Capacitores: Usos e Aplicações

É particularmente importante selecionar o capacitor certo ou qualquer projeto de circuito – entender os principais requisitos para qualquer aplicação de capacitor ou uso de capacitor garantirá que o circuito opere corretamente.

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Nosso Tutorial de Capacitores inclui:

Usos de Capacitores | Tipos de Capacitores | Capacitor Eletrolítico | Capacitor Cerâmico | Capacitor de Tântalo | Capacitores de Filme | Capacitor de Mica Prata | Super Capacitor | Capacitores de Montagem em Superfície | Especificações e Parâmetros | Como comprar capacitores – dicas | Códigos e Marcas de Capacitores | Tabela de Conversão

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Os capacitores são usados ​​em praticamente todas as áreas da eletrônica e executam uma variedade de tarefas diferentes. Embora os capacitores operem da mesma maneira, independentemente da aplicação ou uso do capacitor, existem vários usos diferentes para capacitores em projetos de circuitos eletrônicos.

Para selecionar o tipo certo de capacitor, é necessário ter uma compreensão da aplicação específica do capacitor, de modo que suas propriedades possam ser combinadas com o uso a que será destinado.

Cada forma de capacitor tem seus próprios atributos e isso significa que ele terá um bom desempenho em uma posição específica em um projeto ou aplicação de circuito.

Escolher o capacitor certo para uma determinada aplicação faz parte do processo de projeto de circuito eletrônico para um circuito. Usar o componente eletrônico errado pode facilmente significar que um projeto de circuito não funcionará.

Usos de Capacitores, Aplicações e Circuitos Eletrônicos

Os capacitores podem ser usados ​​de várias maneiras diferentes em diferentes circuitos eletrônicos. Embora seu modo de operação permaneça exatamente o mesmo, as diferentes formas de capacitores podem ser usadas para fornecer uma variedade de funções diferentes no circuito eletrônico.

Diferentes circuitos eletrônicos exigirão capacitores com determinados valores e também possuir outros atributos como capacidade de corrente, faixa de valor, precisão de valor, estabilidade de temperatura e muitos outros aspectos.

Alguns desses componentes eletrônicos estarão disponíveis em valores diferentes, alguns tipos de capacitores podem ter grandes faixas de valores, outros menores.

Outros capacitores podem ter altas capacidades de corrente, outros altos níveis de estabilidade, e outros ainda estão disponíveis com valores muito baixos de coeficiente de temperatura.

Entender as diferentes maneiras pelas quais os capacitores são usados ​​ajuda a selecionar o melhor tipo de capacitor para determinada aplicação.

Ao selecionar o capacitor certo para um determinado uso ou aplicação, o circuito do circuito eletrônico pode ser feito para funcionar da melhor maneira possível.

Capacitor de acoplamento

Nesta aplicação ou uso de capacitor, o componente eletrônico permite que apenas sinais CA passem de uma seção de um circuito para outro enquanto bloqueia qualquer tensão estática CC. Esta forma de aplicação de capacitor é frequentemente necessária ao conectar dois estágios de um amplificador.

É possível que uma tensão DC constante esteja presente, digamos na saída de um estágio, e apenas o sinal alternado, frequência de áudio, frequência de rádio ou o que for necessário. Se os componentes DC do sinal na saída do primeiro estágio estivessem presentes na entrada do segundo, então a polarização e outras condições operacionais do segundo estágio seriam alteradas.

Mesmo ao usar amplificadores operacionais em que o circuito foi projetado para fornecer pequenas tensões de deslocamento, geralmente é aconselhável usar capacitores de acoplamento devido aos altos níveis de ganho CC presentes. Sem um capacitor de acoplamento, os altos níveis de ganho DC podem significar que o amplificador operacional entraria em saturação.

Para aplicações de capacitores desta natureza, é necessário garantir que a impedância do capacitor seja suficientemente baixa. Normalmente, a impedância de saída do circuito anterior é maior do que a que está conduzindo, exceto para projetos de circuitos de RF, mas falaremos mais sobre isso depois. Isso significa que o valor do capacitor é escolhido para ser igual à impedância do circuito, normalmente a impedância de entrada do segundo circuito. Isso dá uma queda na resposta de 3dB nessa frequência.

PARÂMETROS IMPORTANTES PARA USOS DE CAPACITORES DE ACOPLAMENTO
PARÂMETRO	NOTAS SOBRE O USO DE CAPACITORES
Tensão nominal do capacitor	A tensão nominal do capacitor deve ser maior que a tensão de pico que provavelmente aparecerá através dele. Normalmente, o capacitor deve ser selecionado com uma tensão nominal que o permita suportar a tensão do trilho de alimentação com margem disponível para garantir a confiabilidade.
valor de capacitância	Alto o suficiente para passar as frequências mais baixas com pouca ou nenhuma atenuação.
Tolerância	Capacitores de ampla tolerância podem ser usados ​​frequentemente porque o valor exato não é importante, mas os limites de tolerância devem ser levados em consideração para garantir que as frequências mais baixas sejam passadas mesmo quando o capacitor está no limite mais baixo de sua tolerância.
Dielétrico	Alguns capacitores, por exemplo, capacitores eletrolíticos, têm uma resposta de frequência limitada, geralmente apenas até frequências de cerca de 100 kHz no máximo. Isso deve ser levado em consideração. Também para aplicações de alta impedância, os capacitores eletrolíticos não devem ser usados, pois possuem um nível de vazamento relativamente alto que pode compensar a operação do segundo estágio. Os capacitores eletrolíticos também têm uma ampla tolerância, geralmente -50% e +80%.

Uso de capacitor de desacoplamento

Nesta aplicação, o capacitor é usado para remover quaisquer sinais CA que possam estar em um ponto de polarização CC, barramento de alimentação ou outro nó que precise estar livre de um sinal variável específico.

Como o nome desse uso de capacitor indica, ele costumava desacoplar o nó do sinal variável nele.

Neste circuito, existem duas maneiras pelas quais o capacitor é usado para desacoplamento. C3 é usado para desacoplar qualquer sinal que possa estar no trilho de tensão. Este tipo de capacitor deve ser capaz de suportar a tensão de alimentação, bem como fornecer e absorver os níveis de corrente provenientes do ruído no trilho. Também durante o desligamento, quando a energia é removida, grandes níveis de corrente podem ser retirados deste capacitor, dependendo de seu valor. Capacitores de tântalo não são adequados para esta posição.

O desacoplamento também é fornecido pela combinação de capacitor e resistor, C4, R5. Isso garante que o sinal do coletor não vaze no trilho de sinal. A constante de tempo de C4 e R5 é geralmente o fator dominante e a constante de tempo deve ser escolhida para ser mais longa do que a frequência mais baixa antecipada.

O tipo de desacoplamento usado com C5 serve para isolar bem aquele estágio específico de qualquer ruído no trilho, bem como evitar que o ruído do circuito passe para o trilho de alimentação. Durante o desligamento, a corrente do capacitor é limitada pelo resistor R5.

PARÂMETROS IMPORTANTES PARA USOS DE CAPACITORES DE DESACOPLAMENTO
PARÂMETRO	NOTAS SOBRE O USO DE CAPACITORES
Tensão nominal do capacitor	Deve ser maior que a tensão de pico no capacitor. Normalmente o capacitor será capaz de suportar a tensão do nó com alguma margem em mãos para garantir a confiabilidade.
valor de capacitância	Alto o suficiente para passar as frequências mais baixas com pouca ou nenhuma atenuação. Às vezes, isso pode resultar na necessidade de valores relativamente grandes. No entanto, é necessário considerar as frequências que estão sendo usadas. Para baixas frequências, normalmente serão necessários grandes níveis de capacitância e capacitores eletrolíticos são frequentemente usados.Se for um circuito de baixa corrente como no caso de C4, R5, no projeto de circuito acima, um capacitor de tântalo também pode ser apropriado, mas normalmente isolado do trilho de tensão principal por meio de um resistor em série para evitar que muita corrente seja consumida como no caso de C4. Para frequências mais altas, os capacitores de cerâmica também podem ser apropriados.
Tolerância	Capacitores de ampla tolerância podem ser usados ​​frequentemente porque o valor exato não é importante.
Dielétrico	Alguns capacitores, como capacitores eletrolíticos, têm um limite de frequência superior relativamente baixo. Freqüentemente, para superar isso, um capacitor, como um capacitor de cerâmica com um valor menor, pode ser usado para fornecer a resposta de alta frequência, enquanto um capacitor eletrolítico de maior valor é usado para passar os componentes de frequência mais baixa. A cerâmica de menor valor ou outro capacitor ainda apresenta baixa impedância nas frequências mais altas porque a impedância reativa é inversamente proporcional à frequência.

Aplicações de acoplamento e desacoplamento de RF

Dentro do projeto e dos circuitos de RF, o acoplamento e o desacoplamento seguem as mesmas regras básicas necessárias para os capacitores comuns de acoplamento e desacoplamento. Circuitos como o mostrado para o acoplamento e desacoplamento padrão são frequentemente usados ​​e funcionam basicamente da mesma maneira.

No entanto, ao usar capacitores para aplicações de projeto de circuitos de RF, é necessário considerar seu desempenho de RF. Isso pode ser diferente do desempenho em frequências mais baixas.

Normalmente, capacitores eletrolíticos não são usados ​​- seu desempenho cai com o aumento da frequência e raramente são usados ​​para aplicações acima de 100 kHz. Os capacitores de cerâmica são particularmente populares porque possuem um bom desempenho de RF, especialmente os capacitores MLCC de montagem em superfície.

A indutância série presente em todos os capacitores em maior ou menor grau se faz sentir em algumas frequências, formando um circuito ressonante com a capacitância.

Em geral, os capacitores cerâmicos têm uma alta frequência auto-ressonante, especialmente os capacitores de montagem em superfície que são muito pequenos e não possuem condutores para introduzir qualquer indutância.

Alguns outros tipos de capacitores podem ser usados ​​para projetos de circuitos de RF, mas os capacitores de cerâmica são mais amplamente usados ​​nesta aplicação.

Aplicações de capacitores de suavização

Isso é efetivamente o mesmo que um capacitor de desacoplamento, mas a descrição de um capacitor de suavização é normalmente usada em conjunto com circuitos e sistemas de fonte de alimentação.

Quando uma fonte elétrica de entrada ou sinal de linha passa por um transformador e um retificador, a forma de onda resultante não é suave. Varia entre zero e a tensão de pico. Se aplicado diretamente a um circuito eletrônico, é mais improvável que funcione, pois é uma série de meias ondas senoidais variando entre zero e a tensão de pico e, em vez disso, os circuitos precisam de uma tensão CC constante.

Para superar isso, um capacitor é usado para desacoplar ou suavizar a tensão de saída nesses projetos de circuito.

Nesse uso, o capacitor carrega quando a tensão de pico excede a tensão de saída e fornece carga quando a tensão do retificador cai abaixo da tensão do capacitor.

Nesse uso de capacitores, o componente eletrônico desacopla o trilho e fornece carga onde ela é necessária.

Normalmente, valores relativamente grandes de capacitância são necessários para permitir que o nível necessário de corrente seja fornecido. Como resultado, a forma de capacitor mais amplamente utilizada para esta aplicação é o capacitor eletrolítico, pois esses componentes eletrônicos geralmente são capazes de fornecer níveis mais altos de corrente de ondulação.

PARÂMETROS IMPORTANTES PARA USOS DE CAPACITORES DE SUAVIZAÇÃO
PARÂMETRO	NOTAS SOBRE O USO DE CAPACITORES
Tensão nominal do capacitor	Deve ser maior que a tensão de pico no capacitor. O capacitor deve ser capaz de suportar a tensão de pico máxima do trilho com alguma margem disponível para garantir a confiabilidade.
valor de capacitância	Depende da corrente necessária, mas normalmente pode ser de vários milhares de microfarads.
Tolerância	Capacitores de ampla tolerância podem ser usados ​​frequentemente porque o valor exato não é importante.
Dielétrico	Capacitores eletrolíticos são normalmente usados ​​por causa dos altos valores disponíveis. Os capacitores de tântalo, embora possam apresentar valores razoavelmente altos, não são adequados devido ao baixo nível de corrente de ondulação que podem tolerar. Capacitores de cerâmica não estão disponíveis com o nível de capacitância necessário.
Corrente de ondulação	Além do capacitor ter capacitância suficiente para manter a quantidade de carga necessária, ele também deve ser construído de forma a poder fornecer a corrente necessária. Se o capacitor ficar muito quente ao fornecer a corrente, ele pode ser danificado e falhar. As classificações de corrente de ondulação são particularmente importantes em capacitores usados ​​para aplicações de suavização. Capacitores eletrolíticos são normalmente usados, mas mesmo estes devem ter suas classificações de corrente de ondulação verificadas quanto à adequação.

Uso do capacitor como elemento de temporização

Nesta aplicação, um capacitor pode ser usado com um resistor ou indutor em um circuito ressonante ou dependente do tempo. Nesta função o capacitor pode aparecer em um filtro, circuito sintonizado de oscilador, ou em elemento de temporização de um circuito eletrônico como um a-estável, o tempo que leva para carregar e descarregar determinando o funcionamento do circuito

Os osciladores e filtros LC ou RC são amplamente utilizados em uma série de circuitos e, obviamente, um dos principais elementos é o capacitor.

Nesse uso específico de capacitores, um dos principais requisitos é a precisão e, portanto, a tolerância inicial é importante para garantir que o circuito opere na frequência necessária. A estabilidade da temperatura também é importante para garantir que o desempenho do circuito permaneça o mesmo na faixa de temperatura necessária.

PARÂMETROS IMPORTANTES PARA USOS DE CAPACITORES DE TEMPORIZAÇÃO
PARÂMETRO	NOTAS SOBRE O USO DE CAPACITORES
Tensão nominal do capacitor	A tensão de pico real no capacitor varia de acordo com o circuito específico e a tensão do trilho. É necessário avaliar cada caso em seus próprios méritos, observando que em alguns casos pode ser superior ao esperado. Na maioria dos casos, é improvável que exceda a tensão do trilho.
valor de capacitância	Dependendo das frequências usadas e do indutor ou resistor necessário para obter a frequência operacional necessária.
Tolerância	Tolerância estreita normalmente necessária para garantir que a frequência operacional necessária seja obtida. Nesta aplicação, capacitores com uma boa seleção de valores dentro de cada década podem ser uma vantagem.
Dielétrico	Em muitas aplicações de temporização, a perda do capacitor é importante. Perda alta equivale a Q baixo, e os valores de Q normalmente devem ser os mais altos possíveis. Existem muitos dielétricos que fornecem um nível adequado de desempenho. Muitos dielétricos de capacitores de cerâmica são capazes de fornecer altos níveis de estabilidade atualmente. Além disso, os capacitores de filme plástico podem oferecer altos níveis de desempenho. Capacitores de mica de prata também são usados, especialmente em circuitos de RF. Embora bastante caros, esses capacitores de mica de prata oferecem altos níveis de desempenho: alto Q; alta estabilidade; baixa perda; e tolerância estreita.
Estabilidade de temperatura	A estabilidade de temperatura do capacitor deve ser alta para essas aplicações de capacitores porque o circuito precisará manter sua frequência na faixa de temperatura operacional. Se o valor mudar com a temperatura, mesmo que em pequena quantidade, isso pode ter um efeito marcante na operação do circuito.

Aplicações de capacitores de retenção

Nesta aplicação particular de capacitor, a carga mantida pelo capacitor é usada para fornecer energia para um circuito por um curto período.

No passado, pequenas baterias recarregáveis ​​podem ter sido usadas, mas muitas vezes sofriam de problemas de efeitos de memória e limitação de vida. Hoje em dia, a tecnologia moderna de capacitores melhorou na medida em que grandes valores de capacitância estão disponíveis e, portanto, os capacitores podem oferecer uma alternativa muito melhor. Super capacitores ou ofertas de supercaps são capazes de executar esta função, pois possuem níveis suficientemente grandes de capacitância para alimentar circuitos eletrônicos durante períodos em que a energia de entrada não está disponível. Oferecendo níveis de capacitância de um Farad ou mais em alguns casos, eles são relativamente baratos e oferecem um ótimo nível de desempenho, embora a tensão máxima seja limitada.

PARÂMETROS IMPORTANTES PARA USO DE CAPACITORES DE RETENÇÃO
PARÂMETRO	NOTAS SOBRE O USO DE CAPACITORES
Tensão nominal do capacitor	Deve ser capaz de suportar a tensão operacional máxima com uma boa margem de confiabilidade.
valor de capacitância	Pode ser até vários Farads.
Tolerância	Os supercapacitores amplamente utilizados para esta aplicação de capacitores têm uma ampla tolerância. Felizmente, isso não é um problema, pois afeta principalmente o tempo em que o atraso pode ser mantido.

Opções de aplicação do capacitor

A escolha do capacitor é muitas vezes essencial para a operação de um circuito. Saber como um capacitor será usado e como seu desempenho e parâmetros se relacionam com a operação do circuito significa que alguns capacitores funcionam melhor que outros em diferentes aplicações. Selecionar o capacitor certo para qualquer aplicação é uma parte essencial e muito importante do projeto do circuito.

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