 35),marrom: 60pF (8 - 72).Existem vários tipos de capacitores variável, escolhidos de acordocom a finalidade para a qual eles são necessários. Os Capacitores da figura C1: 20pF (3PF -27pF) , tem as seguintes dimensões: espessura 6 mm, altura 4,8 milímetros. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  11. 11. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br2.4 Capacitores - Parte Prática A carga elétrica (Q) armazenada por um capacitor (C) é dada por: Q = C.V . Onde:C é a capacitância em Farad, V é a tensão elétrica em Volts e a unidade de carga elétrica éCoulomb. Exemplo: Q = 100 F .12V = 1200 C. A energia elétrica armazenada pelo capacitor será: W = C.V.V / 2 => w = 100 .12.12/ 2 => w = 100.10-6.144 / 2 => W = 0,0072 joule. Para carga e descarga de capacitores usamos o circuito RC. A função do resistorFigura 2.13: Circuito RC R é controlar o tempo de carga do capacitor. O tempo de carga depende diretamente doproduto RC. Após uma constante de tempo RC, o capacitor carrega com 63,2% da tensãoda fonte.( 63,2% de V ). R.C = 100.103. 100.10--6 => R.C =10000.10--3 = 10 segundos.Após 5.R.C, o capacitor está praticamente carregado com a tensão da fonte (99,3% de V ).t = 5.R.C = 5. 100.103. 100.10--6 => t = 50000.10--3 segundos => t = 50 segundos. Para controlar o tempo de descarga liga-se um resistor em paralelo com o mesmo. A função do resistor R é controlar o tempo de descarga do capacitor e este depende diretamente do produto RC. Após uma constante de tempo RC, o capacitor perde 63,2% da sua carga.(ainda tem 36,8% da carga inicial). Após 5.R.C, o capacitorFigura 2.14: Curvas de Carga e descarga de estará praticamente descarregado. (teráCapacitores somente 0,7% da carga inicial). Com a chave na posição 1, o capacitor carrega através do resistor R1 e com a chavena posição 2 descarrega através do resistor R2. Se R1 = R2, o tempo de carga é igual aotempo de descarga. Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002
  12. 12. Sinésio Raimundo Gomes Engenheiro Eletricista - CREA 5060689324 sinesiogomes@yahoo.com.br Para a carga e a descarga tem-se uma função exponencial. No início do processo, atensão varia rapidamente num pequeno intervalo de tempo e no final do processo, atensão varia lentamente num grande intervalo de tempo. Parte Prática: Monte o circuito e com o capacitor descarregado, acione a chave e ocronômetro. Determine e anote o instante em que cada tensão for atingida, anote osvalores em uma tabela. Vcc = 10 Volts Resistor = 100 KW Capacitor = 10 mF RC = Volts (V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo (s)Referência: << http://eletronicaanalogica1.blogspot.com.br/2013/02/capacitores.html >>Revisão: 02 de fevereiro de 2013. Professor Sinésio Raimundo Gomes Eletrônica Analógica Aplicada. Aula 002

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