Especificações do Capacitor: Características do Capacitor
Compreender as especificações, parâmetros e características relevantes do capacitor nas folhas de dados é essencial se o capacitor correto for escolhido para qualquer circuito.
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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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As especificações e parâmetros ou características de um capacitor precisam ser conhecidas e compreendidas antes que uma escolha seja feita para um capacitor em um determinado projeto de circuito eletrônico.
Capacitores eletrolíticos, cerâmicos, filmes, capacitores de tântalo, etc. podem ter valores de capacitância que podem ser igualados, mas algumas de suas outras propriedades podem variar, tornando um tipo mais adequado para um circuito específico do que outro.
Especificações básicas do capacitor, como valor, tolerância e tensão de trabalho, são necessárias, juntamente com outras, incluindo auto-indutância, ESR, absorção dielétrica e outras. Embora nem sempre sejam importantes em todos os projetos eletrônicos, é necessário conhecer e entender quais são.
Ter um bom entendimento de todas as diferentes especificações e parâmetros do capacitor permite que o capacitor certo seja escolhido ao selecionar e comprar capacitores para circuitos eletrônicos.
Principais especificações do capacitor
Existem muitas especificações diferentes que precisam ser consideradas ao fazer um projeto de circuito eletrônico, ALGUNS capacitores são mais adequados para algumas situações do que outros – na verdade, se alguns tipos específicos de capacitor forem usados em um circuito, talvez não funcione, mas pode ser totalmente adequado para outro projeto eletrônico.
Compreender as diferentes especificações e o que elas significam e também, mais importante, como elas se aplicam ao uso do capacitor com determinados componentes eletrônicos ou como eles funcionam em determinadas aplicações é a chave para um projeto de circuito eletrônico bem-sucedido.
Pode ser que um capacitor seja adequado para um projeto de RF, mas não em outra situação e assim por diante.
Algumas das principais especificações e características do capacitor que precisam ser consideradas ao selecionar e comprar capacitores incluem:
valor de capacitância
A capacitância nominal é provavelmente a especificação de capacitor mais importante. A unidade básica de capacitância é o Farad, embora a maioria dos capacitores tenha valores bem abaixo de um Farad – os submúltiplos abaixo são os mais comuns:
- microfarads, µF, um milionésimo de Farad, 10 -6
- naonofarads, nF um milionésimo de um Farad, 10 -9
- picoFarads, pF um milhão de milionésimos de um Farad, 10 -12
Às vezes, os capacitores podem ser marcados de duas maneiras. Por exemplo, 100nF é o mesmo que 0,1µF. Isso significa que os capacitores podem ser marcados de várias maneiras diferentes.
Vale a pena notar que alguns supercapacitores têm níveis muito altos de capacitância que são realmente medidos em termos de Farads.
A capacitância nominal também pode ser cotada em uma certa frequência, pois a capacitância para algumas formas de capacitor, normalmente eletrolítico, varia ligeiramente com a frequência.
Obviamente, o valor da capacitância governará a impedância que ela fornece em diferentes frequências. Quanto maior a capacitância, menor a impedância.
Especificação de tolerância
Outro parâmetro chave para um capacitor é a tolerância em seu valor. Dependendo do capacitor e suas propriedades, pode ser muito preciso ou pode haver uma ampla tolerância no valor.
O valor de tolerância é a extensão em que o valor real do capacitor pode variar do valor declarado ou nominal e geralmente é expresso como uma porcentagem, embora para valores de alguns picofarads possa ser expresso como um valor real, ou seja, 20pF ±1pF, etc.
Normalmente, a tolerância de um capacitor é dada em termos de porcentagem de tolerância, expressa em ±NN%. Valores de ±5% e ±10% são comumente usados para aplicações de acoplamento e desacoplamento. Para componentes usados em aplicações onde são necessárias melhores tolerâncias, existem muitos com tolerâncias de ±1 e ±2%, e ocasionalmente melhores.
Os capacitores de cerâmica usados para acoplamento e desacoplamento são normalmente classificados em ± 5% e ± 10%, embora alguns dos capacitores de cerâmica de maior desempenho, especialmente aqueles em formatos de montagem em superfície, estejam disponíveis com melhores dielétricos de cerâmica e possam oferecer tolerâncias de ± 1 e ± 2 %. Os capacitores de filme plástico têm tradicionalmente versões de tolerância estreita, embora normalmente não estejam disponíveis com pacotes de montagem em superfície.
Os capacitores eletrolíticos geralmente têm uma tolerância de -20% e +80%, portanto, normalmente não são usados onde o valor exato é importante.
Especificação de tensão de trabalho
A característica do capacitor de tensão de trabalho define a tensão contínua máxima que pode ser aplicada ao capacitor. Isso normalmente é impresso na caixa e será mencionado na folha de dados. A tensão normalmente se refere à maior tensão CC que pode ser aplicada. Esteja ciente também de que, quando um capacitor está operando em um circuito com uma forma de onda CA sobreposta a uma tensão CC, as tensões experimentadas podem estar bem acima do valor CC quiescente.
Para alguns capacitores usados em aplicações AC, um valor AC pode ser citado. Esteja ciente de que isso se refere à tensão RMS e não ao valor de pico que é √2, ou 1,414 vezes maior.
Embora alguns capacitores possam suportar uma tensão de pico curta, isso pode fazer com que outros quebrem irreparavelmente, por isso é aconselhável tomar cuidado. Como resultado, alguns capacitores também podem ter uma classificação de surto – esses capacitores tendem a ser usados para aplicações de energia CA onde ocorrem surtos.
É sempre uma boa prática operar capacitores bem dentro de sua tensão nominal. Existe uma ligação entre a margem fornecida entre a tensão real na qual o capacitor é executado e sua tensão nominal de operação. Quanto maior a margem, maior a confiabilidade.
Freqüentemente, as diretrizes de projeto comercial estipulam que os capacitores não devem funcionar acima de 50% de seus valores nominais, e as diretrizes para projetar equipamentos militares de alta confiabilidade seguem diretrizes semelhantes. Operar com uma boa margem garante altos níveis de confiabilidade.
Dielétrico
O dielétrico é um dos principais itens que governam muitas das características do capacitor. Como resultado, os capacitores são frequentemente referidos por seus dielétricos: eletrolítico; tântalo, cerâmico; filme plástico; mica de prata; e similar. Como as características desses capacitores e as faixas de capacitância disponíveis variam, é importante selecionar o dielétrico necessário, observando cuidadosamente o desempenho e a especificação geral do capacitor na folha de dados.
O dielétrico tende a governar vários aspectos da operação do capacitor e, portanto, capacitores com diferentes tipos de dielétricos tendem a ser usados para diferentes aplicações.
- Capacitores eletrolíticos de alumínio: Grande capacitância – normalmente acima de 1µF, grande ondulação de corrente, capacidade de baixa frequência – normalmente não usado acima de 100kHz ou mais, vazamento maior do que outros tipos.
- Capacitores de tântalo: Alto valor em volume muito pequeno – valores normalmente acima de 1µF, capacidade de frequência mais alta que o eletrolítico de alumínio, normalmente baixa tensão, muito intolerante a sobretensão e tensão reversa.
- Capacitores de cerâmica: Os valores tendem a ficar abaixo de 1µF, normalmente capazes de operar em alta frequência, baixa corrente de fuga; como existem vários tipos de dielétrico cerâmico, verifique as propriedades.
Tendo em vista as diferentes características, é necessário verificar qual dielétrico é mais adequado para o circuito, e posição dentro do circuito onde será utilizado.
Especificação de temperatura de trabalho
Todos os capacitores têm uma faixa limitada de temperatura de trabalho, sejam capacitores de cerâmica, capacitores eletrolíticos, capacitores de tântalo ou qualquer outro tipo. Esta especificação detalha os limites dentro dos quais o capacitor funcionará satisfatoriamente e acima dos quais ele foi projetado para operar.
Alguns aspectos que limitam a faixa de trabalho de um capacitor são a tensão – esta cai com o aumento da temperatura; a corrente de ondulação – novamente mais baixa com o aumento da temperatura. A especificação de temperatura mais baixa pode ser governada por vários fatores. Uma delas é a operação do eletrólito em componentes como capacitores eletrolíticos. A temperatura de trabalho é particularmente importante para capacitores eletrolíticos, pois sua vida útil esperada cai rapidamente com o aumento da temperatura.
Especificação do coeficiente de temperatura
Os capacitores, como todos os componentes, variam com a temperatura. O grau é relativamente pequeno e não faz diferença em circuitos onde o valor não é crítico, mas em outros onde o circuito depende do valor exato, por exemplo, um oscilador LC, etc, o coeficiente de temperatura pode ser muito importante.
O coeficiente de temperatura é frequentemente expresso como a variação em partes por milhão por grau Celsius.
Resistência de vazamento/corrente
A especificação de corrente de fuga ou resistência de fuga indica a quantidade de corrente que flui através do capacitor. A corrente de fuga ocorre como resultado do fato de que os capacitores não são isolantes perfeitos. Se um capacitor for carregado e depois desconectado, ele perderá lentamente sua carga. Além disso, quando é carregado e fornecido continuamente, a corrente fluirá através dele.
Tanto a corrente de fuga quanto a resistência de fuga ou isolamento são citadas nas especificações. Como eles estão relacionados pela lei de Ohm, é simples traduzir entre os dois. Normalmente, a resistência de isolamento é usada onde são encontrados valores muito altos de resistência e a corrente geralmente usada para capacitores grandes e onde há mais vazamento.
Por exemplo: supercapacitores e capacitores eletrolíticos de alumínio normalmente têm valores de corrente de fuga cotados, mas para capacitores de cerâmica ou capacitores de filme plástico onde a corrente de fuga é mínima, os valores de resistência são normalmente dados.
Onde:
C = a capacitância esperada do capacitor
R L = Resistência de vazamento
R ESR = Resistência série equivalente
L ESR = Indutância série equivalente (auto-indutância)
R DA = Absorção dielétrica
C DA = Absorção dielétrica
No circuito equivalente, a resistência de fuga é representada pela resistência RR L que aparece diretamente no capacitor principal C.
A corrente de fuga e a resistência podem ter um grande impacto em muitos circuitos. Por exemplo, dentro de um circuito de alta tensão, mesmo pequenos níveis de corrente de fuga podem resultar em níveis perceptíveis de dissipação de calor. Em outros circuitos, a corrente de fuga pode fazer com que o circuito opere incorretamente – isso pode ser notado principalmente em circuitos de alta impedância.
Para capacitores como capacitores eletrolíticos de alumínio onde a corrente de fuga é cotada, esta especificação inclui a tensão e a temperatura. Obviamente, pela lei de Ohm, a tensão terá um efeito, mas também a corrente de fuga aumenta com o aumento da temperatura.
Para outros tipos onde a resistência de fuga é cotada, esta é dada em MΩ ou como um valor em Ohms x 10 X .
Embora existam vários tipos de capacitor de filme materializado, o capacitor de polipropileno, PP tem a melhor especificação entre 10 5 e 10 7 .
Observação: Um valor de resistência de vazamento muito alto pode significar que, se o capacitor for usado em um circuito de alta tensão, essas tensões podem permanecer por algum tempo depois que a unidade for desligada se não houver um caminho de vazamento externo. Cuidado ao manusear circuitos onde altas tensões estão presentes, pois a carga retida pode se apresentar por algum tempo após o desligamento.
especificação ESR
A Resistência Equivalente em Série ou ESR é uma especificação importante em muitos casos. É a impedância do capacitor à corrente alternada e é particularmente importante em altas frequências. A especificação ESR inclui a resistência do material dielétrico, a resistência CC dos terminais, a resistência CC das conexões ao dielétrico e a resistência da placa do capacitor, todas medidas em uma frequência específica.
Auto indutância
Os capacitores não são apenas uma capacitância pura – eles incluem vários outros elementos espúrios além da capacitância básica. Um que é de particular importância para circuitos de alta frequência/RF é a auto-indutância.
Normalmente, a indutância em capacitores é relativamente pequena – pode estar na região de 1 a 20 nH, mas o valor real dependerá muito do tipo de capacitor e de sua construção. Como resultado do pequeno valor da indutância, os efeitos da auto-indutância normalmente são vistos apenas em altas frequências.
Frequência auto-ressonante de um capacitor
A frequência auto-ressonante de um capacitor surge de um circuito ressonante sendo configurado entre a indutância em série equivalente e a capacitância do capacitor. Isso geralmente é especificado separadamente para capacitores que devem ser usados em aplicações de RF – às vezes, um gráfico da resposta pode ser incluído, pois pode haver várias frequências ressonantes.
Na frequência de ressonância, Fr, as impedâncias indutiva e reativa se cancelam deixando os elementos resistivos do circuito, ou seja, o ESR. Além disso, lembre-se de que acima da frequência de ressonância, o capacitor parecerá indutivo. A frequência de ressonância é normalmente associada a circuitos de RF e, portanto, normalmente são capacitores de cerâmica que podem ser especificados dessa maneira.
Especificação de corrente de ondulação
Esta especificação é de grande importância para circuitos onde circulam níveis significativos de corrente. Uma das principais aplicações em que isso é importante é nos circuitos de alimentação, particularmente nas seções de suavização da alimentação.
É necessário determinar a corrente de ondulação máxima dentro do circuito e depois consultar a folha de dados para garantir que a especificação da corrente de ondulação não seja excedida e melhor ainda que haja uma boa margem.
A razão pela qual isso é importante é que altos níveis de corrente de ondulação levam a níveis perceptíveis de calor sendo dissipados no capacitor. Se o calor gerado for muito alto, o capacitor pode ser destruído ou sua vida útil e confiabilidade reduzidas.
A corrente de ondulação é normalmente associada a capacitores eletrolíticos, pois eles tendem a ser usados em aplicações de fonte de alimentação onde são vistos níveis de corrente mais altos. Esta especificação também se aplica a supercapacitores. Os capacitores de tântalo não gostam de nenhum nível apreciável de corrente e podem explodir se for muito esperado deles.
Existem muitos parâmetros que afetam o desempenho geral de um capacitor. A seleção dos capacitores corretos para um circuito específico não depende apenas do nível de capacitância real, mas de outros fatores. Isso dependerá do circuito real que está sendo usado. Aspectos como a auto-indutância serão muito importantes para circuitos de RF, enquanto a corrente de fuga pode ser importante em circuitos de alta impedância e corrente de ondulação em circuitos de alimentação.
Conhecer a aplicação e seus requisitos e combiná-los com um capacitor com as especificações corretas é a chave para selecionar e comprar o capacitor certo.
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