1) Dibuje la estructura típica de un capacitor. Indica que factores físicos determinan la capacidad. Defina matemáticamente la capacidad en función de estos parámetros y de la constante del dieléctrico usado.

Un capacitor es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidas a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).
Los capacitores, segun sus paramtros fisicos se podrian definir de la siguiente forma:

 

donde:

ε₀: permitividad del vacío ≈ 8,854187817... × 10⁻¹² F·m⁻¹

ε_r: constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las placas

A: el área efectiva de las placas

d: distancia entre las placas o espesor del dieléctrico

2) ¿Qué es la constante dieléctrica? Unidades. Tabla con valores 
típicos de algunos materiales.


Existe gran diferencia entre los valores de las constantes dieléctricas de diferentes sustancias. Algunos ejemplos importantes se muestran en la siguiente tabla. 

3) Defina la capacidad eléctrica eléctricamente en función de las cargas acumuladas y la tensión. Efectué un análisis dimensional.


La capacidad eléctrica de un conductor cargado y aislado es una magnitud que se mide por el cociente entre su carga y su potencial eléctrico.

   La formula de la capacitancia es:      

        Unidades de la capacidad:                  

4) Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una fuente de alimentación continua. Explique que sucede en el instante de la conexión y después que se cargo. Haga un gráfico de tensión y corriente en función del tiempo sobre el capacitor.

Las armaduras de un capacitor, cuando se conectan a los polos de un generador de corriente continua, adquieren cargas iguales y de signo contrario, diciéndose entonces que el condensador está cargado. El proceso de carga de un condensador no es instantáneo, sino que, se va realizando paulatinamente, dependiendo de la capacidad del mismo y de la resistencia del circuito.

Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en cortocircuito, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a través de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circulará en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.

5) Dibuje un circuito con un capacitor conectado a una fuente de alimentación alterna senoidal. Explique que sucede sobre el capacitor para cada hemiciclo ¿Circula corriente por el capacitor? ¿Y por el circuito?

 Debido a la tensión alterna U, el capacitor resulta cargado, descargado, vuelto a cargar con polaridad opuesta; una vez más descargado, y así sucesivamente. Con ello circula una corriente cuya variación es senoidal. Pero, la corriente no circula a través del capacitor, es decir a través de su dieléctrico que es aislante como hemos dicho, la corriente sólo circula de los bornes del generador a las armaduras del condensador y viceversa, es decir, aunque el circuito realmente no está cerrado el efecto es como si lo estuviera; y siendo éste el efecto, se suele decir que por el circuito circula una corriente eléctrica.

6)¿ Para qué se utilizan los capacitores en electrónica?. De ejemplos de circuitos

Los capacitores suelen usarse para:

• Baterías, por su cualidad de almacenar energía.
• Memorias, por la misma cualidad.
• Filtros.
• Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.
• Demodular AM, junto con un diodo.
• El flash de las cámaras fotográficas.
• Tubos fluorescentes.
• Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

Este puede ser aprovechado para la fabricación de memorias, en las que se aprovecha la capacidad que aparece entre la puerta y el canal de los transistores MOS para ahorrar componentes.

7) Explique que limita el uso de los capacitores de alta frecuencia. ¿Cuáles son los capacitores mas adecuados para ellas?


Estos componentes deben operar a frecuencias altas, por lo que deben presentar bajas inductancias y pérdidas. En términos generales, se pueden utilizar capacitores con diélectrico plástico o cerámico, dependiendo de la aplicación. Sin embargo, en muchos casos se prefiere el uso de capacitores hechos especialmente para aplicaciones de conmutación.


El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo. Son más costosos que los capacitores cerámicos y se utilizan en lugar de estos en aquellos casos donde se requiere mayor estabilidad y en aplicaciones de alta frecuencia.

8) ¿Qué son los capacitores electrolíticos? ¿Para qué se usan? Descríbalos, ilustre su estructura interior y exterior. 

Un capacitor electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua.

Los condensadores electrolíticos pueden tener mucha capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia.

9) Capacitores de tantalio. Descríbalos. Usos. Compárelo con los electrolíticos. Ilustre su estructura interior y exterior.


Los capacitores de tantalio son más flexibles y confiables, y presentan mejores características que los electrolíticos de aluminio, pero también su costo es mucho más elevado.

10) Capacitores sólidos. Usos. Ilustre su estructura interior y exterior.

Este tipo de condensador es justamente el que se ha comenzado a utilizar en las placas madres, a diferencia del condensador de electrolito, el condensador sólido utiliza una combinación de Polímero orgánico sólido (Solid Organic Polymer), están recubiertos por una carcasa de aluminio laminado y sellados herméticamente, también son del tipo radial con 2 conectores polarizados.

Esta imagen podemos ver la composición de un capacitor sólido, la diferencia con el capacitor electrolítico a nivel estructural es el material dieléctrico usado y el revestimiento, que a la larga son los que hacen la diferencia entre ambos.

11) Capacitores de poliéster. Usos. Ilustre su estructura interior y exterior.

12) Capacitores cerámicos. Usos. Ilustre su estructura interior y exterior. Explique como se lee el valor de éstos capacitores.  


Utiliza cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico. Existen diferentes tipos formados por una sola lámina de dieléctrico, pero también los hay formados por láminas apiladas. Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas.

13) Capacitores variables. Usos, ilustre su estructura interior y exterior de los llamados Tandem y Trimmers. 


Un condensador variable es aquel en el cual se pueda cambiar el valor de su capacidad. En el caso de un condensador plano, la capacidad puede expresarse por la siguiente ecuación:

 Este tipo de condensador tiene una armadura móvil que gira en torno a un eje, permitiendo que se introduzca más o menos dentro de la otra. El perfil de la armadura suele ser tal que la variación de capacidad es proporcional al logaritmo del ángulo que gira el eje.

 Trimmer

 Tandem

14) Diodos Varicap. Explique su funcionamiento, usos. Ilustre su estructura interior y exterior. Dibuje un circuito electrónico que ejemplifique su utilización

El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V.

La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensión).

15) Al  comprar un capacitor que parámetros se indican comúnmente al vendedor.

Cuando se compra un capacitor, al vendedor se le debe indicar:

1. El valor nominal de su capacidad.
2. La máxima tensión que resiste el mismo.
3. Temperatura.
4. Máxima frecuencia de trabajo.

16) Indique como se muestra el valor de la capacidad y la tensión maxima de trabajo en los distintos capacitores: Electrolíticos, Poliester, Cerámico, Tantalio.