Equivalência de Capacitores (ART2347)

Quando usar um tipo de capacitor ou outro? Em que aplicações os capacitores de poliéster são equivalentes aos de cerâmica ou mesmo mylar? Quando usar eletrolíticos ou capacitores de tântalo? Estas dúvidas, que afligem aos leitores iniciantes, estudantes e muitos amadores, serão discutidas neste artigo.

Obs. Este artigo é de 1988. Atualmente existem mais tipos de capacitores disponíveis, além dos citados no texto.

As características elétricas de um capacitor são determinadas basicamente pelo seu dielétrico, ou seja, pelo material isolante que fica entre as armaduras, além do modo como ele é construído, isto é, se as armaduras são planas ou enroladas como um capacitor tubular (figura 1).

 

Figura 1 – Capacitor tubular
Figura 1 – Capacitor tubular

 

 

Assim, nos tipos tubulares, o fato de enrolar o capacitor leva-o a se comportar como uma bobina, apresentando além da capacitância original uma certa indutância.

Como sabemos, esta indutância representa uma oposição à passagem de um sinal de alta frequência, justamente o contrário do que deve apresentar um capacitor (figura 2).

 

Figura 2 – Capacitor ideal e real
Figura 2 – Capacitor ideal e real

 

 

O efeito final é um comportamento instável ou mesmo oscilações são produzidas quando usamos um componente deste tipo num circuito de alta frequência. Isso significa que capacitores tubulares como os de óleo ou papel, mostrados na figura 3, ou ainda poliéster não servem para aplicações em frequências elevadas.

 

Figura 3 – Capacitores tubulares
Figura 3 – Capacitores tubulares

 

 

No entanto, podemos utilizar capacitores deste tipo em circuitos de correntes contínuas ou de baixas frequências como, por exemplo, em fontes de alimentação, acoplamento de amplificadores de áudio, desacoplamento de sinais de áudio, osciladores de áudio etc. (figura 4).

 

Figura 4 - Aplicações
Figura 4 - Aplicações

 

 

Enfim, tomando como base o aspecto construtivo do capacitor, a equivalência para estes tipos depende da função.

No caso de aparelhos de áudio ou baixa frequência não temos problemas em usá-los, mas no caso de circuitos de alta frequência devemos tomar cuidado, se possível evitar a troca.

Nos circuitos de alta frequência, o material do dielétrico que é polarizado deve oscilar rapidamente acompanhando a corrente de carga e descarga (figura 5).

 

Figura 5 – Oscilação das cargas
Figura 5 – Oscilação das cargas

 

 

Os materiais usados nos capacitores possuem uma certa inércia, o que equivale a dizer que existem limitações para a frequência máxima em que um capacitor se comporta como tal, mantendo seu valor ou mesmo outras propriedades básicas.

Assim, enquanto capacitores de cerâmica, mica, ou mylar mantêm suas propriedades em frequências elevadas, os capacitores de poliéster, eletrolíticos e outros não.

Taís capacitores não devem então ser usados em circuitos de frequências elevadas em lugar dos tipos originais de cerâmica ou mica.

Os eletrolíticos são tipos de capacitores cujo material isolante pode ser o alumínio (óxido de alumínio) ou o tântalo (óxido de tântalo), os quais pelo seu tipo de construção apresentam certa indutância que dificulta sua operação com sinais de alta frequência.

Assim, mesmo tendo valores muito altos, estes capacitores na realidade não representam para os sinais de RF (altas frequências) uma baixa resistência, como para os sinais de áudio.

É típica então a ligação de um capacitor cerâmico em paralelo com um eletrolítico de alto valor, conforme mostra a figura 6, numa fonte de alimentação para transmissor ou oscilador de alta frequência.

 

Figura 6 – Eletrolítico com cerâmico
Figura 6 – Eletrolítico com cerâmico

 

 

O eletrolítico faz a filtragem e o desacoplamento dos sinais de baixas frequências, mas quem faz o desacoplamento dos sinais de RF é o capacitor cerâmico.

Observamos também que os eletrolíticos são capacitores polarizados, ou seja, só admitem uma polaridade para a carga de suas armaduras. Nas aplicações em que desejarmos altos valores de capacitâncias mas com correntes alternadas, pode-se optar pelo uso de capacitores de poliéster metalizado.

Estes são encontrados em valores de até mais de 5 uF com tensões acima de 250 volts.

Uma solução econômica com eletrolíticos é mostrada na figura 7.

 

Figura 7 – Eletrolíticos despolarizados
Figura 7 – Eletrolíticos despolarizados

 

 

Os diodos em oposição, assim como os capacitores, só permitem a carga com uma determinada polaridade.

A capacitância final obtida é equivalente à metade da capacitância dos capacitores associados.

 

RESUMINDO

Damos a seguir uma sequência de aplicações possíveis para cada tipo de capacitor, servindo de orientação para os leitores:

 

1. Eletrolíticos (tântalo ou alumínio)

Filtragem de fontes de alimentação, circuitos osciladores de áudio e baixa frequência, desacoplamento de sinais de baixas frequências, circuitos de tempo - só operam com polaridade definida.

 

2. Cerâmicos

Podem ser usados em circuitos de altas frequências até a faixa de UHF. São encontrados na faixa de 1 pF a 470 nF com tensões de até alguns milhares de volts. Os tipos tubulares apresentam pequenas indutâncias podendo ser usados em circuitos de altas frequências. Alguns tipos são compensados em temperatura, sendo ideais para circuitos ressonantes.

 

3. Poliéster

Os tipos tubulares não devem ser usados em circuitos de altas frequências, mas apenas em circuitos de áudio, baixas frequências e correntes contínuas. São encontrados na faixa de 1nF a 10 uF. Os tipos planos também não devem ser usados em aplicações acima de alguns megahertz, pois perdem suas principais características comprometendo a operação do circuito.

 

4. Mica

Estes são capacitores de precisão para circuitos de RF de grande estabilidade. São usados principalmente na determinação da frequência de circuitos ressonantes em instrumentos de precisão, transmissores, e outros equipamentos profissionais.

 

5. Papel e papel embebido em óleo

Estes são capacitores usados apenas em aplicações de corrente contínua e sinais de baixas frequências (áudio). Tendem a absorver umidade e mudar de características com o tempo, apresentando fugas. Podem ser encontrados na faixa de alguns nanofarads até 2 ou 3 microfarads. São comuns em equipamentos valvulados antigos.

 

6. Polystireno

Este tipo de capacitor com dielétrico plástico apresenta propriedades que permitem sua utilização em circuitos de RF e áudio como, por exemplo, filtragem, sintonia, desacoplamento e acoplamento. São usados principalmente em circuitos de RF de alta estabilidade.

 

ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES

Os leitores sabem o que ocorre quando associamos capacitores, tal como ilustrado na figura 8?

 

Figura 8 – Associação de capacitores
Figura 8 – Associação de capacitores

 

A capacitância fica dividida por dois se os capacitores tiverem o mesmo valor e a tensão máxima suportada corresponde à soma das tensões dos capacitores separadamente.

No entanto, alguns cuidados devem ser tomados neste tipo de associação na prática. Assim, de modo a facilitar uma distribuição da carga, é comum a ligação de resistores de 100 k, conforme mostra a figura 9.

 

Figura 9 – Usando resistores em paralelo
Figura 9 – Usando resistores em paralelo

 

 

Estes resistores garantem que tanto a carga como a descarga dos capacitores seja melhor distribuída e assim nenhum ficará submetido a uma tensão maior do que a que suporta.

Do mesmo modo, temos a configuração da figura 10, bastante usada.

Enquanto um capacitor eletrolítico proporciona a filtragem, na prática ele apresenta uma certa indutância para os sinais de altas frequências, não os desacoplando.

Para este desacopla- mento utilizamos então um capacitor cerâmico tipicamente de 100 nF em paralelo. Os sinais de RF são desviados para a terra pelo capacitor de 100 nF e não pelo eletrolítico, que não opera nas frequências mais altas com eficiência.

 

Figura 10 – Eletrônicos e cerâmicos
Figura 10 – Eletrônicos e cerâmicos

 

 

 


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