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Aula 05 - Capacitor

O que é Capacitor: funcionamento, tipos e como identificar

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Neste tópico, exploraremos em detalhes o papel dos capacitores na eletrônica, examinando o que é capacitor, como funcionam e os diferentes tipos disponíveis. Além disso, discutiremos suas aplicações comuns em uma ampla variedade de dispositivos eletrônicos, destacando sua importância e versatilidade no campo da engenharia elétrica e eletrônica.

O que é capacitor?

Capacitores são componentes eletrônicos passivos que armazenam e liberam carga elétrica de forma temporária em um circuito. Eles consistem em dois condutores separados por um material isolante, chamado dielétrico. 

O que é capacitores

Capacitores são amplamente utilizados em eletrônica para filtrar sinais, armazenar energia, acoplar sinais em circuitos, e muitas outras aplicações.

Como funciona o capacitor?

Os capacitores funcionam com base no princípio da capacitância, que é a capacidade de armazenar carga elétrica em um campo elétrico entre dois condutores. Eles consistem em dois condutores separados por um material isolante, chamado dielétrico

Quando uma diferença de potencial elétrico é aplicada aos terminais do capacitor, cargas elétricas de sinais opostos se acumulam nas placas condutoras, criando um campo elétrico entre elas.

Esse campo elétrico armazena energia potencial elétrica na forma de cargas positivas e negativas, e o capacitor se torna carregado. Quando o capacitor é conectado a um circuito, ele pode liberar essa energia armazenada conforme necessário. 

No circuito apresentado, podemos observar diferentes estados do capacitor conforme a posição da chave. Quando a chave é conectada ao lado esquerdo do circuito, ocorre o processo de carga do capacitor. Por outro lado, ao ser movida para o lado direito, inicia-se o processo de descarga do capacitor.

Como funciona o capacitor

Tipos de capacitores

Existem vários tipos de capacitores, cada um projetado para atender a requisitos específicos de aplicação

Aqui estão alguns dos tipos mais comuns:

  • Capacitores de Cerâmica: São compactos, baratos e amplamente utilizados em eletrônicos de consumo. Eles têm uma ampla faixa de valores de capacitância e são eficazes em altas frequências.
  • Capacitores Eletrolíticos: Possuem alta capacitância e são usados em aplicações onde é necessário armazenar grandes quantidades de carga. Eles vêm em duas variedades: capacitores eletrolíticos de alumínio e capacitores eletrolíticos de tântalo.
  • Capacitores de Filme Metálico: São conhecidos por sua alta precisão e estabilidade. Eles são usados em aplicações onde é necessária uma resposta precisa e são especialmente adequados para circuitos de áudio e filtros de sinal.
  • Capacitores de Poliéster: São duráveis, estáveis e têm uma ampla faixa de temperatura de operação. São comumente usados em aplicações de desacoplamento e filtragem em eletrônica industrial.
  • Capacitores de Polipropileno: São altamente estáveis em termos de capacitância e frequência e são amplamente utilizados em circuitos de alta frequência e aplicações de acoplamento de áudio.
  • Capacitores Variáveis: Também conhecidos como trimmers ou ajustáveis, esses capacitores permitem ajustar manualmente a capacitância. São comumente usados em sintonizadores de rádio, osciladores e em circuitos de ajuste fino.

Esses são apenas alguns exemplos dos tipos de capacitores disponíveis, e a escolha do tipo certo depende das características elétricas desejadas, do ambiente de operação e dos requisitos específicos de cada aplicação.

Capacitância e Tensão Nominal

A capacitância de um capacitor indica a quantidade de carga elétrica que ele pode armazenar por unidade de tensão aplicada. É uma medida da capacidade do capacitor de armazenar energia elétrica em seu campo elétrico. A unidade de medida da capacitância é o farad (F), embora em circuitos eletrônicos comuns, subunidades como microfarads (μF), nanofarads (nF) e picofarads (pF) sejam mais frequentemente utilizadas devido à escala dos valores típicos de capacitância.

A tensão nominal de um capacitor, por outro lado, indica a tensão máxima que pode ser aplicada ao capacitor sem causar falha ou danos. É importante escolher um capacitor com uma tensão nominal adequada para a aplicação em questão, garantindo que ele possa lidar com as tensões presentes no circuito sem falhar. Se a tensão aplicada exceder a tensão nominal do capacitor, ele pode se deteriorar ou até mesmo sofrer uma falha catastrófica, resultando em curtos-circuitos ou danos ao circuito

Portanto, ao selecionar um capacitor para um projeto, é fundamental considerar tanto a capacitância quanto a tensão nominal para garantir um funcionamento seguro e confiável do circuito.

Identificação de capacitores

Os capacitores são identificados por códigos impressos em sua carcaça, que indicam suas características elétricas, como capacitância, tensão nominal e tolerância. Os capacitores de cerâmica e poliéster geralmente usam códigos alfanuméricos, enquanto os capacitores eletrolíticos frequentemente usam valores numéricos seguidos por unidades de medida, como microfarads (μF) ou picofarads (pF).

Por exemplo, um capacitor de cerâmica pode ter a marcação “104”, onde “10” representa os dois primeiros dígitos do valor da capacitância em picofarads (pF) e o terceiro dígito, “4”, é o multiplicador. Portanto, o valor da capacitância é 10 x 10^4 pF, o que equivale a 100.000 pF ou 100 nF.

capacitor de cerâmica

Já os capacitores eletrolíticos costumam ter sua capacitância expressa em microfarads (μF) e a tensão nominal também indicada. Por exemplo, um capacitor eletrolítico pode ser marcado como “47μF 25V”, indicando uma capacitância de 47 microfarads e uma tensão nominal de 25 volts.

capacitores eletrolíticos

Capacitor em série

Quando os capacitores são conectados em série, a carga elétrica é distribuída entre eles de acordo com suas capacitâncias individuais. Isso significa que a tensão aplicada é dividida entre os capacitores de acordo com sua relação de capacitância. No entanto, a carga total em todos os capacitores em série permanece a mesma.

A capacitância total de capacitores em série pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

1/Ctotal​​=1/C1​​+1/C2+1/C3​​+… + 1/Cn

​onde:

  • Ctotal é a capacitância total do circuito em série.
  • C1, C2, C3, …, Cn são as capacitâncias individuais de cada capacitor. 

Ao utilizar essa fórmula, é possível determinar a capacitância equivalente de um conjunto de capacitores em série. Este arranjo é comumente usado para alcançar valores de capacitância específicos que não estão disponíveis com um único capacitor. 

Capacitor em paralelo

Quando os capacitores são conectados em paralelo, a tensão aplicada a cada um deles é a mesma, enquanto a carga total é distribuída entre eles de acordo com suas capacitâncias individuais. Isso significa que a capacitância total de capacitores em paralelo é a soma das capacitâncias individuais de cada capacitor.

A capacitância total de capacitores em paralelo pode ser calculada simplesmente somando as capacitâncias individuais:

Ctotal=C1+C2+C3+… + Cn

​onde:

  • Ctotal é a capacitância total do circuito em paralelo.
  • C1, C2, C3, …, Cn são as capacitâncias individuais de cada capacitor. 

Esse arranjo é comumente usado quando é necessário aumentar a capacitância total de um circuito, seja para suavizar flutuações de tensão, armazenar energia ou filtrar sinais

Utilizações comuns dos capacitores

Os capacitores têm uma variedade de aplicações em eletrônica devido às suas propriedades de armazenamento de carga e filtragem de sinais

Aqui estão algumas das utilizações mais comuns dos capacitores:

  • Filtragem de ruído e ripple: Os capacitores são frequentemente usados em circuitos de fonte de alimentação para filtrar o ruído e o ripple, garantindo que a tensão de saída seja o mais suave possível.
  • Acoplamento de sinal: Em circuitos de áudio e amplificadores, os capacitores são utilizados para acoplar sinais de áudio entre diferentes estágios sem afetar o ponto de polarização.
  • Temporização e delay: Capacitores são empregados em circuitos de temporização para criar atrasos controlados ou gerar formas de onda específicas.
  • Armazenamento de energia: Em conjunto com resistores, os capacitores podem formar circuitos de temporização e oscilação, onde a energia é armazenada no capacitor e liberada gradualmente.
  • Desacoplamento de alta frequência: Nos circuitos integrados e placas de circuito impresso, os capacitores são usados para desacoplar sinais de alta frequência e garantir uma operação estável.
  • Sintonia de frequência: Em osciladores e circuitos de sintonia, os capacitores são usados para ajustar a frequência de ressonância e afinar o circuito conforme necessário.
  • Correção do fator de potência: Em circuitos de alimentação elétrica, os capacitores são utilizados para corrigir o fator de potência e melhorar a eficiência energética.
  • Armazenamento de backup: Em dispositivos eletrônicos, os capacitores de backup são usados para fornecer energia temporária durante falhas de energia, garantindo uma operação contínua.

 

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