Capacitores

Aqui no blog em Resistores e Resistores Variáveis foi feito uma abordagem dos resistores fixos e variáveis, que são componentes encontrados com muita frequência nos equipamentos eletrônicos em geral. Outro tipo de componente bastante comum nos equipamentos eletrônicos, e por isso mesmo de grande importância, é o capacitor.

Assim como os resistores, os capacitores são encontrados em diversos formatos e tamanhos; fabricados por diversas tecnologias, possuem várias aplicações práticas.

Aqui veremos inicialmente os chamados capacitores fixos. Veremos como eles funcionam, quais os tipos mais usados na prática e também quais as suas propriedades particulares.

Em resumo este artigo tem como objetivo tratar dos seguintes assuntos:

• O que são e como funcionam os capacitores.
• Quais os tipos de capacitores encontrados nos equipamentos eletrônicos.
• Unidade de capacitância.
• Aplicações dos capacitores.
• Valores comerciais.

O Capacitor

Podemos definir o capacitor como um componente que pode armazenar cargas ou energia elétrica.

Duas placas de metal separadas por um material isolante, formam um componente que chamamos de capacitor plano. As placas de metal são chamadas de armaduras e o material isolante de dielétrico.

Ligando esse componente a uma bateria, conforme mostrado na imagem abaixo, uma das armaduras se carrega positivamente e a outra negativamente. Ao carregarmos um capacitor, produzimos um campo elétrico entre as armaduras e, em consequência, estabelecemos uma diferença de potencial entre elas.

Circuito capacitor

A quantidade de cargas da armadura positiva é igual à da armadura negativa. Mesmo depois de desligarmos a bateria, essas cargas são mantidas pela atração mútua através do dielétrico.

Se as armaduras de um capacitor forem interligadas por meio de um fio condutor, as cargas podem fluir de uma para a outra até se anularem, pois, conforme vimos, elas são equivalentes e de polaridades opostas. Nessas condições, o capacitor se descarrega, conforme mostrado na imagem abaixo.

Descarga capacitor

A quantidade de cargas que um capacitor pode armazenar depende de fatores como:

1. O tamanho das armaduras: quanto maiores forem as armaduras de um capacitor, mais energia ele pode armazenar. Podemos dizer que a capacidade de armazenamento é diretamente proporcional à superfície das armaduras.
2. A separação entre as armaduras: quanto mais próximas elas estiverem uma da outra, maior será a quantidade de cargas que o capacitor pode armazenar. Podemos dizer que a capacidade de armazenamento é inversamente proporcional à separação entre as armaduras.
3. A diferença de potencial estabelecida entre as armaduras: a quantidade de cargas que podemos armazenar num capacitor depende da tensão em que isso ocorre.
4. O material de que é feito o dielétrico: o tipo de material usado como dielétrico também influi na capacidade de armazenamento de um capacitor. Se um material com maior constante dielétrica for usado, o capacitor pode armazenar maior quantidade de cargas.

O conceito de constante dielétrica refere-se à capacidade de que cada material tem de absorver cargas elétricas. O ar e o vácuo possuem uma constante dielétrica igual ou próxima de 1. No entanto, alguns materiais empregados na fabricação de capacitores possuem constantes dielétricas muito maiores. Confira na lista a seguir as constantes dielétricas de alguns desses materiais.

Lista Constante Dielétrica

• Ar: 1,0006
• Baquelite: 5
• Vidro: 6
• Mica: 5
• Óleo: 4
• Papel: 2,5
• Borracha: 3
• Teflon: 2

Tipos de capacitores

Os materiais e a forma como são feitos os capacitores normalmente lhes são os nomes. Assim, para aplicações em eletricidade e eletrônica, encontramos capacitores de mica, cerâmica, poliéster, styroflex, papel, etc., que são nomeados conforme o material de que são feitos.

No que diz respeito à maneira como são feitos, podemos encontrar capacitores planos, tubulares, eletrolíticos, etc. O fato é que não precisamos necessariamente usar armaduras planas.

Uma tecnologia muito usada para fabricar capacitores consiste em se colocar uma folha flexível de material isolante, como papel, plástico (poliéster, styroflex, policarbonato), etc., entre duas folhas de material condutor. Enrolando depois o conjunto e acrescentando os fios terminais, obtemos um capacitor de formato tubular (imagem abaixo).

Partes de um capacitor

Outro tipo de capacitor é aquele em que o metal de uma das armaduras é “atacado” quimicamente por uma substância, formando-se entre eles uma película isolante que será o dielétrico. Como o líquido (denominado eletrólito) que ataca quimicamente o material é condutor, ele forma a outra armadura.

Este tipo de capacitor é denominado eletrolítico, e pode ser de alumínio ou tântalo, conforme o material de metal.

Agora veremos detalhes e imagens dos diferentes tipos de capacitores.

Capacitor de alumínio: Este tipo de capacitor possui como dielétrico uma película isolante formada no momento em que o eletrólito entra em contato com o metal do capacitor (terminal positivo). Assim o eletrólito será o terminal negativo deste capacitor. O capacitor eletrolítico de alumínio possui marcação em seu envólucro de qual é o terminal positivo e negativo. Na imagem abaixo temos um capacitor eletrolítico de alumínio PTH e na imagem seguinte um eletrolítico SMD.

Capacitor eletrolítico de alumínio

Capacitor eletrolítico de alumínio SMD

Capacitor de poliéster: Os capacitores de poliéster possui uma faixa de tolerância de 5 a 10%. É um componente barato e tem boa estabilidade com a temperatura, existente em uma ampla faixa de valores e por isso, muito usado. É um dielétrico robusto, podendo suportar temperaturas de 55 a +85ºC. As aplicações típicas para este tipo de capacitor são acoplamento, desacoplamento, by-pass. Quando usados em fontes chaveadas a corrente deve ser limitada para reduzir o auto-aquecimento. Também é adequado para aplicações de armazenagem e descarga de energia, devido à robustez e elevada rigidez dielétrica do poliéster. Nas imagens abaixo temos dois modelos de capacitor de poliéster.

Capacitor de poliéster
Capacitor de poliéster 2

Capacitor cerâmico: Este tipo de capacitor é um dos mais conhecidos e usados. Ele é formado por um disco de cerâmica (material dielétrico), e duas fitas metálicas em cada uma das suas faces. Geralmente são usados em circuitos de alta frequência e corrente contínua. Os capacitores cerâmicos são encontrados em televisores, rádios, flash de câmeras, roteadores, etc. Na imagem abaixo temos um capacitor cerâmico.

Capacitor de cerâmica

Capacitor de tântalo: Os capacitores de tântalo é usado quando se quer diminuir o tamanho de um circuito. Seu material dielétrico é o óxido de tântalo, possui baixa corrente de fuga e dura bem mais que outros eletrolíticos. O capacitor de tântalo é um capacitor eletrolítico e portanto polarizado. Na sua utilização deve-se atentar para o terminal positivo e negativo. Geralmente os fabricantes fabricam com o terminal positivo maior que o terminal negativo. Na imagem abaixo temos um capacitor de tântalo.

Capacitor de tântalo

Capacitor de mica: Antes da segunda guerra mundial, a mica era o dielétrico mais comum para capacitores nos Estados Unidos. Apesar de a mica ser um excelente material para dielétrico, ela não é muito abundante na natureza. Apesar da baixa aplicação, o capacitor de mica é excelente para aplicações de ressonância, isto é, radiofrequência, sendo excelente em qualquer aplicação de alta frequência. Este tipo de capacitor é estável referente a temperatura, possui baixa tolerância, são bastante precisos e é possível encontrar com valores de capacitância de até algumas centenas de picoFarads. Na imagem abaixo temos um capacitor de mica.

Capacitor de mica

Capacitor SMD: Estes capacitores são para montagem em superfície. O material dielétrico destes capacitores podem ser cerâmica, tântalo, mica, entre outros. Na imagem abaixo temos um capacitor SMD.

Capacitor SMD

Capacitor variável: Este tipo de capacitor são usados em circuitos de sintonia, como por exemplo, a sintonia de um rádio. Este capacitor tem como material dielétrico, em grande parte, o ar e as placas são de alumínio ou latão. Este tipo de capacitor não é indicado para elevadas tensões e potências. Na imagem abaixo temos um capacitor variável.

Capacitor variável

Capacitor a óleo: Este tipo de capacitor ainda tem sua utilização em aplicações especiais, como por exemplo, em sistemas de geração e distribuição de energia. Não são mais utilizados em equipamentos eletrônicos convencionais. Na imagem abaixo temos um capacitor deste tipo.

Capacitor a óleo

Capacitor de Polipropileno: Este tipo de capacitor tem capacitâncias de até alguns microfarads,é indicado para tensões de algumas centenas de volts e possuem baixa resistência interna. Na imagem abaixo temos um capacitor de polipropileno.

Capacitor de polipropileno

Capacitor Despolarizado (AC): São capacitores eletrolíticos de alumínio, portanto, eles são despolarizados, para uso em aplicações de corrente alternada, como por exemplo, partida de motores, correção do fator de potência, etc. Na imagem abaixo temos um capacitor despolarizado.

Capacitor despolarizado AC

Supercapacitor: Este tipo de capacitor são de tecnologia recente, com capacitâncias da ordem de farads. Eles podem usados como fontes de alimentação ou baterias. São empregados por exemplo em veículos elétricos, sistemas de geração de energia alternativa, etc. Na imagem abaixo temos um supercapacitor.

Supercapacitor

Capacitância

A quantidade de cargas que podemos armazenar num capacitor depende da tensão em que isso ocorre. Essa relação carga / tensão nos dá uma grandeza denominada capacitância do capacitor.

Chamado de C a capacitância, de Q a quantidade de cargas e de U a tensão, podemos escrever:

C = Q / U

A unidade de capacitância é o Farad, abreviado por F, mas o Farad é muito grande, sendo em muitos casos muito mais prático usar seus submúltiplos:

✓microfarad (μF) que equivale a 0,000001 farad ou 10^-6 F
✓nanofarad (nF) que equivale a 0,000.000.001 F ou 10^-9 F
✓picofarad (pF) que equivale a 0,000.000.000.001 farad ou 10^-12 F

Veja que:
1 nanofarad = 1.000 picofarads
1 microfarad = 1.000 nanofarads
1 microfarad = 1.000.000 picofarads

Códigos dos capacitores

Na prática, encontramos capacitores numa faixa de valores muito grande, que vai de poucos picofarads a mais 100.000 microfarads ou perto de 1 farad para os capacitores tradicionais e outros com valores mais elevados referentes aos supercapacitores.

Isso significa que os capacitores podem ser encontrados em tamanhos os mais variados, desde as pequenas pastilhas para montagem em superfície, de dimensões reduzidas a poucos milímetros, até os grandes, tubulares, do tamanho de uma garrafa de refrigerante de 2 litros.

Da mesma forma que nos resistores, nos capacitores pequenos a indicação dos valores pode apresentar dificuldades, o que leva os fabricantes a adotar códigos variados. A existência de mais de uma forma de se marcar o valor de um capacitor pode levar a interpretações equivocadas, por isso mesmo é preciso estar atento.

A seguir temos a marcação de códigos encontrados em alguns capacitores.

4N7
2J7
10k
103
223

Nos dois primeiros casos (4N7, 2J7) temos a marcação de capacitores cerâmicos de pequenos valores (da ordem de poucos picofarads), em que uma letra substitui a vírgula decimal. Esta letra indica o comportamento térmico do capacitor, ou seja, se ele aumenta ou diminui de capacitância com o calor e em que proporção. Assim 4N7 significa que se trata de um capacitor de 4,7 nF (observe que o N é maiúsculo).

Depois temos a marcação (10k) em que é usado a letra k (minúsculo) para indicar quilo ou milhares de picofarads. Para este tipo de marcação, 4k7 significa que se trata de um capacitor de 4.700 picofarads, ou 4,7 nF; 10k refere-se a um capacitor de 10.000 picofarads, ou 10 nF.

Logo em seguida marcação (103, 223), temos os mais comuns, que é o mesmo código de três dígitos usado nos resistores. Nele, os dois primeiros números indicam os dois primeiros dígitos da capacitância; o terceiro indica o fator de multiplicação, ou o número de zeros a serem acrescentados. O resultado obtido é em picofarads. Por exemplo 223 indica 22 x 1.000, ou 22.000 pF, que também pode ser expresso por 22 nF. O código 474 indica 47 x 10.000 ou 47.000 pF, que equivale a 470 nF ou 0,47 uF.

Relembrando o que foi abordado neste artigo.

• Capacitores são componentes que armazenam cargas elétricas.
• Os capacitores possuem duas armaduras e um dielétrico.
• Num capacitor carregado as armaduras estão com cargas elétricas de sinais opostos.
• Interligando as armaduras, o capacitor descarrega-se.
• O tipo de material do dielétrico dá nome ao capacitores.
• A unidade de capacitância é o Farad.
• Para especificar os valores de capacitores, são usados os submúltiplos do Farad: microfarad, nanofarad, picofarad.
• Os capacitores podem ter os valores de suas capacitâncias marcados por códigos especiais. O mais usado é o de 3 dígitos.
• Na maioria desses códigos, os valores são expressos em picofaradas.
• Cuidado para não confundir o k (quilo) com o K (coeficiente de temperatura).

A seguir temos algumas perguntas e respostas com temas ligados ao conteúdo deste artigo.

O que acontece se tocarmos na armaduras de um capacitor carregado?
Muitos capacitores, quando carregados, apresentam tensões elevadas entre as armaduras, podendo causar fortes choques em quem os tocar. Evidentemente, para que haja o choque, devemos tocar nas duas armaduras ao mesmo tempo, de modo que a descarga ocorra através do corpo. Os inventores do capacitor (denominado originalmente Garrafa de Leyden), não sabendo como usá-lo em outra coisa, ficavam dando choques uns nos outros para demonstrar seu funcionamento.

Como saber de que tipo é um capacitor quando o encontramos em um equipamento?
Os capacitores têm formatos diferentes e com o tempo aprenderá a reconhecer cada um.

O que acontece quando um capacitor queima?
Da mesma forma que qualquer outro componente eletrônico, os capacitores também apresentam problemas. Três tipos de problemas podem ocorrer com um capacitor:

1. Quando ele entra em curt, ou seja, o dielétrico perde suas propriedades isolantes e as cargas podem escoar de uma armadura para a outra.
2. Quando as armaduras se desligam dos fios por onde são levadas as cargas, caso em que o capacitor está aberto, ou seja, não funciona.
3. Quando o dielétrico passa a conduzir levemente a corrente, deixando as cargas escoarem, mas vagarosamente. É dito nesse caso, que o capacitor apresenta fugas.

Podemos trocar um capacitor de um tipo por outro num circuito?
Depende da aplicação. Para cada tipo de aplicação exige-se determinado tipo de capacitor.

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Referências: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica