Simon Monk - Ejercicios prácticos con Electrónica

De hecho, los condensadores se utilizarán a todo lo largo del libro de múltiples maneras, así que es importante entender bien su funcionamiento, cómo elegir los más adecuados y cómo usarlos.

Las bobinas inductoras no resultan tan comunes como los condensadores, pero se utilizan ampliamente en determinadas funciones, por ejemplo en fuentes de alimentación (vea el Capítulo 7 ).

Necesitamos un componente electrónico capaz de almacenar energía durante breves periodos de tiempo, tal vez para crear pulsos, o bien para aislar otros componentes de picos de voltaje.

Usar un condensador.

Por construcción, los condensadores no son más que dos superficies conductoras separadas por una capa aislante ( Figura 3-1).

Figura 3-1. Esquema de un condensador .

De hecho, la capa aislante situada entre las superficies conductoras puede no ser más que aire, si bien un condensador que utilice aire como aislante tendrá un valor nominal muy bajo. De hecho, el valor del condensador depende del área de las placas conductoras, de su proximidad y de la capacidad aislante de la capa intermedia. Así pues, cuanto mayor sea el área de las placas y menor sea la distancia entre ellas, mayor será la capacitancia del condensador, es decir, mayor cantidad de carga podrá guardar.

Los electrones individuales no fluyen a través de un condensador, pero los que están en un lado de este influyen sobre los que están en el otro. Si aplicamos un voltaje desde una fuente como una batería a un condensador, la placa conectada al polo positivo de aquella acumulará carga positiva y el campo eléctrico que esto genera creará una carga negativa de la misma magnitud en la placa opuesta.

Siguiendo con el símil del agua, podemos visualizar un condensador como una membrana elástica en una tubería ( Figura 3-2) que impide que el agua la atraviese, pero que puede estirarse y permitir que el condensador se cargue. Si el condensador se estira demasiado, la membrana elástica se romperá. Esto es lo que pasa en un condensador cuando se excede el voltaje de ruptura.

Cuando aplicamos un voltaje a través de un condensador, se cargará de forma casi instantánea. Sin embargo, si lo aplicamos a través de una resistencia, tardará un tiempo en cargarse por completo. La Figura 3-3muestra cómo un condensador se puede cargar y descargar mediante el uso de los interruptores S1 y S2.

Figura 3-2. Analogía del agua y la tubería para un condensador .

Figura 3-3.Carga y descarga de un condensador.

Cuando cerramos el interruptor S1, C1 se carga a través de R1 hasta que C1 alcance el voltaje de la batería. Abrimos S1 de nuevo y el condensador recién cargado retendrá su carga. En un cierto momento, el condensador perderá su carga por el mecanismo de autodescarga .

Si ahora cerramos S2, C1 se descargará a través de R2 y LED1, que emitirá una luz muy brillante al principio, para ir apagándose a medida que se descarga C1.

Si queremos experimentar con el esquema de la Figura 3-3, podemos construir en una placa de pruebas el montaje del diagrama mostrado en la Figura 3-4. Para una introducción al uso de la placa de pruebas, vea el Ejercicio 20.1. Utilizaremos resistencias de 1 kΩ y un condensador de 100 μF.

Figura 3-4. Diagrama para experimentación con un condensador en la placa de pruebas .

Pulsamos el botón con la etiqueta CHARGE (CARGA) durante un segundo o dos para cargar el condensador y, luego, lo soltamos y pulsamos el botón DISCHARGE (DESCARGA). El LED debería brillar mucho durante un segundo más o menos, para luego oscurecerse progresivamente hasta apagarse al cabo de otro segundo.

Si pudiéramos monitorizar el voltaje a través del condensador durante su carga y posterior descarga, veríamos algo similar a lo mostrado en la Figura 3-5.

Figura 3-5. Carga y descarga de un condensador .

En la Figura 3-6la forma de onda cuadrada es el voltaje aplicado al condensador a través de una resistencia de 1 kΩ. Durante los primeros 400 ms es de 9 V. Sin embargo, como podemos ver, el voltaje a través del condensador no se incrementa de forma lineal, sino que lo hace más rápido al principio y, luego, disminuye gradualmente en rapidez a medida que el voltaje del condensador se acerca al de la batería.

De forma parecida, cuando el condensador se descarga, el voltaje disminuye bruscamente al principio y luego gradualmente.

Así, si un condensador almacena energía eléctrica podríamos preguntarnos qué diferencia hay entre este y una batería recargable. Por un lado, ciertas aplicaciones que requieren un almacenamiento y descarga de energía muy rápidos utilizan un tipo especial de condensador de muy alta capacitancia, llamado súpercondensador, en lugar de una batería recargable. Las diferencias entre un condensador y una batería incluyen:

• Una batería recargable utiliza una reacción química para generar electricidad, mientras que un condensador almacena directamente la carga eléctrica.

• Una batería recargable se carga y se descarga en unas horas. Un condensador se puede cargar y descargar en una fracción de segundo.

• El voltaje a través de un condensador desciende bruscamente al principio de su descarga, mientras que el voltaje en una batería permanece relativamente constante hasta que se ha utilizado la mayor parte de la energía.

• Por unidad de tamaño, una batería puede almacenar hasta diez veces más energía que el mejor de los súpercondensadores.

Para más información sobre el uso de la placa de pruebas, vea el Ejercicio 20.1.

Las curvas de voltaje de la Figura 3-5se crearon usando un simulador de circuitos ( Ejercicio 21.11). Podemos experimentar con esta simulación en línea con PartSim en la web http://bit.ly/2mrtrhs .

No perder el norte a la hora de elegir el condensador más adecuado para nuestra aplicación entre una enorme cantidad de modelos disponibles.

A menos que nuestra aplicación necesite condensadores con características especiales, podemos aplicar la siguiente regla.

En la mayoría de los casos, para condensadores entre 1 pF y 1 nF usaremos un condensador de disco ( Figura 3-6a). Para condensadores entre 1 nF y 1 μF usaremos un condensador cerámico multicapa (MLC, Figura 3-6b) y para condensadores por encima de 1 μF usaremos un condensador electrolítico de aluminio ( Figura 3-6c). El condensador que se muestra más a la derecha es un condensador electrolítico de tantalio.