¿Qué es un condensador y cómo funciona? – Física y Aplicaciones

En este tutorial, aprenderemos qué es un capacitor, cómo funciona y veremos algunos ejemplos básicos de aplicación. Puede ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación.

Resumen

Casi no hay circuito que no tenga un capacitor y, junto con las resistencias y los inductores, son los componentes pasivos básicos que usamos en la electrónica.

¿Qué es un condensador?

Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de carga eléctrica. En comparación con una batería del mismo tamaño, un condensador puede almacenar una cantidad de energía mucho menor, alrededor de 10 000 veces más pequeña, pero lo suficientemente útil para tantos diseños de circuitos.

Construcción de capacitores

Un condensador se construye a partir de dos placas de metal, separadas por un material aislante llamado dieléctrico. Las placas son conductoras y suelen estar hechas de aluminio, tantalio u otros metales, mientras que el dieléctrico puede estar hecho de cualquier tipo de material aislante como papel, vidrio, cerámica o cualquier cosa que obstruya el paso de la corriente.

La capacitancia de un capacitor, medida en faradios, es directamente proporcional al área superficial de las dos placas, así como la permitividad ε del dieléctrico, siendo a menor distancia entre las placas mayor capacitancia. Dicho esto, ahora veamos cómo funciona un capacitor.

Cómo funciona el condensador

Primero, podemos notar que un metal típicamente tiene la misma cantidad de partículas cargadas positiva y negativamente, lo que significa que es eléctricamente neutral.

Si conectamos una fuente de energía o una batería a las placas de metal del capacitor, intentará fluir una corriente, o los electrones de la placa conectada al cable positivo de la batería comenzarán a moverse hacia la placa conectada al cable negativo de la batería. Sin embargo, debido al dieléctrico entre las placas, los electrones no podrán atravesar el capacitor, por lo que comenzarán a acumularse en la placa.

Después de una cierta cantidad de componentes electrónicos acumulados en la placa, la batería tendrá energía insuficiente para empujar cualquier componente electrónico nuevo para que entre en la placa debido a la repulsión de los componentes electrónicos que ya están allí.

En este punto, el capacitor está completamente cargado. La primera placa ha desarrollado una carga negativa neta y la segunda placa ha desarrollado una carga positiva neta igual, creando un campo eléctrico con una fuerza de atracción entre ellas que mantiene la carga del capacitor.

Principio de funcionamiento dieléctrico del condensador

Veamos cómo el dieléctrico puede aumentar la capacitancia del capacitor. Un dieléctrico contiene moléculas que son polares, lo que significa que pueden cambiar su orientación en función de las cargas en las dos placas. Entonces, las moléculas se alinean con el campo eléctrico de tal manera que permiten atraer más electrones a la placa negativa, mientras que repelen más electrones de la placa positiva.

Así, una vez que esté completamente cargada, si le quitamos la batería, esta mantendrá la carga eléctrica durante mucho tiempo, actuando como acumulador de energía.

Ahora, si acortamos los dos extremos del capacitor a través de una carga, una corriente comenzará a fluir a través de la carga. Los electrones acumulados de la primera placa comenzarán a moverse hacia la segunda placa, hasta que ambas placas vuelvan a ser eléctricamente neutras.

Ese es el principio básico de funcionamiento de un capacitor y ahora echemos un vistazo a algunos ejemplos de aplicación.

Aplicaciones de condensadores

Condensadores de desacoplamiento (bypass)

Los condensadores de desacoplamiento o los condensadores de derivación son un ejemplo típico. A menudo se utilizan junto con circuitos integrados y se colocan entre la fuente de alimentación y la tierra del IC.

Su trabajo es filtrar cualquier ruido en la fuente de alimentación, como las ondas de voltaje que ocurren cuando la fuente de alimentación cae por un período muy corto de tiempo o cuando una parte de un circuito se cambia y causa fluctuaciones en la fuente de alimentación. En el momento en que se produzca la caída de tensión, el condensador actuará temporalmente como fuente de alimentación, sin pasar por la fuente de alimentación principal.

Convertidor de CA a CC

Otro ejemplo típico de aplicación son los condensadores que se utilizan en los adaptadores de CC. Para convertir el voltaje de CA en voltaje de CC, generalmente se usa un rectificador de diodo, pero sin la ayuda de capacitores no podrá hacer el trabajo.

La salida del rectificador es una forma de onda. Entonces, mientras la salida del rectificador aumenta, el capacitor se carga, y mientras la salida del rectificador disminuye, el capacitor se descarga y, de esa manera, suaviza la salida de CC.

Relacionado: ¿Qué es Schmitt Trigger y cómo funciona?

Filtrado de señales

El filtrado de señales es otro ejemplo de aplicación de condensadores. Debido a su tiempo de respuesta específico, son capaces de bloquear señales de baja frecuencia mientras permiten el paso de frecuencias más altas.

Esto se utiliza en los receptores de radio para desconectar las frecuencias no deseadas y en los circuitos cruzados dentro de los altavoces, para separar las frecuencias bajas para el woofer y las frecuencias más altas para el tweeter.

Condensadores como almacenamiento de energía

Otro uso bastante obvio de los condensadores es el almacenamiento y suministro de energía. Aunque pueden almacenar energía considerablemente menor en comparación con una batería del mismo tamaño, su vida útil es mucho mejor y son capaces de entregar energía mucho más rápido, lo que los hace más adecuados para aplicaciones donde se necesita una gran cantidad de energía.

Eso es todo por este tutorial, no dude en hacer cualquier pregunta en la sección de comentarios a continuación.