1. Generalidades

Los capacitores, también conocidos como condensadores, son componentes pasivos ampliamente utilizados en electrónica. Sus funciones principales incluyen:

  • Almacenamiento de energía
  • Bloqueo de niveles de corriente continua (DC)
  • Filtrado de señales de corriente alterna (AC)
  • Eliminación de ruido
  • Sintonización de estaciones de radio o televisión
  • Generación de pulsos o formas de onda
  • Producción de retardos de tiempo (temporizadores)
  • Acoplamiento de etapas (amplificadoras, etc.)

1.1 Definición

Un capacitor es un dispositivo formado por dos placas separadas por un material dieléctrico. Es un elemento circuital cuyo parámetro dominante en el espectro de frecuencias de uso es la capacitancia, definida como:

C = Q/V

Donde:

  • C: Capacitancia (en faradios)
  • Q: Carga (en culombios)
  • V: Voltaje aplicado (en voltios)

1.2 Construcción y Funcionamiento

Los capacitores son dispositivos que almacenan energía en un campo eléctrico, en forma de cargas eléctricas. En su forma más simple, un capacitor consta de dos láminas metálicas paralelas llamadas placas, separadas por un material aislante llamado dieléctrico.

2. Características (Parámetros)

Además de su capacitancia nominal, expresada en microfaradios (µF) o picofaradios (pF), los fabricantes de capacitores caracterizan sus productos mediante una serie de parámetros que deben tenerse en cuenta al seleccionarlos. Los más utilizados son:

  • Tolerancia
  • Coeficiente de temperatura
  • Voltaje de trabajo

Otros parámetros importantes incluyen:

  • Temperatura de trabajo
  • Voltaje de ruptura
  • Corriente de fuga
  • Resistencia de aislamiento
  • Reactancia capacitiva
  • Factor de potencia
  • Resistencia equivalente en serie
  • Impedancia
  • Factor de disipación
  • Factor de calidad

2.1 Tolerancia

La tolerancia es la variación en la capacitancia nominal, expresada como un porcentaje. Por ejemplo, en un capacitor de tantalio de 10 µF con una tolerancia de ±10%, la capacitancia real puede estar entre 9 µF y 11 µF.

2.2 Coeficiente de Temperatura (T.C.)

El coeficiente de temperatura especifica cómo cambia la capacitancia del dispositivo con el aumento de la temperatura. Se expresa generalmente en ppm/°C y puede ser positivo (P), negativo (N) o cero (NPO), dependiendo de si la capacitancia aumenta, disminuye o permanece constante al aumentar la temperatura.

2.3 Voltaje de Trabajo (VW)

Es el voltaje máximo, AC o DC, que puede aplicarse a través de un capacitor de forma continua sin causar el deterioro del dieléctrico. Esto sucede cuando se excede el voltaje de ruptura, en cuyo caso el dispositivo permite el paso de corriente entre las placas y se cortocircuita.

3. Circuito Equivalente

Una buena aproximación de un capacitor físico es un circuito equivalente que incluye una resistencia en serie (ESR) y una inductancia en serie (ESL).

4. Influencia del Medio

El deterioro de un capacitor se mide por la variación porcentual anual de su capacitancia respecto de su valor nominal. El envejecimiento de este estará dado por:

  • Temperatura: La rigidez dieléctrica disminuye al aumentar la temperatura, lo que reduce la vida útil de los capacitores.
  • Humedad: Degrada los dieléctricos, reduciendo su resistencia de aislamiento, rigidez dieléctrica y vida útil.
  • Presión: A presiones atmosféricas elevadas, los recipientes herméticos pueden deformarse y comprimir los arrollamientos del capacitor, causando variaciones de capacitancia.
  • Golpes y vibraciones: Los capacitores deben estar diseñados para soportar los golpes y vibraciones habituales en su uso específico.
  • Corrosión: La protección contra la corrosión se logra mediante una relación del material y el protector correspondiente.
  • Envejecimiento: Se debe a la inestabilidad química de sus componentes, que se van alterando lentamente.

5. Clasificación de los Capacitores

Los capacitores se clasifican principalmente según el material dieléctrico utilizado en su construcción:

  • Capacitores Fijos:

    • Cerámicos
    • Electrolíticos de aluminio o tantalio
    • Película plástica (poliestireno, polipropileno, poliéster)
    • Mica
    • Vidrio
    • Papel kraft

  • Capacitores Variables:

    • Dieléctrico aire
    • Hojas flexibles muy delgadas de materiales sólidos

  • Capacitores de Estado Sólido:

    • Varactores o varicaps

6. Capacitores Fijos

Los capacitores fijos más comunes incluyen:

  • Capacitores Cerámicos Convencionales: No polarizados, con formas variadas (disco, plana, tubular, roscada). Constan de dos placas metálicas separadas por una capa dieléctrica de dióxido de titanio.

  • Capacitores Cerámicos Chip: Utilizados para tecnología SMD, constituidos por capas alternadas de película metálica y sustrato cerámico de alta constante dieléctrica.

  • Capacitores Electrolíticos: Consisten en dos placas sumergidas en un electrolito, formando una película de óxido metálico sobre la placa positiva que sirve como dieléctrico.

  • Capacitores de Mica: Los primeros capacitores utilizados en electrónica, reemplazados progresivamente por cerámicos y de poliestireno. La mica moscovita es el material dieléctrico más utilizado.

  • Capacitores de Película: Similares a los electrolíticos, pero utilizan materiales plásticos como dieléctricos (poliestireno, policarbonato, polipropileno, poliéster).

Anexo: Capacitores para Montaje Superficial

Los capacitores para montaje superficial pueden ser cerámicos multicapa, de tantalio, electrolíticos o de película PPS. Los cerámicos tipo chip son los más comunes.

Los capacitores cerámicos son no polarizados y se consiguen en valores desde 0,47 pF hasta 1 µF. Los capacitores de tantalio y electrolíticos de aluminio son polarizados, mientras que los capacitores de película metalizada de PPS son no polarizados.