Simon Monk - Ejercicios prácticos con Electrónica

Es poco habitual conectar condensadores en serie. Ocasionalmente, se realiza como parte de un circuito más complejo, como el del Ejercicio 7.12.

Para los condensadores en paralelo, vea el Ejercicio 3.4.

Nos encontramos con que los condensadores habituales no nos alcanzan.

Los súpercondensadores son condensadores de bajo voltaje y extremadamente alta capacitancia. Se utilizan principalmente como dispositivos de almacenamiento de energía en situaciones donde se emplearían baterías recargables.

Presentan valores de hasta varios centenares de faradios (F). Observe que la capacitancia máxima de los condensadores electrolíticos de aluminio ronda los 0,22 F.

Condensadores con valores comparativamente bajos (unos pocos faradios) se utilizan a veces como alternativa a las baterías recargables, o a las baterías de litio de larga duración, para alimentar CI en estado de espera para conservar el contenido de la memoria RAM estática, que de otro modo se perdería. También sirven para alimentar chips de relojes de tiempo real, o RTC ( Real-Time Clock ), de manera que un dispositivo que los utilice conserve registro del tiempo aun si es apagado durante un tiempo.

Existen también súpercondensadores con capacitancia extremadamente alta que se ofrecen como alternativa a las baterías recargables para almacenamientos de mayor capacidad.

Es posible adquirir condensadores de 500 F o más por unos pocos euros. El voltaje máximo para un súpercondensador es de 2,7 V. Si deseamos una mayor capacitancia, debemos utilizar condensadores en serie junto con una circuitería de protección especial que garantice que el límite de 2,7 V no se va a superar durante la carga del banco de condensadores.

Los súpercondensadores tienen normalmente la misma apariencia que los condensadores electrolíticos. En la actualidad, su capacidad máxima de almacenamiento está aún lejos de la que ofrecen las baterías recargables. Asimismo, como al fin y al cabo son condensadores, el voltaje que almacenan disminuye mucho más rápido que el de una batería durante su uso.

Vea el Ejercicio 3.7para calcular la energía almacenada en condensadores y súpercondensadores.

Hemos cargado un condensador hasta un determinado voltaje y deseamos conocer la cantidad de energía que almacena en su interior.

La energía almacenada en un condensador, en julios (J), se calcula del siguiente modo:

Si tenemos un condensador electrolítico de tamaño mediano y 470 μF a 35 V, la energía almacenada sería:

que no es mucha. Como el almacenamiento de energía es proporcional al cuadrado del voltaje, los resultados para un condensador del mismo valor, pero a 200 V, son mucho más llamativos:

Para un súpercondensador de 500 F a 2,7 V, los resultados son aún más impresionantes:

En comparación, una sola batería AA de 1,5 V y 2000 mAH almacena alrededor de:

2 A × 3600 s × 1, 5 V = 10, 8 kJ

Para información sobre las baterías recargables, vea el Ejercicio 8.3.

Necesitamos un componente que pueda filtrar partes de una señal o suavizar las fluctuaciones de la misma.

Una bobina inductora (también llamadas inductores, reactores o simplemente bobinas), en su forma más simple, no es más que eso: un devanado de hilo de cobre arrollado en forma de bobina. En CC, se comporta como lo haría cualquier cable de una longitud determinada y presenta la resistencia correspondiente. Sin embargo, cuando la CA fluye, empiezan a suceder fenómenos interesantes.

Un cambio de sentido en la corriente en una bobina inductora origina un cambio de voltaje en el sentido contrario. Este efecto será más intenso cuanto mayor sea la frecuencia de la CA que fluya a través del inductor. El resultado neto de todo esto es que, a mayor frecuencia de CA, mayor resistencia opone la bobina inductora al paso de la corriente. Para que este fenómeno no se confunda con la resistencia ordinaria, se denomina reactancia , si bien se sigue midiendo en ohmios.

La reactancia X de un inductor se puede calcular mediante la fórmula:

X = 2 π f L

Donde f es la frecuencia de la CA en hercios (Hz), y L , la inductancia de la bobina, que se mide en henrios (H). Este efecto resistivo no produce calor como en una resistencia, sino que devuelve energía al circuito.

La inductancia de una bobina inductora dependerá del número de vueltas del devanado de cobre, así como del material alrededor del cual esté arrollado. Así pues, las bobinas de valores bajos podrían no ser más que un par de vueltas de hilo sin núcleo, también conocidas como de núcleo de aire, es decir, que no están enrolladas a nada. Las bobinas de valores más altos suelen utilizar un núcleo de hierro, ferrita u otro material ferroso. La ferrita es un material cerámico con propiedades magnéticas.

La capacidad de transportar corriente de una bobina inductora suele depender del calibre del hilo de cobre utilizado en su devanado.

Las bobinas se usan en las fuentes de alimentación conmutadas o SMPS ( Switched Mode Power Supply , fuentes de alimentación en modo conmutado) donde reciben pulsos de alta frecuencia (vea el Ejercicio 7.8y el Ejercicio 7.9). También se las utiliza extensamente en electrónica de radiofrecuencia, donde se suelen combinar con un condensador para formar un circuito sintonizado o circuito de resonancia (vea el Capítulo 19 ).

Un tipo de bobina inductora, llamada bobina de choque o de bloqueo, está diseñada para permitir el paso de CC mientras bloquea la componente de CA de una señal. Esto evita que aparezca ruido de radiofrecuencia no deseado en el circuito. A menudo encontramos cables USB que tienen un bloque en forma de cilindro cerca de uno de sus extremos. Se trata de un bloque de ferrita que rodea los hilos e incrementa la inductancia del cable a un nivel que le permite suprimir el ruido de alta frecuencia.

Para más información acerca del uso de bobinas inductoras en fuentes de alimentación conmutadas, vea el Ejercicio 7.8y el Ejercicio 7.9.

Vea el Ejercicio 3.9 para más información sobre los transformadores.

Necesitamos un componente capaz de convertir voltajes de corriente alterna (CA).