Medidor de Capacitores (INS345)

Como saber qual é a capacitância de um capacitor cuja marcação esteja apagada ou venha em código duvidoso? Como saber se um capacitor está bom, apresentando a capacitância marcada em seu invólucro? Se você está interessado nas respostas para estas perguntas que tal montar este simples medidor de capacitores, um útil instrumento para sua bancada.

A medida de capacitores para a determinação de sua capacitância oferece muitos problemas ao experimentador, pois não pode ser feita de modo direto com o multímetro.

Os capacímetros, por outro lado, são instrumentos de custo não muito baixo e que, portanto, nem sempre estão ao alcance do bolso do estudante, experimentador ou técnico.

O que propomos neste artigo é um medidor simplificado de capacitâncias, mas que funciona dentro da precisão exigida com grande eficiência.

Trata-se de uma ponte de capacitâncias que pode medir capacitâncias entre 4,7 nF e 2,2 µF com boa precisão, dependendo do seu ajuste, e que usa poucos componentes de baixo custo.

Os estudantes e amadores que estão procurando completar sua bancada com instrumentos de utilidade têm neste medidor uma excelente sugestão e não terão qualquer dificuldade com sua realização por se tratar de aparelho muito simples.

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos um diagrama de blocos que nos permite fazer uma análise de como funciona este medidor de capacitâncias que nada mais é do que uma ponte.

Figura 1 – Diagrama de blocos

Conforme os leitores devem saber, os capacitores se caracterizam por impedirem a circulação de correntes contínuas, mas deixam passar correntes alternadas numa proporção que depende do seu valor e da frequência da corrente.

Assim, dizemos que os capacitores apresentam uma reatância capacitiva (medida em Ω) que é tanto menor quanto maior for sua capacitância e maior a frequência da corrente (figura 2).

Figura 2 – A reatância capacitiva

Se então tivermos uma corrente de frequência fixa 60 Hz, por exemplo, o capacitor se comporta como uma resistência cujo valor depende justamente de sua capacitância.

Numa frequência de 50 Hz, por exemplo, um capacitor de 100 nF se comporta como um resistor de 31 800 Ω, enquanto que o mesmo capacitor, na frequência de 5 kHz se comporta como um resistor de 318 Ω,

O medidor que descrevemos aproveita- se da corrente que circula num capacitor de valor desconhecido para determinar seu valor, comparando-a com a corrente que circula num capacitor tomado como referência.

Este processo é feito por circuitos especiais denominados "pontes", conforme mostra a figura 3.

Figura 3 – Uma ponte de medida

Numa ponte como a da figura, quando todos os elementos do circuito estão equilibrados, ou seja, quando seus valores estão numa determinada relação, entre os polos do instrumento indicador não há circulação de corrente e ele indica a condição nula, ou seja, o ponto de equilíbrio.

No nosso caso, a ponte formada tem por elementos um transformador que fornece a energia externa sob a forma de corrente alternada, o capacitor desconhecido e um capacitor tomado como referência e além disso o instrumento indicador de nulo e um potenciômetro para ajuste.

Quando colocamos na ponte um capacitor de mesmo valor que o tomado como referência, as tensões que aparecem nos extremos do potenciômetro são iguais em relação a tomada central do transformador, de modo que o ajuste de nulo é obtido com o cursor no meio de seu percurso.

Se o capacitor desconhecido for diferente do tomado como referência para obter o ajuste de nula, com a tensão nos extremos do instrumento iguais, temos de colocar o potenciômetro em uma posição diferente do centro (figura 4).

Figura 4 – Fazendo a medida

É justamente em função desta posição do cursor que podemos então ter uma ideia do valor do capacitor que está sendo medido.

Com o circuito indicado, podemos obter o equilíbrio da ponte com capacitores que vão desde a metade do valor tomado como referência até o dobro, o que significa uma faixa de 4:1 (figura 5).

Figura 5 – A faixa de medida

Podemos inclusive estabelecer para o potenciômetro uma escala que nos permitirá estabelecer não só a condição de equilíbrio com um capacitor igual ao de referência como também relações de 1:2 ou 2:1 em torno do valor de referência.

Por exemplo, se colocarmos no circuito como valor de referência um capacitor de 10 nF e obtivermos o equilíbrio no ponto em que temos a relação de 1:2 isso significa que o capacitor desconhecido tem valor em torno de 5 nF.

Se o ponto de equilíbrio for no ponto 2:1 isso significa que o capacitor desconhecido tem valor em torno de 20 nF.

Com a colocação no circuito de valores de referência entre 10 nF e 1 µF lemos a faixa de atuação do aparelho entre 4,7 nF e 2,2 nF.

OS COMPONENTES

Para esta montagem todos os componentes usados podem ser conseguidos com relativa facilidade. Na figura 6 damos a sugestão de caixa para a montagem.

Figura 6 – Sugestão de caixa

Com relação aos componentes eletrônicos são as seguintes as principais observações.

O transformador pode ser de qualquer tipo que tenha um enrolamento primário de acordo com a rede local, ou seja, 110 V ou 220 V, e secundário de 6, 9 ou 12 V com corrente de 100 mA ou mais.

A chave comutadora que co!oca os capacitores de referência no circuito é de 1 polo x 5 posições, rotativa. Se o leitor tiver dificuldades em obter esta chave pode Optar por 5 interruptores simples colocados lado a lado na caixa.

Estes interruptores serão então acionados conforme o valor de referência desejado.

A chave S1 é um interruptor simples que aumenta a sensibilidade do aparelho no início da faixa de medidas.

Os capacitores usados como referência são de poliéster metalizado. A tolerância destes capacitores determinará a precisão das medidas. Como o aparelho tem por finalidade apenas dar uma indicação aproximada dos capacitores em teste, pois estes componentes normalmente admitem tolerâncias de 20% e até mais na maioria dos casos, o leitor não precisará se preocupar com a precisão.

Na verdade, a própria calibração da escala não é de grande precisão, pois o aparelho não visa isso.

Temos em seguida o instrumento indicador que serve apenas para acusar o ponto de nulo.

Trata-se de um VU-meter comum de 200 µA. Qualquer tipo pode ser usado, dando-se preferência aos de menor custo.

Os diodos da ponte podem ser 1N4001 ou qualquer equivalente, mesmo que de menor corrente como o 1N914, 1N4148, etc.

O potenciômetro de 47 k deve ser linear e pode ter incorporado o interruptor geral.

Temos finalmente o resistor único de 10 k x 1/8 W que serve para reduzir a sensibilidade do instrumento na medida das capacitâncias maiores, pois sem ele o VU pode ter sua agulha forçada a bater com violência no final da escala nos ajustes.

MONTAGEM

O circuito completo do medidor de capacitores é mostrado na figura 7.

Figura 7 – Circuito completo

A versão completa em ponte de terminais é dada na figura 8.

Figura 8 – Montagem em ponte

Não será preciso usar placa de circuito impresso em vista do reduzido número de componentes usados.

Para a soldagem de todos os componentes deve ser usado um ferro de pequena potência, ponta fina e bem estanhado.

Como ferramentas auxiliares tenha um alicate de corte, um alicate de ponta e chaves de fenda.

São os seguintes os principais cuidados que o leitor deve ter na montagem:

a) Comece fixando o transformador, o VU, as chaves e o potenciômetro na caixa.

b) Solde o cabo de alimentação ao transformador e ao interruptor geral S1 que pode ser conjugado ao potenciômetro ou independente. Veja a cor dos fios do transformador se este for para duas tensões: marrom e preto para 110 V e preto e vermelho para 220 V.

c) Solde os diodos na ponte de terminais observando sua polaridade. Na soldagem seja rápido para que o calor não os danifique. Corte seus terminais no comprimento apropriado.

d) Solde os resistores na chave e na ponte conforme mostram os desenhos. Veja bem o valor dos resistores dados pelos anéis coloridos em seus invólucros.

e) Solde os capacitores na chave rotativa ou nos interruptores, conforme mostra a figura 9, tendo cuidado para que a sequência de valores crescentes seja obedecida.

Figura 9 – Soldagem dos capacitores (os tipos mostrados de poliéster eram comuns na época em que o artigo foi escrito)

Na soldagem corte os terminais dos capacitores de modo a mantê-los próximos da chave.

f) Faça as interligações entre os componentes da ponte, as chaves, o potenciômetro, o instrumento e o transformador. No caso do instrumento deve ser obedecida sua polaridade. Se a polaridade não estiver marcada, faça a ligação sem observá-la, pois depois, verificando-se que a deflexão do ponteiro tende a ser para a esquerda basta fazer a inversão dos seus fios.

g) Para conexão do capacitor em prova podem ser usados dois bornes ou ainda dois fios com garras jacaré, conforme o leitor queira.

Com o aparelho pronto, confira a montagem antes de ligá-lo.

PROVA E USO

Coloque inicialmente um capacitor de 10 nF no aparelho, ligando-o às garras jacaré ou aos bornes de prova, conforme sua escolha.

Ligue o provador à tomada acionando o interruptor geral em seguida. A chave S2 deve estar aberta.

Coloque a chave seletora na posição correspondente ao capacitor de 10 nF de referência. Em seguida, ajuste o potenciômetro de modo a obter a indicação de zero de corrente no instrumento. Isso deve acontecer no ponto 1 da escala ou próximo disso, mostrando que a relação entre as capacitâncias é de 1:1, ou seja, eles são iguais.

Coloque um capacitor de 22 nF como prova no circuito. Procedendo do mesmo modo obtém-se um equilíbrio do instrumento com a indicação de zero na posição 1:2 do potenciômetro.

Para obter o ponto certo de ajuste de nulo, quando o ponteiro do instrumento se aproximar de zero, fecha-se o interruptor S2.

Para usar o aparelho é só colocar o capacitor em prova no circuito e procurar na chave e no potenciômetro as posições que dão a corrente nula no instrumento.

No potenciômetro é lida a relação de capacitâncias entre a referência e o capacitor que está sendo provado.

(Publicado originalmente 1981)