Condensadores Explicados: Cómo Almacenan Energía y Alimentan la Electrónica Moderna

Introducción

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

Visión General

Prácticamente no existe ningún circuito que no tenga un condensador, y junto con las resistencias e inductores, son los componentes pasivos básicos que utilizamos en electrónica.

¿Qué es un Condensador?

Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de carga eléctrica. Comparado con una batería del mismo tamaño, un condensador puede almacenar una cantidad de energía mucho menor, alrededor de 10.000 veces menor, pero lo suficientemente útil para muchos diseños de circuitos.

Construcción del Condensador

Un condensador está construido con dos placas metálicas separadas por un material aislante llamado dieléctrico. Las placas son conductoras y generalmente están hechas de aluminio, tantalio u otros metales, mientras que el dieléctrico puede ser cualquier tipo de material aislante como papel, vidrio, cerámica o cualquier cosa que obstruya el flujo de corriente.

La capacitancia de un condensador, medida en faradios, es directamente proporcional al área de superficie de las dos placas, así como a la permitividad ε del dieléctrico, mientras que una menor distancia entre las placas produce una mayor capacitancia. Dicho esto, veamos ahora cómo funciona un condensador.

Cómo Funciona un Condensador

Primero, podemos notar que un metal típicamente tiene una cantidad igual de partículas cargadas positiva y negativamente, lo que significa que es eléctricamente neutro.

Si conectamos una fuente de alimentación o una batería a las placas metálicas del condensador, una corriente intentará fluir, o los electrones de la placa conectada al polo positivo de la batería comenzarán a moverse hacia la placa conectada al polo negativo. Sin embargo, debido al dieléctrico entre las placas, los electrones no podrán pasar a través del condensador, por lo que comenzarán a acumularse en la placa.

Después de que un cierto número de electrones se hayan acumulado en la placa, la batería no tendrá suficiente energía para empujar nuevos electrones a entrar en la placa debido a la repulsión de los que ya están allí.

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

Principio de Funcionamiento del Dieléctrico

Veamos cómo el dieléctrico puede aumentar la capacitancia del condensador. Un dieléctrico contiene moléculas polares, lo que significa que pueden cambiar su orientación basándose en las cargas de las dos placas. Así, las moléculas se alinean con el campo eléctrico de manera que permiten que más electrones sean atraídos hacia la placa negativa, mientras repelen más electrones fuera de la placa positiva.

Una vez completamente cargado, si retiramos la batería, mantendrá la carga eléctrica durante mucho tiempo, actuando como almacenamiento de energía.

Ahora, si cortocircuitamos los dos extremos del condensador a través de una carga, una corriente comenzará a fluir a través de la carga. Los electrones acumulados en 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 condensador, y ahora veamos algunos ejemplos de aplicación.

Aplicaciones de los Condensadores

Condensadores de Desacoplamiento (Bypass)

Los condensadores de desacoplamiento o bypass 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 función es filtrar cualquier ruido en la fuente de alimentación, como ondulaciones de voltaje que ocurren cuando la fuente de alimentación durante un período muy corto reduce su voltaje o cuando una parte del circuito se conmuta causando fluctuaciones en la alimentación. En el momento en que ocurre la caída de voltaje, el condensador actuará temporalmente como una fuente de alimentación, haciendo bypass de la fuente principal.

Convertidor CA a CC

Otro ejemplo típico de aplicación son los condensadores utilizados en adaptadores de CC. Para convertir el voltaje CA en voltaje CC, normalmente se usa un rectificador de diodos, pero sin la ayuda de los condensadores no podrá hacer el trabajo.

La salida del rectificador es una forma de onda. Así, mientras la salida del rectificador sube, el condensador se carga, y mientras la salida del rectificador baja, el condensador se descarga y de esa manera suaviza la salida CC.

Filtrado de Señales

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

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

Condensadores como Almacenamiento de Energía

Otro uso bastante obvio de los condensadores es para almacenamiento y suministro de energía. Aunque pueden almacenar considerablemente menos energía comparados 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 alta ráfaga de potencia.