Conceptes bàsics detallats sobre els condensadors
May 05, 2026| 1.Definició
Un condensador és un component elèctric utilitzat per emmagatzemar i alliberar energia en un camp elèctric. Quan s'aplica una tensió als seus terminals, s'estableix un camp elèctric entre els conductors (plaques), permetent que el condensador emmagatzemi energia.
La unitat de capacitat és el farad (F). En aplicacions pràctiques, les unitats més petites com els microfarads (μF), els nanofarads (nF) i els picofarads (pF) s'utilitzen més habitualment.
2.Principi de treball
Un condensador està format per dues plaques conductores separades per un material aïllant anomenat dielèctric. Quan s'aplica una tensió de corrent continu a les plaques, els electrons s'acumulen en una placa, donant-li una càrrega negativa, mentre que un nombre igual d'electrons s'eliminen de la placa oposada, fent-la carregada positivament.
Aquesta separació de càrrega crea un camp elèctric dins del dielèctric. El condensador emmagatzema energia en aquest camp elèctric i reté la càrrega mentre s'apliqui la tensió i no es proporcioni cap camí de descàrrega. Quan s'introdueix un camí conductor, l'energia emmagatzemada s'allibera a mesura que el corrent passa pel circuit extern.
3.Capacitat
La capacitat C d'un condensador depèn dels factors següents:
Zona de placaA:Una àrea de placa més gran dóna com a resultat una capacitat més gran.
Espaiat entre plaquesd:Una distància més petita entre les plaques augmenta la capacitat.
Permitivitatε:El tipus de material dielèctric afecta la capacitat; materials amb una permitivitat més alta produeixen una capacitat més alta.
La relació ve donada per:
on:
- Ε és la permitivitat del material dielèctric
- A és l'àrea efectiva de les plaques
- d és la distància entre les plaques
4.Unitat de Capacitat
La unitat de capacitat és el farad (F). Com que el farad és una unitat molt gran, la majoria dels condensadors pràctics es classifiquen en unitats més petites com ara picofarads (pF), nanofarads (nF) i microfarads (μF).
La capacitància indica quanta càrrega elèctrica pot emmagatzemar un condensador per unitat de tensió. Es defineix per la relació:
on:
- Q és la càrrega emmagatzemada,
- C és la capacitat, i
- V és la tensió aplicada.
Així, una capacitat més alta significa que es pot emmagatzemar més càrrega a la mateixa tensió.
És important tenir en compte que la capacitat no representa per si mateixa una capacitat de càrrega absoluta; més aviat, descriu la relació entre càrrega i voltatge. Per a una capacitat determinada, una quantitat fixa de càrrega correspon a un canvi proporcional de tensió.
La tensió nominal d'un condensador fa referència a la tensió màxima que pot suportar de manera segura sense danys. La quantitat de càrrega emmagatzemada augmenta tant amb la capacitat com amb la tensió aplicada.
En general, els condensadors més grans (amb valors de capacitat més alts) solen tenir mides físiques més grans i costos més elevats.
5.Classificació dels condensadors
Condensadors polaritzats
Els condensadors polaritzats tenen terminals positius i negatius clarament definits. Han d'estar connectats amb la polaritat correcta; en cas contrari, la connexió inversa pot provocar sobreescalfament, fuites o fins i tot trencament i explosió.
Condensadors electrolítics líquids
Els condensadors electrolítics líquids són un tipus de condensador polaritzat. Ofereixen una capacitat relativament alta i poden suportar nivells de tensió més alts, però normalment són de mida més gran, tenen un rendiment d'alta-freqüència limitat i una vida útil moderada.
Aquests condensadors s'utilitzen àmpliament en circuits d'alimentació per al filtrat i suavització de tensió.
Un exemple comú és el condensador electrolític d'alumini. Sovint s'instal·la prop de fonts d'alimentació per proporcionar emmagatzematge d'energia i estabilitzar la tensió.
Condensadors-electrolítics d'estat sòlid
Els condensadors de tàntal són un tipus de condensador electrolític que utilitzen metall de tàntal com a ànode i un electròlit sòlid. Pertanyen a la categoria de condensadors-electrolítics d'estat sòlid.
Ofereixen una gran capacitat per unitat de volum (mida petita), bona estabilitat, baixa corrent de fuga i un rendiment fiable en un ampli rang de temperatures.
No obstant això, solen tenir classificacions de tensió més baixes en comparació amb altres tipus de condensadors i són sensibles a la sobretensió i la polaritat inversa.
Els condensadors de tantal estan polaritzats i s'han de connectar amb la polaritat correcta. S'utilitzen habitualment en dispositius electrònics compactes i de baixa tensió-per a aplicacions de filtratge, desacoblament i àudio de la font d'alimentació.
Per exemple, els condensadors de tàntal s'utilitzen àmpliament als telèfons mòbils i també es troben habitualment als ordinadors.
Condensadors no-polaritzats
Condensadors ceràmics
Els condensadors ceràmics (també coneguts com a condensadors de disc ceràmic) són components no-polaritzats, és a dir, no tenen terminals positius ni negatius i es poden connectar en qualsevol direcció.
Es caracteritzen per valors de capacitat reduïts, classificacions d'alta tensió, mida compacta i un rendiment excel·lent d'alta-freqüència. A causa d'aquestes propietats, els condensadors ceràmics s'utilitzen àmpliament en aplicacions com el desacoblament, el filtratge i l'acoblament de senyals en circuits electrònics.
6. DimensionsTolerància
Els condensadors generalment tenen toleràncies relativament àmplies en comparació amb altres components electrònics.
Per als condensadors ceràmics, els graus de tolerància comuns inclouen:
±5% (J)- Tolerància més estreta
±10% (K)- utilitzat habitualment
±20% (M)- molt utilitzat
+80% / −20% (Z)- Tolerància molt fluixa
A la pràctica:
Condensadors de nivell pF{0}sovint utilitzen una tolerància de ± 5%.
Condensadors de nivell nF-normalment utilitza una tolerància de ±10%.
Condensadors de nivell μF-s'utilitza habitualment ± 20% de tolerància
Condensadors electrolíticssolen estar classificats en ±20% o més
Els condensadors d'alta{0}}precisió s'utilitzen amb menys freqüència perquè moltes aplicacions de condensadors-com ara el filtratge de la font d'alimentació i la suavització de tensió-no requereixen valors de capacitat altament precisos. Les petites desviacions solen tenir un impacte mínim en el rendiment del circuit.
Tanmateix, en aplicacions com ara la concordança de RF i les xarxes de filtres, poden ser necessàries toleràncies més estrictes (per exemple, ± 5%) per garantir característiques de freqüència estables. Fins i tot en aquests casos, sovint no és necessària una precisió extremadament alta, ja que les toleràncies estàndard són suficients per mantenir un funcionament correcte.
7. Dimensions del condensador
Per als condensadors de ceràmica i tàntal, la mida del paquet segueix el mateix estàndard que s'utilitza per a les resistències. Els components de muntatge-de superfície més petits utilitzen codis imperials com ara 0201, 0402, 0603 i 0805, mentre que els paquets més grans també es poden expressar en codis mètrics com ara 2520, 3525, etc.
Per als condensadors electrolítics cilíndrics, les dimensions s'especifiquen normalment com a diàmetre × alçada (per exemple, 6 mm × 11 mm).
En el disseny de maquinari, generalment es recomana reservar una petjada una mica més gran per als condensadors sempre que sigui possible. Per exemple, si s'assigna una empremta de 6 × 11 mm, l'especificació típica màxima pot ser d'uns 100 μF, 25 V. Tot i que és fàcil substituir un condensador més petit per reduir els costos, l'actualització a una capacitat significativament més alta dins de la mateixa mida normalment no és factible. Per exemple, un condensador de 470 μF i 25 V normalment no es pot fabricar en un paquet de 6 × 11 mm.
La mateixa consideració s'aplica als condensadors ceràmics. Per exemple, amb un paquet 0805, l'especificació màxima disponible habitualment és d'uns 22 μF, 6,3 V. És difícil obtenir condensadors amb una capacitat més alta o una tensió nominal més alta en aquesta mida de paquet.