CAPACITORES INTRODUCCIÓN Los capacitores

CAPACITORES
INTRODUCCIÓN
Los capacitores son componentes eléctricos y electrónicos capaces de almacenar energía eléctrica, la cantidad
de energía almacenada dependerá de las características del mismo componente. Estos, están compuestos por
dos placas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico.
La capacidad de almacenamiento de energía eléctrica es directamente proporcional a la superficie de las placas
e inversamente a la distancia de separación entre placas. Por esto, se entiende que, la capacidad también
dependerá del tipo de material dieléctrico utilizado.
Capacitores de película de sulfuro de polifenileno (PPS) para montaje superficial
Los capacitores de este tipo, constan de varios dieléctricos apilables metalizados de este aislante.
Son fabricados para montaje de superficie (SMD), por lo que su aspecto externo difiere mucho de los demás
capacitores antes conocidos.
Su tensión aplicada entre placas no debe ser mayor de 50 V, el dieléctrico se perfora con tensiones aplicadas
durante un tiempo máximo de 5 segundos, si la tensión es superior al 175 % del valor nominal.
Sus valores de capacidad están entre 100 pF y 100 nF. Sus dimensiones, dependen de su capacidad, según se
indica en la tabla siguiente:
Capacidad
Longitud
Ancho
Alto
De 100 pF a 2.2 nF
4.7 nF
10 nF
22 nF
47 nF
100 nF
2.0
3.2
3.2
3.4
4.8
4.8
1.25
1.6
1.6
2.5
3.3
3.3
0.8
0.8
1.0
1.4
1.4
2.0
Capacitores cerámicos
Este tipo de capacitor, es el que más se acerca al capacitor ideal, ya que su inductancia, factor de potencia y
tangente de pérdidas son prácticamente nulas.
Estos capacitores consisten en un tubito de cerámica obtenida por extracción. El tubo es metalizado
interiormente, de forma que uno de los extremos sobresalga y cubra una estrecha faja en la parte exterior.
El resto de la superficie exterior se metaliza de forma que deje una faja libre para que no haga contacto eléctrico
con la anterior.
Las armaduras del capacitor quedan así formadas por las dos capas
metálicas que cubren interior y exteriormente el tubo cerámico.
El conjunto se recubre con una laca protectora, sobre la que se
imprime con cifras o franjas de color el valor dado al componente, u
otros datos que se verán posteriormente.
De los dos terminales, el de la armadura exterior es el que debe
conectarse al punto común por razones de seguridad y de radiación
de la armadura “viva”.
Los capacitores cerámicos de disco están constituidos por un disco
cerámico cuyas dos caras se han metalizado y sobre las cuales se
sueldan las terminales de conexión.
En este tipo de capacitores, también se fabrican con tecnología
multicapa, por lado todas las capas pares y, por el otro, las capas impares. La capacidad se aumenta, ya que el
resultado es la suma de todas las superficies.
En la fig. Se muestra el corte
esquematizado
de
capacitores cerámicos multicapa con indicación de las partes que lo forman.
En esta figura no se muestran las patitas de conexión, sino unas terminales longitudinales a ambos lados, cuya
finalidad es que servir como puntos de soldadura sobre circuitos impresos en cadenas de montaje
automatizadas (SMD). Su tamaño es muy pequeño: tan sólo 3,45 mm de largo por 1.85 mm de ancho en el
formato industrial estándar 1206; o de 2 mm de largo, por 1,25 mm de ancho y 0.7 mm de espesor en el
formato industrial estándar 0805.
Capacitores de poliéster
Este tipo de capacitores ha sustituido a los de papel. Su construcción es idéntica, con la única diferencia de
sustituir el dieléctrico de papel con uno de poliéster y metalizar los extremos salientes de las cintas de aluminio
de tal forma que las espiras de las mencionadas cintas queden cortocircuitadas, reduciéndose así la inductancia
parásita creada por las espiras. Por lo anterior, se les conoce como los capacitores de inductancia pobre.
Estos presentan varias ventajas sobre los de papel, entre las que destacan las siguientes: mayor resistencia
mecánica, no ser higroscópicos y soportar un amplio margen de temperaturas que van desde -55oC a +150oC,
destacando también su gran rigidez dieléctrica.
El dieléctrico de poliéster carece de poros y de un espesor muy pequeño (inferior a 1 μm). En el caso de los
capacitores miniatura de película ultra delgada de poliéster el espesor del dieléctrico está comprendido entre
1.5 y 2 μm (de 15 a 20 veces más fino que un cabello humano normal).
La capacidad en este tipo de capacitores tiende a aumentar ligeramente con la temperatura, mientras que
disminuye al aumentar la frecuencia. Por ejemplo, al aplicar 100 KHz, la capacidad disminuye en un 3 %
aproximadamente. A partir de este valor de frecuencia el porcentaje de disminución va en aumento
considerable, por lo que no se recomienda su utilización en circuitos donde la frecuencia sea de varios
megahercios.
Se fabrican con capacidades comprendidas entre 2 pF y 10 μF según tipo y modelo, con tensiones de servicio
comprendidas entre 30 y 1000 V.
Capacitores de poliéster
Este tipo de capacitores ha sustituido a los de papel. Su construcción es idéntica, con la única diferencia de
sustituir el dieléctrico de papel con uno de poliéster y metalizar los extremos salientes de las cintas de aluminio
de tal forma que las espiras de las mencionadas cintas queden cortocircuitadas, reduciéndose así la inductancia
parásita creada por las espiras. Por lo anterior, se les conoce como los capacitores de inductancia pobre.
Estos presentan varias ventajas sobre los de papel, entre las que destacan las siguientes: mayor resistencia
mecánica, no ser higroscópicos y soportar un amplio margen de temperaturas que van desde -55oC a +150oC,
destacando también su gran rigidez dieléctrica.
El dieléctrico de poliéster carece de poros y de un espesor muy pequeño (inferior a 1 μm). En el caso de los
capacitores miniatura de película ultra delgada de poliéster el espesor del dieléctrico está comprendido entre
1.5 y 2 μm (de 15 a 20 veces más fino que un cabello humano normal).
La capacidad en este tipo de capacitores tiende a aumentar ligeramente con la temperatura, mientras que
disminuye al aumentar la frecuencia. Por ejemplo, al aplicar 100 KHz, la capacidad disminuye en un 3 %
aproximadamente. A partir de este valor de frecuencia el porcentaje de disminución va en aumento
considerable, por lo que no se recomienda su utilización en circuitos donde la frecuencia sea de varios
megahercios.
Se fabrican con capacidades comprendidas entre 2 pF y 10 μF según tipo y modelo, con tensiones de servicio
comprendidas entre 30 y 1000 V.
Valor capacitivo
La capacidad de almacenamiento de la electricidad de un capacitor se expresa en faradios (F). Sin embargo,
como esta unidad es excesivamente grande, en práctica se utilizan los submúltiplos pf, nF y µF.
La unidad de capacidad, el faradio, corresponde a la capacidad de almacenar una cantidad de electricidad de 1
culombio en un capacitor a la que se aplica una tensión de 1 voltio, es decir:
Dado que uno de los factores que más en la capacidad de un capacitor es su dieléctrico, es lógico pensar que no
todos los tipos de capacitores estudiados cubren toda la gama de capacidades necesarias en el diseño de un
equipo electrónico, es decir, que cada tipo de capacitor tiene límites de capacidades determinadas.
Tolerancia
En valor real de la capacidad de un capacitor, es diferente dentro de ciertos límites. Estas discrepancias son
debidas al proceso de fabricación y se designan por tolerancias.
En algunos casos la tolerancia negativa no es igual a la tolerancia positiva, es decir, en un capacitor, por ejemplo,
electrolítico, de 125 mF con una tolerancia de –10 % +50 %, el valor real del capacitor está comprendido entre:
Corriente de carga
Al conectar un capacitor descargado a una fuente de alimentación de CC, o entre dos puntos de bajo voltaje,
circulará una corriente que tiende a disminuir a medida que el capacitor se va cargando, hasta desaparecer al
quedar totalmente cargado. A esta corriente, se le denomina corriente de carga.
Si la fuente es alterna, el componente sufre sucesivas cargas y descargas a la velocidad de los cambios de
sentido de la corriente alterna, por lo que circula una corriente de carga en ambos sentidos. Esta corriente tiene
la particularidad de estar desfasada 90° adelante con respecto al voltaje aplicado al capacitor.
Al observar la figura, en esta se puede apreciar como en el instante t0, es decir, cuando el capacitor queda
conectado a la fuente de alimentación, la corriente es máxima, siendo la tensión nula.
A medida que el tiempo avanza, es decir, en los instantes t1, t2, t3,...... la corriente de carga va disminuyendo
progresivamente de valor, por estarse cargando las placas del capacitor hasta quedar prácticamente saturadas.
Como consecuencia de este aumento de la cantidad de electricidad almacenada en el capacitor el voltaje va
aumentando hasta que la corriente alcanza el valor de cero Amperios, en ese instante el capacitor empieza su
carga en sentido opuesto y la tensión entre placas disminuye.
Lo anterior sólo se da en un capacitor ideal, ya que en la práctica este ángulo es ligeramente inferior.
Tangente delta
En todo capacitor, además de la corriente de carga, circula una pequeña corriente de fuga en fase con la tensión
aplicada. Esta corriente de fuga es debida a que el dieléctrico no es perfecto, y por lo tanto, deja pasar a través
de la mencionada corriente.
Por el hecho de que el dieléctrico no es perfecto equivale a colocar una resistencia de valor elevado en paralelo
con el capacitor.
La corriente de fuga queda en fase con la tensión aplicada al capacitor (IR en fase con V), mientras que la
corriente ideal Ic queda desfasada 90o de adelanto respecto a la tensión.
El ángulo que forma en realidad la corriente que circula por el capacitor con respecto al voltaje aplicado es igual
a la suma vectorial de la corriente de fuga IR más la corriente ideal IC , es decir, el ángulo del vector resultante
Icreal de la figura 4.15, con respecto al vector V, y cuyo valor es igual a:
Icreal = √I2R + I2C
El ángulo que forma la corriente de carga ideal Ic con la corriente de carga real Icreal Se denomina ángulo delta
(δ)

La corriente de carga y descarga de un capacitor ideal está por:
Donde Xc es la reactancia capacitiva del capacitor, cuyo valor viene dado por la igualdad:
De esta última se puede deducir que el parámetro que puede hacer variar la reactancia de un capacitor de f, por
tanto, si f influye sobre Xc se deduce que también lo hará sobre la corriente Ic.
 La temperatura influye sobre el valor óhmico del dieléctrico y, como consecuencia, sobre la
intensidad de corriente de fuga, IR a través de él.
Inductancia parásita
Todos los capacitores presentan cierta inductancia parásita, muy variable, según la forma constructiva del
componente.
Dicha inductancia puede suponerse conectada en serie con el capacitor y, como toda inductancia, esta resulta
despreciable para la frecuencia baja.
Pero, si la frecuencia aplicada al capacitor es muy alta, la inductancia parásita se hace manifiesta, y el capacitor
se manifiesta como una bobina, cuando los márgenes de frecuencia están por encima de la antes mencionada.
Lo anterior es la razón del por qué en algunos capacitores, al seleccionarlos del tipo no adecuado al circuito
donde son conectados, éstos no dan los resultados esperados.
Frecuencia de resonancia
Se le denomina frecuencia de resonancia de un capacitor a aquella frecuencia con la cual se igualan las
reactancias capacitiva e inductiva parásitas.
Por debajo de la frecuencia de resonancia propia el capacitor se comporta como tal, cuando la frecuencia
aumenta el capacitor se comporta como una bobina.
Siendo esta una explicación del porque muchos capacitores de tipo no adecuado al circuito en los son
conectados, no den los resultados esperados.
INDICACIÓN DEL VALOR DE LOS CAPACITORES
Normalmente, el valor de los capacitores viene indicado por cifras impresas sobre la superficie de estos. Por
ejemplo, a un capacitor de 4700 pF, se le puede identificar por cualquiera de las siguientes anotaciones:
4700 p se suprime la F de Faradio.
4700 se suprime la p de pico y la F de Faradio.
4.7 K
La K indica kilo representa que 4.7 se multiplica por 1000 pF.
4.7 n
Se sustituye pF por la n de nanofaradio, puesto que 4.7 nF = 4700 pF.
0.0047 µF
Indicación en µF, puesto que 4700 pF = 4.7 nF = 0.0047µF.
472
La cifra 2 indica que detrás de 47 debes añadirse dos ceros.
CAPACITOR ADECUADO
Como ya se ha visto, los capacitores son fabricados en diferentes tipos, lo cual dificulta en ocasiones la elección
del más adecuado para ciertos fines.
A continuación se intenta resumir algunas aplicaciones de los capacitores con el fin de ayudar en la elección de
adecuado para determinados circuitos, de forma que el lector pueda escoger con relativa facilidad aquel que
resulta más eficaz en cada aplicación.
Circuitos de sintonía hasta 200 KHz:
 Cerámicos.
 Stiroflex.
 Película de poliéster.
Circuitos de sintonía hasta 30 MHz:
 Cerámicos.
 Stiroflex.
Circuitos de sintonía hasta 1000 MHz.
 Cerámicos
Desacoplo de radiofrecuencia:
 Cerámicos de 16 – 50 V.
 Cerámicos de 63 – 5000 V.
 Cerámicos 1 KV.
Paso de frecuencia:
 Cerámicos.
 Cerámicos de 16 – 50 V.


Cerámicos de 53 – 500 V.
Cerámicos de 1 KV.
Desacoplo de audiofrecuencia:
 Cerámicos de 16 – 50 V.
 Cerámicos de 63 – 500 V.
 Película de poliéster.
 Electrolíticos de aluminio.
 Electrolíticos de tantalio.
Paso de audiofrecuencia de alta impedancia:
 Cerámicos.
 Cerámicos 63 -500 V.
 Cerámicos 1 KV.
 Stiroflex.
 Película de poliéster.
 Poliéster metalizado.
Paso de audiofrecuencia de baja impedancia:
 Electrolíticos de aluminio.
 Electrolíticos de tantalio.
Desacoplo de toda banda:
 Electrolítico de tantalio.
 Electrolítico de aluminio en paralelo con cerámico.
Filtros de altavoz:
 Poliéster metalizado.
Filtros de audiofrecuencia para control de tono:
 Cerámico.
 Stiroflex.
 Película de poliéster.
 Poliéster metalizado.
Filtros de corriente continúa:
 Electrolíticos de aluminio.
Antiparásitos de red:
 Cerámicos de 1 KV.
 Poliéster metalizado 1 KV.
 Electrolítico de aluminio 1 KV.
Circuitos de régimen de impulsos:
 Stiroflex.
 Película de poliéster.
Circuito práctico donde son indispensable tanto el transistor, como los elementos ya conocidos, los resistores y
capacitores.
EQUIVALENCIAS EN VALORES DE CAPACITORES
pF
nF
1
1.5
3
3.3
4
4.7
6
6.8
10
12
15
22
27
33
39
47
56
68
82
100
120
150
220
270
330
390
470
560
680
820
1000
1200
1500
0.001
0.0015
0.003
0.0033
0.004
0.0047
0.006
0.0068
0.01
0.012
0.015
0.022
0.027
0.033
0.039
0.047
0.056
0.068
0.082
0.1
0.12
0.15
0.22
0.27
0.33
0.39
0.47
0.56
0.68
0.82
1
1.2
1.5
µF
0.000001
0.0000015
0.000003
0.0000033
0.000004
0.0000047
0.000006
0.0000068
0.00001
0.000012
0.000015
0.000012
0.000027
0.000033
0.000039
0.000047
0.000056
0.000068
0.000082
0.0001
0.00012
0.00015
0.00022
0.00027
0.00033
0.00039
0.00047
0.00056
0.00068
0.00082
0.001
0.0012
0.0015
pF
nF
1800
2200
2700
3300
3900
4700
5600
6800
8200
10000
12000
15000
18000
22000
27000
33000
39000
47000
56000
68000
82000
100000
120000
150000
180000
220000
270000
330000
470000
560000
680000
820000
100000
1.8
2.2
2.7
3.3
3.9
4.7
5.6
6.8
8.2
10
12
15
18
22
27
33
39
47
56
68
82
100
120
150
180
220
270
330
470
560
680
820
1000
Así pueden ir sacándose los valores más altos.
Prefijos utilizados:
Símbolo
µ
n
p
Nombre
micro
nano
pico
Expresión
1x10-6
1x 10-9
1x10-12
µF
0.0018
0.0022
0.0027
0.0033
0.0039
0.0047
0.0056
0.0068
0.0082
0.01
0.012
0.015
0.018
0.022
0.027
0.033
0.039
0.047
0.056
0.068
0.082
0.1
0.12
0.15
0.18
0.22
0.27
0.33
0.47
0.56
0.68
0.82
1