Aula 05 - Formas Construtivas de Capacitores

Formas construtivas de capacitores

Há várias formas de construir capacitores. A formas geométricas e a constante dielétrica do material isolante ε  (ε letra grega épsilon) influencia no valor da capacitância. 
Para o capacitor com material dielétrico diferente do ar a capacitância é dada por: C =  (ε0 x εr x A ) / d onde εr é a constante de permissividade (ou constante elétrica) do material; A é área da placa e d a distância entre as placas.

Figura 01 - Forma construtiva e
capacitância.

A constante dielétrica do material isolante ε0 é o valor da permissividade para o vácuo é 8.84 x 10^-12 F / m, e εr é a permissividade do meio dielétrico usado entre as duas placas.

Os vários materiais isolantes usados ​​como dielétrico em um capacitor diferem em sua capacidade de bloquear ou passar uma carga elétrica. 
Este material dielétrico pode ser feito a partir de vários materiais isolantes ou combinações destes materiais sendo os tipos mais comuns utilizados: ar, papel, poliéster, polipropileno, mylar, cerâmica, vidro, óleo e uma variedade de outros materiais. 
Unidades típicas de permissividade dielétrica, εr ou constante dielétrica para materiais comuns são: Vácuo = 1,0000; Ar = 1,0006; Papel = 2,5 a 3,5; Vidro = 3 a 10; Mica = 5 a 7; Madeira = 3 a 8 e Óxido de Metal Pós = 6 a 20 etc. 
A capacitância é medida em Farads , que é uma unidade muito grande, portanto micro Farad (μF), nano Farad (nF) e pico Farad (pF) são geralmente usados.

Capacitor de placas empilhadas: 

Figura 02 - 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 tensão de operação do capacitor. Na prática, os capacitores são construídos de forma a maximizar a área das placas no menor espaço físico possível.

Na figura 02 temos duas placas conectadas a um condutor ( A ) e duas placas conectadas ao outro condutor ( B ). Então, os dois lados das duas placas centrais estão estão em contato com o dielétrico, enquanto apenas um lado de cada uma das placas externas conectadas está em contato com o dielétrico. Então, como acima, a área superficial útil de cada conjunto de placas é três vezes maior e sua capacitância também será três vezes maior.

Capacitor de filme enrolado: 

Figura 03 - 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 como dielétrico.

Estes tipos de capacitores são feitos de tiras longas e finas de folhas finas de metal com o material dielétrico coladas juntas, que são enroladas em um rolo apertado e depois seladas em papel ou tubos de metal.
Esses tipos de filme exigem um filme dielétrico muito mais espesso para reduzir o risco de rasgos ou furos no filme e, portanto, são mais adequados para valores de capacitância mais baixos e tamanhos maiores.

Capacitor de haste imergida: 

Figura 04 - Capacitor de
haste imergida.

O terceiro método mais comum é usar o próprio dielétrico para estabelecer o formato do corpo. Então, simplesmente é inserida uma haste para funcionar como placa positiva e a superfície do revestida do cilindro forma a placa negativa. 

Estes capacitores são produzidos ao se imergir o dielétrico (podendo ser de tântalo ou mica) em um condutor derretido para que seja formada uma fina camada condutiva sobre o dielétrico. Por causa disso, os capacitores de tântalo imersos precisam da informação impressa de sua polaridade, lembrando que o terminal positivo é o maior. 

Capacitor variável:

Figura 05 - 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.

A posição das placas móveis em relação às placas fixas determina o valor total da capacitância. A capacitância é geralmente no máximo quando os dois conjuntos de placas são totalmente conectados em malha. Os capacitores de sintonia do tipo de alta tensão têm espaçamentos relativamente grandes ou intervalos de ar entre as placas com tensões de ruptura que atingem muitos milhares de volts.

Capacitores comerciais

A função do capacitor é armazenar a energia elétrica. O capacitor também funciona como um filtro, a passagem de corrente alternada (AC), e de bloqueio de corrente direta (DC). 

Figura 06 - Capacitores fixos .

O capacitor tem um isolador (dielétrico) entre duas folhas de eletrodos. Diferentes tipos de capacitores usam materiais diferentes para o dielétrico. 

Figura 07 - Tolerância de capacitores.

Este símbolo da figura 05 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 o capacitor está carregando, a corrente flui. A corrente será interrompida quando o capacitor está totalmente carregado. 

O valor de um capacitor (capacitância), é dado em unidades chamada Farad (F). A capacitância de um capacitor é geralmente muito pequena, de modo as unidades, tais como o micro Farad (µF) (10^-6 F) onde 1.000.000 µF = 1 F, nano Farad (nF) (10^-9 F), com isso temos que 1.000 nF = 1µF, e pico Farad (pF) (10^-12 F) e  então 1.000 pF = 1nF são os submúltiplos utilizados.

Capacitores são usados ​​com resistores em circuitos de temporização porque leva tempo para um capacitor se encher de carga. Eles são usados ​​para suavizar vários fontes de tensão contínua DC, agindo como um reservatório de carga. Eles também são usados ​​em circuitos de filtro porque os capacitores passam facilmente os sinais de CA, mas bloqueiam os sinais CC.

Figura 08 - Temperatura minima e máxima para capacitores.

Existem muitos tipos de capacitores, mas eles podem ser divididos em dois grupos principais: polarizados (geralmente 1µF e maiores) e não polarizados (geralmente menores que 1µF). Cada grupo tem seu próprio símbolo de circuito.
Quanto ao valor de capacitores padrão, os valores utilizados podem ser divididos como um logaritmo. No caso da série E12: [1], [1.2], [1.5], [1.8], [2.2], [2.7], [3.3], [3.9], [4.7], [5.6], [6.8], [8.2], [10]. 

Códigos para valor nominal, tolerância e tensão máxima em capacitores 
Um código de três dígitos é utilizado para indicar o valor de um capacitor. Existem duas maneiras em que a capacitância pode ser escrito. Um usa letras e números, o outro 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. 

Figura 09 - Código de capacitores.

No caso em que o valor é apresentado com o código de três dígitos, o primeiro e segundo números da esquerda mostram a figura 5, e o dígito 3 é um multiplicador que determina quantos zeros devem ser adicionados à capacitância dada em  picofarad (pF) são escritos desta forma. 
Por exemplo, quando o código é [103], indica que 10 x 10³, ou 10000 pF = 10 nanofarad (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 100 pF são exibidos com dois dígitos apenas. Por exemplo, 47 seria 47pF. 

Um código de alfanumérico é utilizado para indicar o valor máximo da tensão de trabalho do capacitor. Geralmente este código é escrita antes do código numérico. Na figura 05 há os valores correspondentes ao código usados para indicar a tensão de isolação em capacitores.
Um código de letras é utilizado para indicar o valor de desvio de valor nominal do capacitor. Geralmente a letra é escrita após o código numérico, conforme figura 06. 
Na figura 07 há a tabela do valor mínimo e máximo de temperatura para uso de capacitores cerâmicos.
Há ainda informações sobre variações de capacitância em partes por milhão, conforme figura 08.

Tensão de ruptura

Figura 10 - Teste de capacitores.

Ao usar um capacitor, você deve prestar atenção para a tensão máxima que pode ser usado. Esta é a "tensão de ruptura". A tensão de ruptura depende do tipo de capacitor a ser utilizado. 

Você deve ter um cuidado especial com capacitores eletrolíticos, pois a tensão de ruptura é relativamente baixa. A tensão de ruptura de capacitores eletrolíticos é apresentado 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.

Temos que ter também cuidado com a temperatura mínima e máxima de trabalho do capacitor.

Quando um multímetro análogo ajustado para medir a resistência, for conectado a um capacitor eletrolítico de 10 microfarad (µF), uma corrente fluirá, mas somente por um momento. Você pode confirmar que a agulha do medidor desloca-se para retornar logo a seguir.

Há no link á seguir um resumo de informações sobre capacitores elaborado pelo Prof. Sinésio Raimundo Gomes que pode ser baixada em: Aula 05 - Tudo sobre Capacitores.

© Direitos de autor. 2024: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/04/2024