Os capacitores costumam ser os componentes que mais problemas trazem aos circuitos eletrônicos, pois a taxa de falha que apresentam é das mais elevadas. Isso leva ao profissional da eletrônica a preocupação de saber com certeza se o problema que ele está encontrando num circuito é devido a este tipo de componente ou não. Como testar um capacitor com segurança e como fazer o teste que realmente revele aquilo que você precisa saber? É o que veremos neste artigo.
De todos os componentes eletrônicos, os capacitores costumam apresentar o maior número de falhas e também um número elevado de tipos de falhas. Capacitores abrem, entram em curto, alteram seus valores, apresentam fugas e até defeitos intermitentes.
Como testar um capacitor é um problema para muitos, pois o resultado obtido no teste também depende do tipo de instrumento ou de recurso de que se dispõe para isso. A seguir vamos comentar alguns tipos de testes, e se o leitor quiser saber mais sobre os testes de todos os tipos de componentes, recomendamos a série de livros Como Testar Componentes (4 volumes), cujo primeiro volume já se encontra à venda no formato digital.
Os Capacitores
Um capacitor é definido como um componente formado por duas armaduras ou placas metálicas entre as quais é colocado um isolante denominado dielétrico, conforme mostra a figura 1.
Um capacitor pode armazenar cargas elétricas e com isso energia elétrica. A capacidade de armazenamento de um capacitor ou sua capacitância é medida em Farads (F). Seus submúltiplos, microfarad (uF), nanofarad (nF) e picofarad (pF) são bastante usados.
Diversas tecnologias de fabricação levam a uma grande quantidade de tipos de capacitores fixos que normalmente recebem o nome do dielétrico usado. na figura 2 temos os símbolos e os aspectos dos principais tipos de capacitores.
A propriedade elétrica básica, além da capacitância, que nos ajuda a comprovar o estado de um capacitor reside no fato de que entre as armaduras existe um isolante. Assim, um capacitor em bom estado deve, em princípio apresentar uma resistência infinita.
O que devemos testar
Quando um capacitor apresenta problemas, um deles consiste no dielétrico perder a sua capacidade de isolamento. Assim, o teste mais simples consiste justamente em verificar a continuidade de um capacitor. Com alguns artifícios podemos ir além e também verificar a capacitância do componente, pois um outro problema que ele pode apresentar é justamente "abrir", ou seja, perder a capacitância.
Para capacitores de valores algo elevados, como o caso dos eletrolíticos, o teste de continuidade também pode indicar algo sobre a capacitância, com a possibilidade, neste caso, de se detectar falta de capacitância ou capacitor aberto.Como fazer esses testes é justamente o que veremos a seguir:
Instrumentos Usados no Teste
* Multímetro
* Provador de continuidade
* Provador de capacitores
* Capacímetro
* Osciloscópio e traçador de curvas
* Osciloscópio e gerador de sinais
Existem circuitos simples de provadores de capacitores que são de grande utilidade e que podem também ser implementados com rapidez numa matriz de contactos ou mesmo com outras técnicas de montagem alternativas.
Que Capacitores podem Ser Provados
Todos, de qualquer tipo com valores entre 1 pF e 100 000 µF com qualquer tensão de trabalho.
Prova de Fuga/Curto
A prova mais simples é a de fuga/furto que pode ser ser feita com um provador de continuidade ou um multímetro comum. O procedimento é o seguinte:
a) Coloque o multímetro na escala mais alta de resistências (x 100 ou x 1k) se usar esse instrumento. Zere o multímetro. Se usar o provador de continuidade não será preciso fazer escolha de escala.
b) Retire o capacitor do circuito em que ele se encontra ou desligue um de seus terminais.
c) Meça a resistência entre os terminais do capacitor ou sua continuidade.
A figura 3 mostra esse procedimento.
Interpretação da Prova
Deve ser lida uma resistência muito alta, mais de 2 M ? ou infinito para os capacitores em bom estado. Para eletrolíticos de alto valor, a resistência pode estar na faixa de alguns meg?. Uma leitura de resistência muito baixa, menor que 1 k, significa um capacitor em curto.
Uma leitura de resistência entre 50 k e 1 M ? significa um capacitor com fugas. Em algumas aplicações, capacitores eletrolíticos de valores muito altos podem ter uma fuga natural da ordem de 100 k? a 1 M?.
Essa prova não revela se o capacitor está aberto (a não ser em casos de capacitores acima de 10 µF. Veja na medida de capacitâncias com o multímetro como isso pode ser feito.
2) Capacitância
A capacitância de um capacitor pode ser conhecida de forma aproximada (indireta) ou direta com o uso do capacímetro.
Usando o Capacímetro
Para determinar a capacitância com um capacímetro, basta escolher a escala apropriada e conectar as pontas ou garras no componente, conforme mostra a figura 4.
Na medida de capacitâncias de capacitores muito pequenos (abaixo de 10 pF) é preciso tomar cuiidado com o procedimento, pois a proximidade de objetos de metal, ou mesmo o comprimento dos fios de prova pode adicionar uma certa capacitância à medida, dando assim resultados falsos.
Usando o Multímetro
Para capacitores acima de 1 µF o multímetro comum analógico pode ser usado para se ter uma idéia se o capacitor está ou não aberto. Os capacímetros digitais não são recomendados para essa prova, pois ela se baseia na variação de carga que pode ser observada melhor pelo movimento de um ponteiro.
O procedimento é o seguinte:
a) Coloque o multímetro na escala de resistência mais alta que ele tiver. Zere-o antes de fazer o teste.
b) Retire o componente do circuito ou desligue um de seus terminais.
c) Encoste as pontas de prova nos terminais do componente e observe o movimento da agulha do instrumento.
A figura 5 mostra como fazer este teste.
Interpretação da Prova
Quando encostamos as pontas de prova nos terminais do capacitor ele se encontra descarregado. A corrente de carga que flui é inicialmente elevada, o que será indicado pelo rápido movimento da agulha do instrumento em direção às baixas resistências.
Tão logo o capacitor esteja carregado ele passa a apresentar uma alta resistência, o que será indicado pela volta do ponteiro do instrumento à essa região, conforme mostra a figura 6.
Em suma, o ponteiro se desloca para as baixas resistências e depois volta para as altas resistências. O movimento será tanto mais acentuado quando maior for a capacitância do componente testado.
Se a agulha não se mover é porque o capacitor está aberto. Se parar nas baixas resistências é porque está em curto e se ficar numa região intermediária é porque está com fugas.
Comparando o movimento obtido com um capacitor bom de valor conhecido é possível avaliar a capacitância do capacitor testado.
3) Capacitância com o Provador de Continuidade
Provadores de continuidade sensíveis sonoros ou com LEDs podem também servir para se saber se um capacitor acima de 1 µF está ou não sem capacitância (aberto).
Basta tocar com as pontas de prova nos terminais do capacitor. O provador de continuidade deve dar uma breve indicação de condução da corrente. Nos sonoros temos um breve "bip" e nos luminosos o LED dá uma breve piscada.
Se a continuidade permanecer é porque o capacitor está em curto e se não houver sinal algum é porque o capacitor está aberto.
A figura 7 mostra como fazer este teste.
4) Circuito para Provar Capacitores
Capacitores na faixa de 1 nF a 10 µF podem ser facilmente testados com os circuitos de prova mostrados na figura 8.
Esses circuitios consistem em osciladores de áudio cuja freqüência é determinada pelo capacitor em teste. É evidente que se não for obtido ajuste de oscilação no potenciômetro é porque o capacitor se encontra com problemas.
Para capacitores na faixa de 100 pF a 1 nF temos o circuito mostrado na figura 9.
Todos os circuitos podem ser implementados rapidamente numa matriz de contactos.
É claro que se o leitor usa muito capacitores, pode fazer uma montagem defintiva de um desses provadores numa caixinha plástica, deixamndo terminais com garras jacaré para o teste rápido de capacitores.
5) Usando o Osciloscópio
O osciloscópio também pode ser usado para testar capacitores e também medir sua capacitância.Para isso será necessário ter em mãos um gerador de sinais retangulares ou gerador de funções. Se o leitor não tiver esse circuito, na figura 10 damos um simples que pode ser implementado com um 555.
O procedimento se baseia na constante de tempo de um circuito RC onde o R é conhecido e o C é o capacitor em prova.
Para isso deve ser montado o circuito mostrado na figura 11.
A freqüência de 1 kHz aproximadamente, foi selecionada para medidas de capacitância entre 10 nF e 0,5 µF. Para valores menores, aumenta-se a freqüência do gerador de sinais. A amplitude do sinal é da ordem de 10 V pico-a-pico.
Procedimento
a) Ajusta-se o gerador de funções para uma freqüência de 1 kHz com um sinal de 50% de ciclo ativo e amplitude entre 5 e 10 V.
b) O canal V (vertical) de entrada do osciloscópio deve estar na posição AC (corrente alternada) para que qualquer componente contínua do sinal seja bloqueada. A varredura deve ser interna no eixo H.
c) Ajusta-se então o ganho (amplitude) do canal V até que seja obtida a imagem mostrada na figura 11.
Interpretação
Quando a tensão sobe, no sinal retangular, o capacitor em teste carrega-se através do resistor. No entanto, dependendo de seu valor, antes que sua carga completa ocorra, o sinal volta a descer. Quando isso ocorre, o capacitor descarrega-se (supondo que o osciloscópio tenha uma resistência de entrada suficientemente grande para não interferir no processo).
Assim, como o sinal retangular é rápido, o valor que a tensão alcança no capacitor vai depender de seu valor. Em outras palavras, a amplutude do sinal triangular visualizado depende do valor do capacitor.
Podemos calcular o valor do capacitor tomando um de capacitância conhecida como referência, conforme mostra a figura 12.
Se a forma de onda obtida for a da figura 13 é porque a freqüência é muito baixa em relação ao valor do capacitor medido. Nesse caso, a freqüência deve ser aumentada até se obter uma forma de onda triangular com amplitude menor do que a do sinal de entrada.
Com o osciloscópio e o Traçador de Curva o teste também é simples. Conforme mostramos no anexo em que descrevemos a montagem desse circuito, ao testar um capacitor, a forma de imagem obtida no teste de um capacitor se aproxima de uma elípse. Um capacitor em curto ou aberto poderá também ser detectado com esse teste. Para capacitores menores que 1 nF é conveniente usar um gerador com freqüência mais alta em lugar do transformador.
6) Pontes
Para a medida de capacitâncias, ou simples comprovação de capacitores, existem diversas pontes, muitas das quais podem ser implementadas facilmente se o leitor possui um indicador de equilíbrio (um transdutor piezoelétrico, por exemplo) e um gerador de funções ou mesmo um simples oscilador de áudio.
Na figura 14 temos uma ponte simples para a medida de capacitâncias de 1 nF a 1 µF usando um oscilador de áudio e um transdutor piezoelétrico como indicador de nulo.
Quando a reatância capacitiva (Xc) do capacitor em teste for igual à resistência ajustada em P1, o som do transdutor desaparece.
Conhecendo a resistência ajustada em P1 (ele pode ser calibrado para essa finalidade), será fácil calcular a capacitância do capacitor em teste pela seguinte fórmula:
Xc = 1/( 2 x p x f x C)
Onde:
Xc é a reatância capacitiva em ? (no caso a resistência ajustada de P1)
p = 3,14
f é a freqüência usada no teste (Hz)
C é a capacitância em (F)
Para capacitores pequenos devem ser usadas freqüências mais elevadas.
A tabela abaixo dá uma idéia dos valores de freqüências que podem ser usadas em testes de capacitores comuns:
|
1 a 100 pF |
10 MHz |
|
100 pF a 1 nF |
1 MHz |
|
1 nF a 10 nF |
100 kHz |
|
10 nF a 100 nF |
10 kHz |
|
100 nF e mais |
1 kHz |
Outras Provas
Existem outras provas importantes que podem ser realizadas em capacitors como, por exemplo, a verificação de sua impedância, entrando em jogo a resistência de seus terminais assim como a sua impedância.
Esse tipo de prova é especialmente importante quando os capacitores são usados em circuitos de altas freqüências.
Conclusão
O que vimos são apenas alguns testes possíveis para os capacitores. Abordagem como esta o leitor vai encontrar na série de livros Como Testar Componentes em seus 4 volumes.
