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Capacitores II

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Tópicos: Parâmetros do Capacitor | Alguns Tipos | Diodos de Capacitância Variável |

1) Parâmetros do Capacitor

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Capacitância, tensão máxima de operação e tolerância são os principais parâmetros usados na especificação de capacitores. Entretanto, outros aspectos ocorrem, uma vez que capacitores ideais não existem na prática. A Figura 1-I mostra o diagrama equivalente de um capacitor real.

Resistência de isolação Ri existe porque não há isolante perfeito. Assim, um capacitor carregado perde gradualmente sua carga, mesmo se fora do circuito. Mas essa resistência é em geral bastante alta. Valores práticos estão na faixa de algumas centenas de MΩ. Para a maioria das aplicações, o efeito pode ser desprezado.

Resistência série equivalente: esse parâmetro é muitas vezes mencionado na sigla em inglês ESR (Equivalent Series Resistance). Ocorre porque não há condutor perfeito, conexões internas podem apresentar resistência e outros motivos. Em geral tende a aumentar com o tempo de uso e pode causar problemas nos circuitos.

Circuito equivalente de um capacitor real
Fig 1-I

Fator de dissipação: às vezes dado pela sigla em inglês DF (dissipation factor). Indica a relação entre a resistência série equivalente e a reatância capacitiva DF = ESR / Xc, podendo também ser multiplicado por 100 para indicar percentual. É um valor dependente da frequência porque Xc = 1 / (2 π f C ).

Indutância série equivalente: também por vezes indicada pela sigla inglesa ESL (Equivalent Series Inductance). É a pequena indutância devida aos fios de ligação e pode ser aumentada pela construção em forma de filme enrolado conforme visto em tópico anterior. É um fator limitante para altas frequências.

Absorção dielétrica: se um capacitor é descarregado por um curto-circuito entre seus terminais, a carga deve ser praticamente nula após a remoção do curto. Mas pode permanecer uma carga residual devido à polarização do dielétrico. Isso pode afetar alguns circuitos.

Coeficiente de temperatura: as propriedades do dielétrico podem ser afetadas pela temperatura e, portanto, a capacitância. Capacitores podem ter coeficiente positivo (capacitância aumenta com aumento de temperatura), negativo (o contrário) ou praticamente nulo. Usualmente especificado pela variação da capacitância em partes por milhão (ppm) por °C ou por um percentual de variação em uma determinada faixa de temperatura. É um aspecto que pode ser importante se o equipamento está sujeito a grandes variações de temperatura.

Existem outros parâmetros de menor importância para a maioria das aplicações, que podem ser vistos em catálogos de fabricantes.


2) Alguns Tipos

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Os tipos de capacitores comercialmente disponíveis diferem basicamente pelo material do dielétrico e das placas (também chamadas eletrodos) e da forma construtiva. Neste tópico são dadas informações resumidas sobre alguns tipos comuns usados em eletrônica.

Obs: se o nome do dielétrico vem seguido do adjetivo "metalizado", significa que camadas de metal são depositadas por algum meio sobre o filme de dielétrico, formando o conjunto. Nos outros casos, os filmes metálicos são separados e o conjunto se forma na montagem do capacitor.

Cerâmica: a constante dielétrica é alta, permitindo valores relativamente altos em pequenos volumes. Características boas para altas freqüências. Os elementos podem ter forma de disco ou outras e podem ser apenas um conjunto ou vários empilhados. Em geral disponível em valores de 1 pF a 2,2 µF e tensões até 6 kV.

Eletrolítico: um filme de alumínio recebe um revestimento de óxido e essa camada de óxido fica em contato com um eletrólito viscoso, mantido por um filme poroso. Um outro filme de alumínio, sem revestimento de óxido, completa o conjunto (os primeiros eletrolíticos construídos tinham eletrólito líquido).

No capacitor eletrolítico, o filme que recebe o óxido é um eletrodo, a camada de óxido é o dielétrico e o eletrólito é o outro eletrodo. O filme seguinte serve apenas para contato elétrico.

Desde que o óxido tem elevada rigidez dielétrica e pode ser depositado em camadas bastante finas, altos valores de capacitância podem ser obtidos em reduzidas dimensões. Há polaridade: o filme revestido de óxido deve ser sempre positivo e o eletrólito, negativo. A inversão ou aplicação de tensão acima da máxima especificada danifica o dispositivo, podendo até explodir (regra geral, a tensão especificada do capacitor deve ser o dobro da de operação).

Usados principalmente em filtros e outros circuitos como temporizadores. São baratos, encontrados em uma variedade de valores, mas a resistência de isolação é relativamente baixa, a tolerância é ruim e outras características tornam inviável o emprego em frequências mais altas.

Eletrolítico de tântalo: usa o tântalo no lugar do alumínio. Capacitores desse tipo apresentam propriedades superiores aos de alumínio, permitindo o uso em frequências mais altas. Entretanto são mais caros e os valores disponíveis de capacitância são mais baixos.

Filme de papel: é um dos tipos mais antigos. Pode ser metalizado ou ter filmes separados. O papel é impregnado com cera, resina epóxi, óleo ou outra substância para melhorar as propriedades dielétricas. Usado para tensões altas e correntes alternadas de baixas frequências.

Filme de poliéster: tolerância não muito boa (faixa de 5 a 10%). Mas é barato, tem boa estabilidade com a temperatura, disponível em larga faixa de valores e, por tudo isso, bastante usado. É um dielétrico robusto, podendo suportar temperaturas de −55 a +85 °C. Aplicações típicas são acoplamento, desacoplamento, by-pass. Se usado em fontes chaveadas, a corrente deve ser limitada para reduzir o auto-aquecimento. Adequado também para aplicações de armazenagem e descarga de energia, devido à robustez e elevada rigidez dielétrica do poliéster.

Filme de poliéster metalizado: as características são semelhantes às do anterior, mas as correntes de pico que pode suportar são mais baixas devido às menores espessuras dos eletrodos. Desde que o conjunto é mais fino, dimensões são menores para os mesmos valores.

Filme de poliestireno: pode usar filme de alumínio como eletrodos. Em geral, construído em forma de bobina e, portanto, não adequado para altas frequências devido a ESL descrita no tópico anterior. Usado em circuitos de filtros e temporizadores, com frequências na faixa de 200 kHz ou menores.

Filme de polipropileno: boa tolerância, na faixa de 1%. Usado com frequências na faixa de 100 kHz.

Mica: construídos em forma de placas empilhadas, podendo ter elementos separados ou prata pode ser depositada sobre as lâminas de mica. Usados em circuitos ressonantes, filtros e outras aplicações de radiofrequência. São estáveis, têm baixo coeficiente de temperatura e boa durabilidade. Mas o preço é alto. Em geral encontrados em valores de 1 pF a 0,1 µF e tensões de 100 a 2500 VDC.

Supercapacitores: usam uma técnica chamada Dupla Camada Elétrica (Electric Double Layer) para obter elevados valores de capacitância com reduzidas dimensões. Exemplo: um supercapacitor de 470000 µF (0,47 F) e 5,5 V pode ser um cilindro de 25 mm de diâmetro e 12 mm de altura. Atualmente valores de vários farads são disponíveis e podem substituir baterias em algumas aplicações.


3) Diodos de Capacitância Variável

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Também denominados varactores ou varicaps, são diodos de junção PN, fabricados especificamente para a função, que operam inversamente polarizados. Isso cria uma região vazia, tanto mais espessa quanto maior a tensão inversa. Ou seja, a capacitância diminui com o aumento da polarização inversa. A tensão inversa de ruptura de um varactor típico é perto de 25 V.

Curva típica de um diodo de capacitância variável
Fig 3-I

A relação entre capacitância e tensão é dada teoricamente por:

$$C = A\ V^x \tag{3A}$$
Onde A é uma constante e o expoente x depende da construção (variação da dopagem da junção). Valores comuns para x são −0,33 e −0,5. Na Figura 3-I, curva aproximada de um diodo típico para sintonia de FM.

Sintonia com varactor
Fig 3-II

A Figura 3-II dá um esquema simples de sintonia com varactor (representado pelo símbolo de diodo junto do símbolo de capacitor), devendo operar em frequência próxima de 1 MHz. O capacitor de 15 pF evita o retorno de tensão.
Referências
BROPHY, James J. Basic Electronics for Scientists. USA: McGraw-Hill, 1977.
U. S. NAVY. Basic Electronics. Hemus, 1976.
Pesquisa na Internet em 11/2007. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mai/2018