Un condensador es uno de los componentes electrónicos más utilizados. Tiene la capacidad de almacenar energía en su interior, en forma de carga eléctrica que produce un voltaje estático (diferencia de potencial) a través de sus placas. Simplemente, un condensador es similar a una pequeña batería recargable. Un condensador es solo una combinación de dos placas conductoras o metálicas colocadas en paralelo, y están eléctricamente separadas por una buena capa aislante (también llamada dieléctrica) hecha de papel encerado, mica, cerámica, plástico, etc.
Hay muchas aplicaciones de un condensador en electrónica, algunas de ellas se enumeran a continuación:
- Almacen de energia
- Acondicionamiento de energía
- Corrección del factor de poder
- Filtración
- Osciladores
Ahora, el punto es cómo funciona un condensador. Cuando conecta la fuente de alimentación al condensador, bloquea la corriente CC debido a la capa aislante y permite que haya voltaje en las placas en forma de carga eléctrica. Entonces, usted sabe cómo funciona un capacitor y cuáles son sus usos o aplicaciones, pero debe aprender a usar un capacitor en circuitos electrónicos.
¿Cómo conectar un condensador en un circuito electrónico?
Aquí, le mostraremos las conexiones de un condensador y el efecto debido a él con ejemplos.
- Condensador en serie
- Condensador en paralelo
- Condensador en circuito de CA
Condensador en circuito en serie
En un circuito, cuando conecta condensadores en serie como se muestra en la imagen de arriba, la capacitancia total disminuye. La corriente a través de los condensadores en serie es igual (es decir, i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Por lo tanto, la carga almacenada por los condensadores también es la misma (es decir, Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), porque la carga almacenada por una placa de cualquier condensador proviene de la placa del condensador adyacente en el circuito.
Al aplicar la ley de voltaje de Kirchhoff (KVL) en el circuito, tenemos
V T = V C1 + V C2 + V C3 … ecuación (1)
Tal como lo conocemos, Q = CV Entonces, V = Q / C
Donde, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Ahora, al poner los valores anteriores en la ecuación (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Para n número de condensadores en serie, la ecuación será
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Por lo tanto, la ecuación anterior es la ecuación de condensadores en serie.
Donde, C T = Capacitancia total del circuito
C 1 … n = Capacitancia de los condensadores
La ecuación de capacitancia para dos casos especiales se determina a continuación:
Caso I: si hay dos condensadores en serie, con diferente valor la capacitancia se expresará como:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) O, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… ecuación (2)
Caso II: si hay dos capacitores en serie, con el mismo valor la capacitancia se expresará como:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C O, C T = C / 2
Ejemplo de circuito de condensador en serie:
Ahora, en el siguiente ejemplo, le mostraremos cómo calcular la capacitancia total y la caída de voltaje rms individual en cada capacitor.
Según el diagrama de circuito anterior, hay dos condensadores conectados en serie con diferentes valores. Entonces, la caída de voltaje a través de los capacitores también es desigual. Si conectamos dos condensadores con el mismo valor, la caída de tensión también es la misma.
Ahora, para el valor total de capacitancia usaremos la fórmula de la ecuación (2)
Entonces, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Aquí, C 1 = 4.7uf y C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4,7 uf / 5,7 uf C T = 0,824 uf
Ahora, la caída de voltaje en el condensador C 1 es:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824 uf / 4,7 uf) * 12 VC 1 = 2,103 V
Ahora, la caída de voltaje en el condensador C 2 es:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824 uf / 1 uf) * 12 VC 2 = 9,88 V
Condensador en circuito paralelo
Cuando conecta condensadores en paralelo, la capacidad total será igual a la suma de todas las capacidades de los condensadores. Porque la placa superior de todos los condensadores está conectada entre sí y la placa inferior también. Entonces, al tocarse entre sí, el área efectiva de la placa también aumenta. Por lo tanto, la capacitancia es proporcional a la relación entre Área y distancia.
Al aplicar la ley de la corriente de Kirchhoff (KCL) en el circuito anterior, yo T = yo 1 + yo 2 + yo 3
Como sabemos, la corriente a través de un condensador se expresa como;
i = C (dV / dt) Entonces, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Y, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… ecuación (3)
De la ecuación (3), la ecuación de capacitancia paralela es:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Para n número de condensadores conectados en paralelo, la ecuación anterior se expresa como:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Ejemplo de circuito de condensador paralelo
En el siguiente diagrama de circuito, hay tres condensadores conectados en paralelo. Como estos condensadores están conectados en paralelo, la capacidad equivalente o total será igual a la suma de la capacidad individual.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Donde, C 1 = 4,7 uf; C 2 = 1uf y C 3 = 0.1uf Entonces, C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
Condensador en circuitos de CA
Cuando un condensador está conectado a la fuente de CC, entonces el condensador comienza a cargarse lentamente. Y, cuando el voltaje de corriente de carga de un condensador es igual al voltaje de suministro, se dice que está completamente cargado. Aquí, en esta condición, el condensador funciona como fuente de energía siempre que se aplique voltaje. Además, los condensadores no permiten que la corriente pase a través de ellos después de que estén completamente cargados.
Siempre que se suministre voltaje de CA al condensador como se muestra en el circuito puramente capacitivo anterior. Luego, el capacitor se carga y descarga continuamente a cada nuevo nivel de voltaje (se carga en el nivel de voltaje positivo y se descarga en el nivel de voltaje negativo). La capacitancia del capacitor en los circuitos de CA depende de la frecuencia del voltaje de entrada suministrado al circuito. La corriente es directamente proporcional a la tasa de cambio de voltaje aplicado al circuito.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Diagrama fasorial para condensador en circuito de CA
Como ve el diagrama fasorial para el condensador de CA en la imagen de abajo, la corriente y el voltaje se representan en onda sinusoidal. Al observar, en 0⁰ la corriente de carga está en su valor máximo debido a que el voltaje aumenta en dirección positiva de manera constante.
Ahora, a 90⁰ no hay flujo de corriente a través del condensador porque la tensión de alimentación alcanza el valor máximo. A 180⁰, el voltaje comienza a disminuir lentamente a cero y la corriente alcanza el valor máximo en dirección negativa. Y, nuevamente, la carga alcanza su valor pico en 360⁰, debido a que el voltaje de suministro está en su valor mínimo.
Por lo tanto, de la forma de onda anterior podemos observar que la corriente está adelantando al voltaje en 90⁰. Entonces, podemos decir que el voltaje de CA se retrasa 90 ° con respecto a la corriente en un circuito capacitor ideal.
Reactancia del condensador (Xc) en circuito de CA
Considere el diagrama de circuito anterior, ya que sabemos que el voltaje de entrada de CA se expresa como, V = V m Sin peso
Y, carga del condensador Q = CV, Entonces, Q = CV m Sin wt
Y, corriente a través de un condensador, i = dQ / dt
Entonces, i = d (CV m Sin peso) / dt yo = C * d (V m Sin peso) / dt i = C * V m Cos peso * w i = w * C * V m Sin (peso + π / 2) en, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 por lo tanto, yo m = wCV m V m / yo m = 1 / wC
Como sabemos, w = 2πf
Entonces, Reactancia capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Ejemplo de reactancia capacitiva en circuito de CA
diagrama
Consideremos el valor de C = 2.2uf y el voltaje de suministro V = 230V, 50Hz
Ahora, el Reactancia capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Aquí, C = 2.2uF, y f = 50Hz Así, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm