Condensadores en Electrónica: Conceptos Clave y Aplicaciones Prácticas

Cuestiones Fundamentales sobre Condensadores

¿Qué función cumple un condensador en un circuito?

Un condensador es un componente pasivo que tiene la capacidad de almacenar energía eléctrica en forma de campo electrostático para liberarla posteriormente en el circuito. Actúa como una especie de "batería temporal" o "depósito de carga".

¿Cómo está constituido un condensador?

Está formado por dos láminas metálicas, denominadas armaduras o placas, separadas por un material aislante conocido como dieléctrico. Este dieléctrico puede ser aire, papel, plástico, cerámica, mica, óxido metálico, entre otros.

¿De qué depende la cantidad de carga almacenada por un condensador?

La cantidad de carga eléctrica (Q) que un condensador puede almacenar depende directamente de su capacidad (C) y de la tensión (V) aplicada entre sus armaduras. La relación fundamental que los vincula es Q = C * V, donde Q se mide en Coulombs, C en Faradios y V en Voltios.

¿Por qué se utilizan submúltiplos del faradio para indicar la capacidad de un condensador?

El faradio (F) es una unidad de capacidad eléctrica extremadamente grande para la mayoría de las aplicaciones electrónicas prácticas. Un condensador de 1 Faradio sería físicamente muy voluminoso y costoso. Por ello, en la electrónica se utilizan comúnmente sus submúltiplos:

• Microfaradio (µF): 1 µF = 10^-6 F
• Nanofaradio (nF): 1 nF = 10^-9 F
• Picofaradio (pF): 1 pF = 10^-12 F

¿En qué unidades se mide la capacidad de un condensador?

La capacidad de un condensador se mide en faradios (F), la unidad del Sistema Internacional. Sin embargo, como se mencionó, en la práctica se utilizan sus submúltiplos: microfaradios (µF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF).

Explica qué es la tensión de trabajo de un condensador.

La tensión de trabajo (también conocida como tensión nominal o tensión máxima de operación) de un condensador es la máxima tensión continua (DC) o pico de tensión alterna (AC) que puede soportar de forma segura y continua sin que su dieléctrico se degrade o se perfore, lo que provocaría un cortocircuito interno y la destrucción del componente.

Indica alguna aplicación interesante de los condensadores.

Los condensadores son componentes versátiles con una amplia gama de aplicaciones en electrónica:

• Almacenamiento de energía: En fuentes de alimentación para suavizar el rizado de la tensión rectificada.
• Filtros: Para eliminar ruido o frecuencias no deseadas en señales eléctricas (filtros pasa-altos, pasa-bajos, etc.).
• Circuitos temporizadores y osciladores: En combinación con resistencias (circuitos RC) para generar retardos o frecuencias específicas.
• Acoplamiento y desacoplamiento: Para bloquear la corriente continua (DC) y permitir el paso de la corriente alterna (AC) entre etapas de un circuito, o para estabilizar la tensión de alimentación de un chip.
• Sintonización: En circuitos resonantes de radio y televisión para seleccionar frecuencias específicas.
• Arranque de motores: En motores de corriente alterna para crear un campo magnético giratorio.

Explica qué es la tolerancia de un condensador.

La tolerancia de un condensador es un valor porcentual que indica la variación máxima permitida entre su valor de capacidad nominal (el valor impreso en el componente) y su valor de capacidad real. Por ejemplo, un condensador de 100 nF con una tolerancia del ±10% significa que su capacidad real puede estar entre 90 nF y 110 nF.

Indica qué tipos de condensadores conoces, así como sus símbolos correspondientes.

Los condensadores se clasifican principalmente en dos grandes categorías:

Condensadores Fijos:

Su capacidad no puede ser modificada una vez fabricados.

• No polarizados: Pueden conectarse en cualquier dirección sin riesgo. Son comunes los de:
  • Cerámica: Pequeños, económicos, para altas frecuencias. Símbolo: Dos líneas paralelas.
  • Película (poliéster, polipropileno, policarbonato): Buena estabilidad, baja pérdida. Símbolo: Dos líneas paralelas.
  • Mica: Alta precisión y estabilidad, para altas frecuencias. Símbolo: Dos líneas paralelas.
• Polarizados: Deben conectarse respetando una polaridad específica (positivo y negativo). Si se conectan inversamente, pueden dañarse o explotar. Son principalmente:
  • Electrolíticos (de aluminio): Alta capacidad en volumen reducido, para bajas frecuencias. Símbolo: Una línea recta (positivo) y una línea curva o con signo menos (negativo).
  • Tantalio: Más pequeños y estables que los de aluminio, pero más caros. Símbolo: Similar al electrolítico de aluminio, a veces con un signo más en el lado positivo.

Condensadores Variables:

Su capacidad puede ser ajustada mecánicamente o electrónicamente.

• Ajustables o Trimmers: Pequeños condensadores para ajustes finos en circuitos. Símbolo: Dos líneas paralelas con una flecha diagonal que las atraviesa.
• Variables de sintonía: Utilizados en radios para sintonizar frecuencias. Símbolo: Similar al ajustable, pero a menudo con una flecha que indica variabilidad.

Nota: Los símbolos exactos pueden variar ligeramente según la norma (IEC, ANSI), pero las representaciones básicas son consistentes.

Explica qué es un condensador electrolítico, sus principales características y su símbolo.

Los condensadores electrolíticos son un tipo de condensador polarizado que utiliza un electrolito (una solución química líquida o en gel) como una de sus placas o para formar una capa dieléctrica muy fina. Esto les permite alcanzar capacidades muy elevadas en un tamaño relativamente pequeño, lo que los hace ideales para aplicaciones de filtrado en fuentes de alimentación y acoplamiento de audio.

Sus principales características son:

• Polaridad: Es crucial conectarlos respetando la polaridad (positivo con positivo, negativo con negativo). Una conexión inversa puede provocar un cortocircuito, sobrecalentamiento, fuga del electrolito e incluso la explosión del componente, lo que puede causar daños al circuito y lesiones personales.
• Alta capacidad: Ofrecen valores de capacidad mucho mayores que otros tipos de condensadores de tamaño similar.
• Tensión de trabajo: Suelen tener una tensión de trabajo máxima específica que no debe superarse.
• Vida útil: El electrolito puede secarse con el tiempo y la temperatura, reduciendo su capacidad y aumentando su resistencia serie equivalente (ESR), lo que limita su vida útil.

El símbolo de un condensador electrolítico en esquemas eléctricos suele ser una línea recta (que representa el terminal positivo) y una línea curva o una línea recta con un signo menos (que representa el terminal negativo).

¿A cuántos faradios equivalen 1000 nF y 3600 pF?

• 1000 nF (nanofaradios):
  1000 nF = 1000 × 10^-9 F = 1 × 10^-6 F = 0.000001 F (o 1 µF)
• 3600 pF (picofaradios):
  3600 pF = 3600 × 10^-12 F = 3.6 × 10^-9 F = 0.0000000036 F (o 3.6 nF)

¿Cuántos pF se necesitan para tener 2 nF?

Para convertir 2 nF a pF, recordamos que 1 nF = 1000 pF:

2 nF = 2 × 1000 pF = 2000 pF

¿Cuáles son las características que hay que conocer para definir un condensador concreto?

Para definir y seleccionar correctamente un condensador para una aplicación específica, es fundamental conocer las siguientes características:

• Capacidad (C): Su valor nominal en Faradios (o sus submúltiplos).
• Tensión de Trabajo (V_W): La máxima tensión que puede soportar de forma segura.
• Tolerancia: El porcentaje de variación permitido respecto a su valor nominal.
• Tipo de Dieléctrico: Determina sus propiedades (cerámico, poliéster, electrolítico, tantalio, etc.).
• Polaridad: Si es polarizado (electrolíticos, tantalio) o no polarizado.
• Temperatura de Operación: El rango de temperaturas en el que el condensador funciona correctamente.
• Factor de Disipación (DF) o ESR (Resistencia Serie Equivalente): Indican las pérdidas de energía del condensador, importantes en aplicaciones de alta frecuencia o potencia.