O Capacitor Q = V. C. V C = Vcc. (1 e t/τ ) τ = R. C

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1 O Capacitor Componente eletrônico constituído de duas placas condutoras, separadas por um material isolante. É um componente que, embora não conduza corrente elétrica entre seus terminais, é capaz de armazenar energia elétrica, sendo esta sua principal característica. É constituído por 2 placas condutoras denominadas Armaduras, que são separadas por um material isolante chamado Dielétrico. Ligados à estas placas condutoras (as armaduras) estão os terminais para conexão do capacitor com outros componentes de um circuito elétrico. A Capacitância (C) é a capacidade de acumulação de cargas elétricas no capacitor, quando aplicamos em seus terminais determinada tensão. Sua capacitância é determinada pelas dimensões das placas e pela distância de uma em relação à outra, ou seja, é diretamente proporcional à área das armaduras e inversamente proporcional à espessura do Dielétrico. Unidades de Medida da capacitância: Farad (F), Microfarad (µf), Nanofarad (ηf) e Picofarad (ρf). A quantidade de cargas (Q, em Coulomb) que um capacitor pode armazenar depende da tensão (V, em Volts) e de sua capacitância (C, em Farad) entre seus terminais: Q = V. C Quando uma Tensão Contínua é aplicada às placas do capacitor, através dele não se verifica nenhuma passagem de corrente, devido à presença do dielétrico. Por outro lado, ocorre uma acumulação de carga elétrica nas placas de tal forma que, a placa ligada ao pólo negativo do gerador acumula elétrons enquanto que a placa ligada ao pólo positivo do gerador fica com falta elétrons. Este fenômeno é chamado de Polarização do Dielétrico. Quando a tensão aplicada é interrompida, a carga acumulada mantém-se devido ao campo elétrico que se forma entre as placas. Se as placas forem curto-circuitadas, encostandose os dois terminais de ligação, uma rápida passagem de corrente é produzida e o capacitor se descarrega, retornando à condição inicial. Quando uma corrente contínua é aplicada a um capacitor, a tensão leva certo tempo para atingir o valor máximo. Portanto, no capacitor, a corrente está adiantada em relação à tensão. O tempo necessário para que o capacitor se carregue totalmente depende das resistências do circuito. Para um circuito RC em série, quanto maior o valor do resistor e do capacitor, mais tempo leva para que o capacitor carregue-se totalmente. A medida da velocidade de crescimento da tensão no capacitor é dada pela constante de tempo (τ) do circuito. V C = Vcc. (1 e t/τ ) τ = R. C

2 Onde: V C Tensão do Capacitor e n de Euller ou base do logaritmo neperiano (e = 2,72) t tempo decorrido após o fechamento da chave. Gráfico Vc x t Gráfico i x t Com um intervalo de tempo igual a R.C, o capacitor terá o valor de 63,2% da tensão da fonte. Com 3.R.C, o capacitor estará com aproximadamente 95% de carga e com 5.R.C, estará com 99,3%, quando consideramos como carga total para efeitos práticos. A tabela abaixo mostra alguns pontos notáveis na curva de carga do capacitor. Constante de tempo RC 2RC 3RC 4RC 5RC 1 e t/τ (tensão no capacitor) 63,2 % Vcc 86,5 % Vcc 95,0 % Vcc 98,2 % Vcc 99,3 % Vcc E assim, acontece da mesma forma quando submetemos um capacitor a uma descarga através de um circuito RC, como mostra a figura abaixo: Supondo que o capacitor esteja completamente carregado, ao fecharmos a chave S1, ele iniciará sua descarga através do resistor R, e a tensão no capacitor poderá ser calculada com a seguinte equação: V C = Vatual. (e t/τ ) Onde: V atual tensão que está acumulada no capacitor no instante do fechamento da chave. V C Tensão do Capacitor e n de Euller ou base do logaritmo neperiano (e = 2,72) t tempo decorrido após o fechamento da chave.

3 Reatância Capacitiva Quando uma Tensão Alternada é aplicada a um capacitor, seu comportamento é a conseqüência direta do que ele manifesta no caso de uma Tensão Contínua. O Dielétrico é submetido a solicitações alternadas, pois variam de sinal rapidamente e sua polarização muda com o mesmo ritmo. Se a freqüência aumenta, o Dielétrico não pode seguir as mudanças com a mesma velocidade com que ocorrem, e assim, a polarização diminui, o que acarreta uma redução da capacitância. Portanto, devido ao fato de que a capacitância tende a diminuir com o aumento da freqüência, os capacitores Styroflex e cerâmicos são os únicos que podem ser empregados em alta freqüência (Amplificadores e Osciladores). Com as Tensões Alternadas, produzindo o fenômeno de sucessivas cargas e descargas, verifica-se uma circulação de corrente, embora esta não flua diretamente pelo Dielétrico. Assim, chega-se a uma das principais aplicações dos capacitores: a de separar a Corrente Alternada da Corrente Contínua, quando estas se apresentam simultaneamente.em geral: o capacitor comporta-se como um circuito aberto em corrente contínua e como uma resistência elétrica em corrente alternada. A reatância capacitiva (Xc) é calculada por: Onde: F Freqüência (Hz) C Capacitância (F) Xc Reatância Capacitiva (Ω) Xc = 1 2. π.f.c A Tensão e a Corrente num circuito contendo Reatância Capacitiva é determinada por: Vc = Xc. Ic Tipos de Capacitores O que determina o tipo do capacitor é o seu Dielétrico. Pode ser do tipo: - Axial (1 terminal em cada extremidade). - Radial (2 terminais na mesma extremidade). Tipo Dielétrico Armadura Fixa de Valor Faixa de Tensão Papel Papel Parafinado Folhas de Alumínio 1ηF 10µF V Mica Folhas de Mica Folhas de Alumínio 1ρF 22ηF V Styroflex Tiras de Poliestireno Folhas de Alumínio 4.7ρF 22ηF V Folha de Poliéster Folhas de Poliéster Folhas de Alumínio 1ηF 1µF V Poliéster Metalizado Folhas de Poliéster Alumínio Depositado 10ηF 2.2µF V Policarbonato Metalizado Folhas de Policarbonato Alumínio Depositado 10ηF 2.2µF V Cerâmico Tipo I Disco Cerâmico Prata Depositada 0.5ρF 330ρF V Cerâmico Tipo II Disco de Titanato de Bário Prata Depositada 100ρF 470ρF V Eletrolíticos de Alumínio Óxido de Alumínio Folhas de Alumínio 0.47ρF µF 4 500V Eletrolíticos de Tântalo Óxido de Tântalo Tântalo Metalizado 2.2µF 220µF 3 100V

4 Disposição das placas: Associações de Capacitores Associação em Série A Capacitância Total diminui, pois há um aumento efetivo da distância entre as placas. Para calcular a Capacitância Total em Paralelo: 1 = CT C1 C2 Cn CT = C1. C2 C1 + C2 (para 2 capacitores) Associação em Paralelo A Capacitância Total aumenta, pois aumenta a área de placas que recebem cargas. Para calcular a Capacitância Total em Série: CT = C1 + C2 + Cn Tensão de Trabalho Há um limite para a tensão que pode ser aplicada a um capacitor qualquer. Se for aplicada uma tensão alta, haverá uma corrente que forçará uma passagem através do Dielétrico. O capacitor entra em curto-circuito e é descarregado. A tensão máxima a ser aplicada a um capacitor é chamada de Tensão de Trabalho e não deve ser ultrapassada. Capacitores eletrolíticos Consiste em uma folha de alumínio como armadura positiva, onde por um processo eletrolítico, forma-se uma camada de óxido de alumínio que serve como dielétrico, e um fluído condutor, o eletrólito que impregnado em um papel poroso, é colocado em contato com uma outra folha de alumínio de maneira a formar uma armadura negativa. O conjunto é bobinado, sendo a primeira folha de alumínio ligada ao terminal positivo e a outra ligada a uma caneca tubular, encapsulado todo o conjunto, e ao terminal negativo. Os capacitores eletrolíticos, por apresentarem o dielétrico como uma fina camada de óxido de alumínio e em uma das armaduras um fluido, constituem uma série de altos valores de capacitância, mas com valores limitados de tensão de isolação e terminais polarizados.

5 Leitura de capacitores Os capacitores eletrolíticos apresentam seu valor nominal e polaridade inscrita no próprio componente. Alguns outros capacitores apresentam uma codificação é um tanto estranha mesmo para os técnicos experientes, (e ainda mais difícil de compreender para o técnico novato.) Observemos o exemplo abaixo: O valor do capacitor,"b", é de 3300 pf (picofarad = F) ou 3,3 nf (nanofarad = 10-9 F) ou 0,0033 µf (microfarad = 10-6 F). No capacitor "A", devemos acrescentar mais 4 zeros após os dois primeiros algarismos. O valor do capacitor, que se lê 104, é de pf ou 100 nf ou 0,1µF. Capacitores usando letras em seus valores O desenho acima, mostra capacitores que tem os seus valores impressos em nanofarad (nf) = 10-9 F. Quando aparece no capacitor uma letra "n" minúscula, como um dos tipos apresentados ao lado por exemplo: 3n3, significa que este capacitor é de 3,3nF. No exemplo, o "n" minúsculo é colocado ao meio dos números, apenas para economizar uma vírgula e evitar erro de interpretação de seu valor. Para transformar em picofarad, pegamos 0, F e dividimos por 10-12, resultando 3300pF. Alguns fabricantes fazem capacitores com formatos e valores impressos como os apresentados abaixo. O nosso exemplo, de 3300pF, é o primeiro da fila. Note nos capacitores seguintes, o aparecimento de uma letra maiúscula ao lado dos números. Esta letra refere-se a tolerância do capacitor, ou seja, o quanto que o capacitor pode variar de seu valor em uma temperatura padrão de 25 C. A letra "J" significa que este capacitor pode variar até ±5% de seu valor, a letra "K" = ±10% ou "M" = ±20%. Segue na tabela abaixo, os códigos de tolerâncias de capacitância.

6 Até 10pF Código Acima de 10pF ±0,1pF ±0,25pF ±0,5pF B C D ±1,0pF F ±1% G ±2% H ±3% J ±5% K ±10% M ±20% S -50% -20% Z +80% -20% ou +100% -20% P +100% -0% Agora, um pouco sobre coeficiente de temperatura "TC", que define a variação da capacitância dentro de uma determinada faixa de temperatura. O "TC" é normalmente expresso em % ou ppm/ C ( partes por milhão / C ). É usado uma seqüência de letras ou letras e números para representar os coeficientes. Observe o desenho abaixo. Os capacitores acima são de coeficiente de temperatura linear e definido, com alta estabilidade de capacitância e perdas mínimas, sendo recomendados para aplicação em circuitos ressonantes, filtros, compensação de temperatura e acoplamento e filtragem em circuitos de RF. Na tabela abaixo estão mais alguns coeficientes de temperatura e as tolerâncias que são muito utilizadas por diversos fabricantes de capacitores. Código NPO N075 N150 N220 N330 N470 N750 N1500 N2200 N3300 N4700 N5250 P100 Coeficiente de temperatura -0± 30ppm/ C -75± 30ppm/ C -150± 30ppm/ C -220± 60ppm/ C -330± 60ppm/ C -470± 60ppm/ C -750± 120ppm/ C -1500± 250ppm/ C -2200± 500ppm/ C -3300± 500ppm/ C -4700± 1000ppm/ C -5250± 1000ppm/ C +100± 30ppm/ C

7 Outra forma de representar coeficientes de temperatura é mostrada abaixo. É usada em capacitores que se caracterizam pela alta capacitância por unidade de volume (dimensões reduzidas) devido à alta constante dielétrica sendo recomendados para aplicação em desacoplamentos, acoplamentos e supressão de interferências em baixas tensões. Os coeficientes são também representados exibindo seqüências de letras e números, como por exemplo: X7R, Y5F e Z5U. Para um capacitor Z5U, a faixa de operação é de +10 C que significa "Temperatura Mínima", seguido de +85 C que significa "Temperatura Máxima" e uma variação "Máxima de capacitância", dentro desses limites de temperatura, que não ultrapassa -56%, +22%. Veja as três tabelas abaixo para compreender este exemplo e entender outros coeficientes. Temperatura Mínima X Y Z -55 C -30 C +10 C Temperatura Máxima C C C C C Variação Máxima de Capacitância A ±1.0% B ±1.5% C ±2.2% D ±3.3% E ±4.7% F ±7.5% P ±10% R ±15% S ±22% T -33%, +22% U -56%, +22% V -82%, +22% Capacitores de Cerâmica Multicamada

8 Capacitores de Poliéster Metalizado usando código de cores A tabela a seguir, mostra como interpretar o código de cores dos capacitores abaixo. No capacitor "A", as 3 primeiras cores são: laranja, laranja e laranja, correspondem a 33000, equivalendo a 33 nf. A cor branca, logo adiante, é referente a ±10% de tolerância. E o vermelho, representa a tensão nominal, que é de 250 volts. 1ª - algarismo 2ª - algarismo 3ª - n de zeros 4ª - tolerância 5ª - tensão PRETO ± 20% - MARROM VERMELHO V LARANJA AMARELO V VERDE AZUL V VIOLETA CINZA BRANCO ± 10% -