Los condensadores en electrónica – Conceptos básicos

Los condensadores son componentes esenciales en la electrónica, que se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como por ejemplo: Almacenar energía eléctrica, filtrar señales, acoplar señales entre etapas, y muchas otras. En este artículo, explicaremos lo que es un condensador, los tipos de condensadores utilizados en electrónica, así como las fórmulas básicas para calcular condensadores en serie y paralelo.

¿Qué es un condensador?

Un condensador o capacitor eléctrico es un componente electrónico que almacena energía en forma de campo eléctrico. Está compuesto por dos placas conductoras separadas por un material dieléctrico, las cuales pueden tener cualquier forma o tamaño, pero típicamente son planas y paralelas entre sí. El material dieléctrico puede ser aire, papel, mica, cerámica, plástico, entre otros.

Cuando se aplica una carga eléctrica a una de las placas, esta carga se acumula en la superficie de la placa. La carga crea un campo eléctrico que se extiende a través del dieléctrico y llega a la otra placa. La carga de la primera placa induce una carga opuesta en la segunda placa, lo que a su vez genera otro campo eléctrico. La suma de los dos campos eléctricos resulta en un campo eléctrico total entre las placas. Este campo eléctrico almacena energía en el capacitor.

La cantidad de energía que puede almacenar un capacitor depende de su capacitancia, medida en faradios (F). La capacitancia es una medida de la capacidad de un capacitor para almacenar carga eléctrica. La capacitancia se calcula utilizando la fórmula:

C = Q / V

donde C es la capacitancia en faradios, Q es la carga eléctrica almacenada en el capacitor en coulombs, y V es la diferencia de potencial entre las placas en voltios.

Tipos de condensadores en electrónica

Los condensadores son componentes clave en la construcción de circuitos electrónicos, por lo que existen muchos tipos de condensadores disponibles en el mercado, cada uno con sus propias características y aplicaciones. Algunos de ellos son bipolares, lo cual significa que no tienen un pin positivo o negativo, mientras que otros son polarizados, y al conectarlos se debe respetar la polaridad de sus pines.

1. Condensadores de cerámica

Los condensadores de cerámica son muy comunes en la electrónica y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Estos condensadores están hechos de cerámica y tienen una alta estabilidad y un bajo costo. Se utilizan en circuitos de alta frecuencia, como en filtros y acoplamientos de señales. La capacitancia de los condensadores de cerámica varía desde picofaradios (pF) hasta varios microfaradios (μF).

2. Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos son condensadores polarizados que se utilizan para almacenar energía eléctrica en aplicaciones de baja frecuencia. Estos condensadores se utilizan en aplicaciones de alimentación, como filtros de ruido y reguladores de voltaje. Los condensadores electrolíticos tienen una capacidad mucho mayor que los condensadores de cerámica, con valores que pueden llegar hasta miles de microfaradios (μF). Los condensadores electrolíticos se fabrican en dos tipos: aluminio y tantalio.

3. Condensadores de película

Los condensadores de película son condensadores no polarizados que se utilizan en aplicaciones de audio y de señal. Estos condensadores tienen una alta estabilidad y una baja pérdida, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta fidelidad. Los condensadores de película tienen una capacitancia que varía desde picofaradios (pF) hasta varios microfaradios (μF).

4. Condensadores de tantalio

Los condensadores de tantalio son condensadores electrolíticos polarizados que se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia. Estos condensadores tienen una capacidad alta, una alta estabilidad y un bajo costo. Se utilizan en circuitos de alta frecuencia, como en filtros y acoplamientos de señales. Los condensadores de tantalio son más pequeños y livianos que los condensadores electrolíticos de aluminio, pero son más caros.

5. Condensadores de mica

Los condensadores de mica son condensadores no polarizados que se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia. Estos condensadores tienen una alta estabilidad y una baja pérdida, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta fidelidad. Los condensadores de mica tienen una capacitancia que varía desde picofaradios (pF) hasta varios microfaradios (μF).

6. Condensadores variables

A diferencia de los condensadores fijos, los condensadores variables tienen un valor de capacitancia que se puede ajustar manualmente o mediante señales eléctricas. Los condensadores variables se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como en sintonizadores de radio y televisión, filtros de audio, osciladores y circuitos de resonancia. Estos condensadores se pueden ajustar para cambiar la frecuencia de resonancia del circuito, ajustar el tono en un filtro de audio, o para calibrar la frecuencia en un oscilador. Los condensadores variables pueden ser ajustados a través de un tornillo o mediante la rotación de un dial, o también pueden ser controlados electrónicamente a través de un microcontrolador o un circuito integrado especializado.

Código numérico en capacitores

En condensadores no electrolíticos, su capacitancia suele ser marcada en el cuerpo del componente con un código que consta de tres números, en este código los dos primeros números de izquierda a derecha representan las cifras significativas a las que se deben agregar tantos ceros como indique el tercer número.
Por ejemplo, en un condensador marcado como 104, se deben tomar los dos primeros números (10) y agregar cuatro ceros (100.000) lo que nos dará el valor del condensador en picofaradios (pF).

Así mismo, en algunos condensadores se agrega una letra al final que representa la tolerancia, y cuyos valores son los siguientes:

B = +/- 0.10pF, C = +/- 0.25pF, D = +/- 0.50pF, E = +/- 0.5%, F = +/- 1%, G = +/- 2%, H = +/- 3%, J = +/- 5%, K = +/- 10%, M = +/- 20%

También se debe tener en cuenta que, en el código JIS (Japan Industrial Standard) se suele agregar también un código alfanumérico que representa el voltaje máximo que soporta el componente, los valores más comunes son los siguientes:

1H = 50 V, 2A = 100 V, 2T = 150 V, 2D = 200 V, 2E = 250 V, 2G = 400 V, 2J = 630 V.

Si nos topamos por ejemplo con un condensador cuyo código JIS es (2A103J) sabemos que su voltaje máximo es 100V, su capacitancia es 10.000pF y su tolerancia es +/- 5%.

Cálculo de condensadores en serie y paralelo

En ocasiones es necesario conectar dos o más condensadores en serie o en paralelo para obtener la capacitancia requerida para una aplicación, por eso, un buen técnico o ingeniero en electrónica debe conocer las fórmulas básicas para calcular capacitancias.

Condensadores en serie

Cuando se conectan dos o más condensadores en serie, su capacitancia total es menor que la capacitancia de cada uno de ellos. La fórmula para calcular la capacitancia total de los condensadores en serie es:

1/Ct = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + … + 1/Cn

Donde Ct es la capacitancia total de los condensadores en serie, C1, C2, C3, y Cn son las capacitancias individuales de cada condensador.

Es importante tener en cuenta que los condensadores conectados en serie deben tener la misma carga, lo que significa que deben tener la misma diferencia de potencial (voltaje) a través de ellos.

Condensadores en paralelo

Cuando se conectan dos o más condensadores en paralelo, su capacitancia total es igual a la suma de las capacitancias individuales de cada condensador. La fórmula para calcular la capacitancia total de los condensadores en paralelo es:

Ct = C1 + C2 + C3 + … + Cn

Donde Ct es la capacitancia total de los condensadores en paralelo, C1, C2, C3, y Cn son las capacitancias individuales de cada condensador.

Es importante tener en cuenta que los condensadores conectados en paralelo deben tener el mismo voltaje a través de ellos.

Ejemplo de cálculo de capacitancia

Supongamos que queremos conectar tres condensadores en serie, con capacitancias de 10 μF, 22 μF y 33 μF. Para calcular la capacitancia total, usamos la fórmula:

1/Ct = 1/10μF + 1/22μF + 1/33μF

1/Ct = 0.1μF⁻¹ + 0.0454μF⁻¹ + 0.0303μF⁻¹

1/Ct = 0.1757μF⁻¹

Ct = 5.69μF

Por lo tanto, la capacitancia total de los tres condensadores en serie es de 5.69 μF.

Conclusión

Los condensadores son componentes de gran utilidad en la electrónica debido a sus muchos usos prácticos. Existe una gran variedad de condensadores disponibles en el mercado, por lo que, los técnicos e ingenieros necesitan estar familiarizados con todos ellos, así como con las fórmulas básicas para el cálculo de capacitancias. Espero que este artículo sea de ayuda para aquellos que comienzan en el mundo de la electrónica así como para los profesionales que necesitan repasar conceptos básicos. Les invito a revisar otros artículos similares en esta página, y no duden en compartir y comentar sobre este tema en las redes sociales.