Curva Capacitor

CC ENTRO ENTRO FF EDERAL DE EDERAL DE EE DUCAO DUCAO TT ECNOLGICA DE ECNOLGICA DE SS A N T A A N T A

CCATARINAATARINA GG ERER NCIA NCIA EE DUDU CC AA CC II OO NN AA LL DD EE EE LL EE TT RR NN II CC AA

CAPACITORESCAPACITORES

PROF. FERNANDO LUIZ ROSA MUSSOI PROF. MARCO VALRIO MIORIM VILLAA

TERCEIRA EDIO FLORIANPOLIS OUTUBRO, 2000.

CAPACITORES Profs. Fernando Luiz Mussoi e Marco V. Villaa

CEFET/SC - Gerncia Educacional de Eletrnica 2

ndicendice

FUNDAMENTOS DOS CAPACITORES ................................ ................................ ...............................4 O CAPACITOR DE PLACAS PARALELAS ................................ ................................ ................................5

O CARREGAMENTO DE UM CAPACITOR................................ ................................ ..........................6

PERMISSIVIDADE ELTRICA E CONSTANTE DIELTRICA................................ ...............................7

COMPORTAMENTO DOS CAPACITORES EM CIRCUITOS CC ................................ ......................... 11 CARGA DO CAPACITOR: ................................ ................................ ................................ ............ 11 DESCARGA DO CAPACITOR................................ ................................ ................................ ....... 12 USO DO CAPACITOR COMO FILTRO................................ ................................ ................................ ..... 14

ASSOCIAO DE CAPACITORES:................................ ................................ ................................ .. 15 ASSOCIAO EM SRIE: ................................ ................................ ................................ ...................15 ASSOCIAO EM PARALEL O:................................ ................................ ................................ ............. 16 ASSOCIAO MISTA: ................................ ................................ ................................ ......................17 EXERCCIOS ................................ ................................ ................................ ................................ .. 17

PRINCIPAIS PARMETROS DOS CAPACITORES: ................................ ................................ ..........18

TIPOS DE CAPACITORES: ................................ ................................ ................................ ............. 19 CAPACITORES DE DISCO CERMICO: ................................ ................................ ................................ ... 19

Caractersticas dos Capacitores Cermicos:................................ ................................ ...............20 Identificao da Capacitncia Nominal do Capacitor Cermico:................................ .................... 20 Identificao da Tolerncia:................................ ................................ ................................ ....... 20 Identificao quanto as caractersticas de temperatura................................ ................................ 21 Identificao da tenso nominal:................................ ................................ ................................ 22

CAPACITORES CERMICOS PLATE: ................................ ................................ ................................ ... 22 CAPACITORES CERMICOS MULTICAMADAS:................................ ................................ ......................... 23 CAPACITORES DE FILME PLSTICO:................................ ................................ ................................ ..... 23

Tipo No Metalizado:................................ ................................ ................................ ................ 24 Tipo Metalizado: ................................ ................................ ................................ .......................24 Identificao dos Capacitores de Filme Plstico: ................................ ................................ ........ 25

CAPACITORES ELETROLTICOS DE ALUMNIO: ................................ ................................ ........................ 26 Capacitores Eletrolticos Polarizados e No-Polarizados (bipolares): ................................ ............ 28 Identificao dos Capacitores Eletrolticos: ................................ ................................ ................ 28

CAPACITORES ELETROLTICOS DE TNTALO:................................ ................................ ......................... 29 Identificao dos Capacitores de Tntalo: ................................ ................................ ..................29

CAPACITORES VARIVEIS: ................................ ................................ ................................ ................ 29 Trimmers:................................ ................................ ................................ ................................ 30

OUTROS TIPOS DE CAPACITORES : ................................ ................................ ................................ ......31 Schiko: ................................ ................................ ................................ ................................ ... 31 Nugget: ................................ ................................ ................................ ................................ ... 31

EXERCCIOS ................................ ................................ ................................ ................................ .. 31

ANEXO I................................ ................................ ................................ ................................ ......... 34 ENTENDENDO O CAPACITOR ATRAVS DE UMA ANALOGIA HIDRUL ICA ................................ ........................ 34

ANEXO II................................ ................................ ................................ ................................ ........ 36 GUIA DE APLICAES PARA CAPACITORES ................................ ................................ ..........................36

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS: ................................ ................................ ................................ . 38



Fundamentos dos CapacitoresFundamentos dos Capacitores

Um capacitor (ou condensador) um dispositivo eletro-eletrnico que serve para armazenar energia eltrica no campo eltrico existente no seu interior. Para entendermos o seu funcionamento, vamos inicialmente considerar um corpo carregado ou um gerador de cargas eltricas conectado a uma esfera condutora de raio R, imersos num meio cuja constante eletrosttica k, conforme indica a figura 1.

R

Gerador de CargasEsfera Condutora

meio k

Figura 1 - Carregamento (eletrizao) de uma esfera condutora por contato com um gerador de cargas Atravs de um condutor, a esfera ser eletrizada (carregada) por contato, com uma quantidade de carga Q. Sabemos, do estudo da Eletrosttica que, o potencial eltrico formado na superfcie de uma esfera condutora carregada dado pela equao:

Vk Q

R=

Onde: V = potencial eltrico na superfcie da esfera, em Volts (V) Q = quantidade de carga, em Coulombs (C) R = raio da esfera, em Metros (m) k = constante eletrosttica do meio (9 x 109 N.m2/C2, para o vcuo) Operando esta equao obtemos:

Q

V

R

k=

Se aumentarmos a quantidade de carga Q na esfera, verificamos que o potencial eltrico V aumenta na mesma proporo, o que nos fornece a seguinte relao matemtica:

Q

V

Q

V

Q

V

R

kcte Cn

n

1

1

2

2= = = = = =L

Esta constante C, que depende do raio da esfera e do meio ou da quantidade de carga Q e do potencial eltrico V, chamada Capacitncia.

A Capacitncia expressa a habilidade de um dispositivo armazenar cargas eltricas. Assim,



CR

k=

Ou ento:

CQ

V=

A unidade de capacitncia o Farad (F), dado pela relao Coulomb por Volt. Dizemos, ento, que um dispositivo tem a capacitncia de 1 Farad quando uma carga de 1 Coulomb armazenada fizer estabelecer um potencial eltrico de 1 Volt. As sub-unidades mais usuais so o microfarad (mF), o nanofarad (nF) e o picofarad (pF), pois o Farad uma unidade muito grande. Por que? Exemplo: Calcule o raio necessrio para que uma esfera condutora apresente uma capacitncia de 1F, no vcuo.

Sabemos que kRC = , ento:

m1091091kCR 99 === Ento, para uma esfera condutora possuir uma Capacitncia de 1F, no vcuo, dever ter um raio de 9.000.000.000m, ou um dimetro de 18 bilhes de metros, maior que o Sol. Podemos perceber que a unidade Farad muito grande e que capacitores esfricos no so eficientes.

O Capacitor de Placas Paralelas

O Capacitor de Placas Paralelas composto por duas placas condutoras paralelas ou eletrodos (tambm chamadas de Armaduras) separadas por um material dieltrico de espessura uniforme. As placas condutoras podem ser de qualquer material bom condutor de eletricidade. comum o uso do alumnio e do cobre. O dieltrico deve ser um material mau condutor (um isolante). comum o uso de materiais plsticos e cermicos e de xidos isolantes. O capacitor elementar (bsico) de placas planas e paralelas e sua simbologia, usada nos diagramas de circuitos eletrnicos, so mostrados na figura 2.



Terminal

Dieltrico (Isolante)

Condutor (placa ou armadura)

Simbologia

Figura 2 - Capacitor de Placas Paralelas: elementos construtivos e simbologia

O Carregamento de uO Carregamento de um Capacitorm Capacitor

O que acontece no interior do capacitor? Como ele se carrega? Consideremos a figura 3, onde um capacitor est conectado a uma fonte de corrente contnua. De acordo com a Teoria Atmica j estudada, sabemos que os materiais so compostos de tomos cuja estrutura semelhante ao Sistema Solar (ncleo e rbitas). Sabemos que os materiais isolantes so compostos por tomos com eltrons intimamente ligados ao ncleo, razo pela qual no facilitam o deslocamento de eltrons (corrente eltrica). Tambm sabemos que a estrutura dos metais caracterstica porque os seus tomos tm eltrons que saem facilmente de suas rbitas e se convertem em eltrons-livres. . O plo positivo da bateria atrai os eltrons de uma placa deixando-a mais positiva (perdeu eltrons). Esta placa, por sua vez, atrai os eltrons do plo negativo da bateria para a outra placa, deixando-a mais negativa (recebe eltrons). Desta forma estabelece-se um fluxo de eltrons (corrente eltrica) no circuito, apesar de no haver a passagem de cargas eltricas atravs do dieltrico do capacitor. As duas placas ficam carregadas com iguais quantidades de carga, porm de sinais contrrios. A figura 4 indica esta situao. Este processo continua at que o capacitor esteja plenamente carregado, quando ento o fluxo de eltrons se interrompe. Quando carregado por uma bateria, um eletrodo (placa condutora metlica) do capacitor torna-se positivamente carregado e o outro torna-se negativamente carregado atravs da repulso

eletrosttica Como as duas placas esto carregadas com cargas de sinais diferentes, surge um Campo Eltrico Uniforme orientado da placa positiva para a placa negativa, como indica a figura 4. Como cargas eltricas imersas num campo eltrico possuem potencial eltrico, a diferena de potencial entre as placas estabelece uma tenso eltrica do capacitor carregado. por esta razo que dizemos que o capacitor armazena energia no seu campo eltrico.

O Capacitor armazena energia no campo eltrico porque este forma um bipolo eltrico que estabelece uma diferena de potencial (tenso) entre as placas carregadas.



+ + + +

- - - -

+

Placas Condutoras

Dieltrico

- - - -

+ + + +

+ + + +

- - - -

-

-

-

-

Placas Condutoras

Dieltrico

+

+ + + +

- - - -

Placas Condutoras

Dieltrico

+

Figura 3 - Um capacitor sendo carregado

Figura 4 Campo eltrico uniforme existen te no interior de um capacitor

Permissividade Eltrica e Constante Permissividade Eltrica e Constante DieltricaDieltrica

Quando o desenho do capacitor aumentado, percebemos que a presena das cargas eltricas armazenadas nas placas induz (eletrizao por induo) cargas no dieltrico causando a sua polarizao, como indica a figura 5. Estas cargas induzidas e a conseqente polarizao do dieltrico determinam a chamada Permissividade Eltrica e. Cada material



dieltrico tem seu prprio valor de Permissividade, que nos d uma noo da sua capacidade de se polarizar. Uma medida mais prtica e mais conhecida a chamada Permissividade Relativa ou Constante Dieltrica, K. K a relao entre a permissividade do dieltrico do material em uso e a permissividade do vcuo. Portanto, todos os valores de Constante Dieltrica (ou Permissividade Relativa) so relacionados permissividade do vcuo.

Permissividade Eltrica a capacidade de um material dieltrico polarizar-se quando sob a ao de um Campo Eltrico.

+ + + +

- - - -

- - - -

+ + + +

Figura 5 - Cargas eltricas nas placas de um capacitor polarizando o seu dieltrico No vcuo, K=1, enquanto K em outros materiais tem algum valor sempre maior que 1. Quanto maior o valor de K, mais capacitncia pode ser obtida, se todos os outros parmetros do capacitor forem mantidos iguais. A Tabela 1 apresenta valores para a Constante Dieltrica K de vrios materiais. Observaes: A Constante Dieltrica K (maisculo), a Permissividade Eltrica ee 0 e a Constante

Eletrosttica k (minsculo) so valores relacionados entre si pelas equaes:

materialmaterial k4

1p

=e e vcuo

materialmaterialK e

e=

onde e vcuo = 8,85.10-12 F/m Como K um valor relativo, adimensional.



TABELA I - CONSTANTE DIELTRICA (K) PARA DIVERSOS MATERIAIS

Material Constante Dieltrica K K Usual Vcuo 1 1

Ar 1,0001 1 gua 78,0 78

xido de Alumnio 7 a 8 Cermica 10

Vidro 4 a 10 8 Vidro Pyrex 4,5 4,5

Mica 6 a 8 6 Papel 2 a 5 3,5

Pertinax 5 5 Policarbonato (MKC ou MAC) 3 3

Polister (MKT) 3,0 a 3,2 Polipropileno (MKP) 2,1 a 2,3 Poliestireno (MKS) 2,5 2,5

Porcelana 4 a 8 6,5 xido de Tntalo 11 11

Teflon 2,0 a 2,1 Baquelite 4,8 4,8

Fontes: referncias 11 e 16 Podemos, ento, relacionar as grandezas que influem na capacitncia de um capacitor:

Quanto maior a rea das placas do capacitor, maior quantidade de eltrons -livres podemos obter para serem deslocados para o positivo da bateria, como vimos na figura 3. Portanto, mais carga ser armazenada e ser a capacitncia.

Quanto maior a distncia entre as placas, maior ser a camada dieltrica, menor ser a influncia de uma placa sobre a outra, menor a quantidade de carga armazenada e portanto, menor a capacitncia.

Quanto maior a constante dieltrica, mais polarizvel o dieltrico e, portanto, mais carga ser possvel armazenar nas placas at que se estabelea o equilbrio de tenses entre a fonte e o capacitor.

Assim, a capacitncia de um capacitor depende diretamente da rea das placas e do tipo de material dieltrico usado (constante dieltrica K) e inversamente da distncia entre as placas. A expresso da capacitncia dada em funo dos parmetros indicados na figura 6. Nota-se a presena da constante 8,85 x 10-12 (a permissividade do vcuo).

dAC e= ou,

dA.K).1085,8(C 12-=



onde: C Capacitncia, em Farad (F) K Constante Dieltrica, adimensional A rea das Placas, em metros quadrados (m2) D Distncia entre as placas, em metros (m)

A

d

K

Figura 6 - A Equao do Capacitor em funo das caractersticas construtivas

A nica dificuldade no uso desta ltima equao manter a coerncia das unidades. Capacitncia dada em Farads (F), a rea A dada em metros quadrados (m2) e a distncia entre as placas dada em metros (m). K uma taxa e um nmero puro (sem dimenses). Algumas vezes, constantes diferentes so usadas na equao. Isto acontece quando outras unidades alm de Farads e metros so usadas. Microfarads e polegadas podem ser usadas, por exemplo, desde que as constantes sejam adequadas. Exemplo: Para se ter uma idia do qu a unidade Farad, calcule a rea que seria necessria para as placas de um capacitor para ter 1 Farad de capacitncia, operando no vcuo, com espaamento entre as placas de 1,0mm. Primeiro, isole a varivel de rea A na equao e coloque os valores conhecidos:

C KA

d= -( , ). .8 85 10 12 ou A

C d

K=

-.

( , ).8 85 10 12

dados: K = 1 (vcuo) C = 1 F d = 1,0mm (=0,001m)

A m=

=-1 0 001

8 85 10 1113 00000012

2,( , )

. .

O resultado obtido de 113 milhes de metros quadrados! fcil perceber, ento, porque no freqente encontrarmos capacitores de 1F, fabricados com vcuo como isolante e com 1,0mm de distanciamento entre as placas. Capacitores a vcuo so fabricados apenas para uso em laboratrios de padres de medidas. Todos os capacitores comerciais usam materiais dieltricos com valores de K maiores para diminuir suas dimenses e aumentar a capacitncia. Qual seria a rea necessria se o material dieltrico tivesse K=10, para o exemplo anterior? Alguns materiais usados atualmente esto relacionados na Tabela 1. H uma tendncia para os materiais de K mais elevados. Ento, porque so fabricados capacitores com os materiais que possuem baixos valores de K como os capacitores com isolantes plsticos? A resposta geralmente se encontra nas outras caractersticas dos capacitores como a estabilidade com



relao a temperatura, faixas de tenses, facilidades construtivas, etc., como ser visto posteriormente.

Comportamento dos Capacitores em Circuitos Comportamento dos Capacitores em Circuitos CCCC

Qual o comportamento dos capacitores quando conectados aos circuitos de corrente contnua? Certamente o mais simples o circuito RC (de temporizao), mostrado na figura 9. chamado RC porque a combinao da resistncia R e a capacitncia C determina sua operao durante a carga e a descarga do capacitor.

CARGA DO CAPACITOR:

C

R Ch1

+ Vf I +

0VVV CRF =--

RVV

I CF-

=

Figura 9 - Circuito RC em corrente contnua No instante em que a chave fechada, h um mximo de repulso eletrosttica (fluxo de eltrons mximo) e, portanto, a corrente mxima enquanto a tenso sobre o capacitor nula. O capacitor inicia o processo de carga e o fluxo de eltrons (corrente) tende a diminuir enquanto a tenso sobre ele se eleva. Quando o capacitor estiver completamente carregado, como se fosse um tanque fechado (lacrado) completamente cheio e no circula mais corrente. Neste instante, a tenso sobre o capacitor mxima e igual tenso da fonte (bateria). Portanto, a tenso sobre o capacitor aumenta desde zero (completamente descarregado) at igualar-se tenso da fonte, seguindo uma curva pr-determinada com relao ao tempo. A corrente no circuito sofre uma variao instantnea desde zero at um valor mximo (dependente da resistncia do circuito) e decai a zero, enquanto o capacitor se carrega.

Tenso no Capacitor (V)

Tempo (s)

Vf 3 2

1

Figura 10.a - Tenso sobre um capacitor num circuito RC carga



Corrente no Capacitor (A)

Tempo (s)

I C =V f /R

Figura 10.b - Corrente sobre um capacitor num circuito RC - carga

Se o resistor for pequeno, a corrente flui facilmente e o capacitor carregado mais rapidamente. Se houver um resistor de alto valor, o processo de carga segue uma curva diferente e levar mais tempo para o carregamento. O comportamento da tenso versus tempo tambm influenciado pelo tamanho do capacitor. Se a capacitncia muito alta, o capacitor requerir mais energia para carreg-lo (a rea do tanque maior), e a corrente fluindo pelo resistor requerir mais tempo para carreg-lo. A figura 10.a apresenta 3 curvas de carga, cada uma atingindo o mesmo ponto final, mas atravs de diferentes caminhos. A figura 10-b apresenta o comportamento da corrente durante o carregamento do capacitor. Ajustando o valor da resistncia R e da capacitncia C, as curvas 1,2, 3 e muitas outras podem ser formadas. Qual a utilidade disto? Um circuito temporizador pode acionar ou desliguar um aparelho aps um tempo pr-especificado atravs da tenso sobre o capacitor operando uma chave quando alcanar um valor pr-determinado. Se outras consideraes neste circuito exigissem que a chave fosse operada para uma tenso decrescente, em vez de uma tenso crescente, a tenso que aparece sobre o resistor poderia ser usada, conforme equao da figura 9. No instante em que a chave for fechada, toda a tenso da bateria aparece sobre o resistor e nenhuma sobre o capacitor. Neste instante, o capacitor se comporta como um curto-circuito. A tenso sobre o resistor decresce com o tempo enquanto a tenso sobre o capacitor aumenta com o tempo. Note que o capacitor bloquear o fluxo de corrente contnua quando estiver carregado. O capacitor carregado se comporta como um circuito aberto.

Equaes que regem as curvas de carga do capacitor:

-=

-RCt

FC e1VV

=

-RC

t

FR eVV

RCt

F eRV

I-

=

DESCARGA DO CAPACITOR

A corrente poder fluir novamente desde que a chave seja conectada para descarregar o capacitor, como indica a figura 11. Os eltrons da placa negativa so atrados pelas cargas positivas da outra placa provocando uma corrente eltrica proporcionada pela tenso do



capacitor. A energia armazenada no capacitor flui como corrente atravs do resistor at que a tenso sobre o capacitor alcance zero, como indicam as curvas da figura 12. O capacitor pode, ento, ser comparado com uma fonte (bateria), embora os princpios de operao sejam completamente diferentes.

C

RCh1

+Vcc I +

Figura 11 Circuito para a descarga do capacitor

Tenso no Capacitor

Tempo

Vf

Corrente no Capacitor (A)

Tempo (s)

I = VC / R

Figura 12 - Comportamento da tenso e da corrente na descarga do capacitor Note que a corrente no circuito sofre uma variao instantnea desde zero at um valor mximo (dependendo a resistncia R do circuito) mas em sentido contrrio, pois o capacitor est se comportando como uma fonte de tenso (fornecendo corrente). Na medida em que a tenso cai a zero a corrente acompanha a mesma tendncia.

Equaes que regem as curvas de descarga do capacitor:

==

-RC

t

FRC eVVV

=

-RC

tF e

RV

I

Energia Armazenada no Capacitor:

A energia potencial armazenada no capacitor, em Joules (J), pode ser dada pela equao:



2P VC2

1E =

Constante de Tempo RC:

CR =t

Uso do Capacitor como Filtro

Os Capacitores podem ser definidos basicamente da seguinte maneira: So componentes que armazenam energia na forma de Campo Eletrosttico; So componentes que se opem s variaes de tenso em seus terminais; So componentes capazes de deixar passar sinais eltricos de freqncias elevadas e de

se opor passagem de sinais de baixas freqncias. A capacidade de armazenamento do capacitor usada para obter-se bons efeitos em filtros. Um retificador de meia onda oferece um bom exemplo, como indica a figura 13. Este retificador fornece uma tenso de sada (isto , a tenso sobre uma carga, aqui representada como um resistor) que contnua pulsante, como indica a figura 14.

CARGA V ~ Fonte

Figura 13 - Medio de uma tenso de uma fonte A figura 14 mostra que, apesar da tenso variar desde zero at um valor mximo, ela caii completamente a zero durante um intervalo de tempo. O objetivo uma linha reta sobre este grfico representando uma tenso contnua permanente. Adicionando um capacitor ao circuito, em paralelo com a carga, como mostra a figura 15, se amortecero estas flutuaes e a tenso de sada se aproximar da linha reta desejada.

tempo

Tenso CCdesejada

Tenso no- filtradaVS

Figura 14 - Tenso contnua flutuante de um retificador de meia onda



CARGA V ~ CFonte

Figura 15 - Filtro capacitivo Comeando com a tenso em zero e o capacitor descarregado, a fonte ligada. Enquanto a tenso comea a crescer, alguma corrente fluir para carregar o capacitor enquanto a restante passa atravs do resistor. Algum tempo antes de o capacitor estar completamente carregado, a tenso da fonte comea a diminuir: to logo a tenso da fonte estiver abaixo da tenso do capacitor, o capacitor comear a descarregar e a corrente fluir do capacitor, mantendo a tenso sobre o resistor. Se o valor da capacitncia for escolhido corretamente, o capacitor no pode ser totalmente descarregado durante o tempo disponvel, e o capacitor ser carregado novamente quando o tenso da fonte exceder a tenso do capacitor. O resultado de um filtro simples deste tipo no produzir a tenso contnua permanente desejada (uma linha reta perfeita no grfico), mas produzir uma forma de onda semelhante mostrada na figura 16, mas bem mais prxima de uma tenso CC permanente que da figura 14. Nesta aplicao, o capacitor age como um armazenador de energia da onda de entrada e libera

esta energia para a sada, conforme necessrio. Podemos tambm dizer que o capacitor se ope variao da tenso de entrada.

tempo

Tenso CCdesejada

Tenso filtrada

Tenso no- filtrada

Figura 16 - Forma de onda da corrente contnua filtrada.

Associao de capacitores:Associao de capacitores:

Da mesma forma que podemos associar resistores, tambm podemos associar capacitores com a finalidade de obermos valores de capacitncias equivalentes diferentes dos valores comerciais em que os capacitores so fabricados.

Associao em srie:

Uma ligao em srie de capacitores diminui a capacitncia total porque efetivamente aumenta o espaamento entre as placas, como podemos perceber pela figura 17.



C1

C2

A

B

Ceq

A + BAumento da espessura

do dieltrico diminui a

a capacitncia

Figura 17 Associao srie de capacitores Na associao em srie de capacitores as placas se carregem em efeito cascata e todos os capacitores adquirem a mesma carga, assim:

Q Q Q Q Qn1 2 3= = = =

Porm, como o circuito srie, as tenses nos capacitores se somam :

V V V V Vn1 2 3+ + + + =.. .

Como CQV = , ento:

QC

QC

QC

QC

QCn eq1 2 3

+ + + + =K

1 1 1 1 1

1 2 3C C C C Ceq n= + + + +K

A capacitncia equivalente de n capacitores em srie dada pelo inverso da soma dos inversos

das capacitncias dos n capacitores Para apenas dois capacitores em srie esta expresso equivale a:

CC CC Ceq

=+

1 2

1 2

Associao em paralelo:

A ligao em paralelo de capacitores aumenta a capacitncia total porque aumenta a rea de placas recebendo cargas, como podemos perceber pela figura 18.

C1 C2 Age comoCeq

Maior rea

de placas

Aumenta a

Capacitncia

Figura 18 Associao Paralela de Capacitores



Na associao em paralelo de capacitores todos os capacitores esto sujeitos a mesma tenso, assim:

V V V V Vn1 2 3= = = =

Porm, cada capacitor se carrega independentemente e a quantidade de carga armazenada aumenta:

QQQQQ n =++++ ...321

Como VCQ = , ento: C V C V C V C V C Veq n = + + + + 1 2 3 K

C C C C Ceq n= + + + +1 2 3 K

A capacitncia equivalente de n capacitores em paralelo dada pela soma das capacitncias

dos n capacitores

Associao Mista:

a associao composta por partes em srie e em paralelo. Deve ser analisada parte por parte, da mesma forma como feito para os circuitos resistivos.

Exerccios

1) Um capacitor formado por duas placas paralelas separadas por uma camada de ar de 0,3

cm de espessura e, tendo uma capacitncia de 15,0 pF ligado a uma fonte de 150 V. a) Qual a carga do capacitor? b) O dieltrico de ar substitudo por uma folha de mica de 0,3 cm de espessura. Qual a

capacitncia com o dieltrico de mica? c) Que carga adicional recebe o capacitor?

2) Encontre a distncia entre as placas paralelas de um capacitor de 0,01 mF , se a rea de cada placa de 0,07 m2 e o dieltrico de porcelana. Qual a mxima tenso admitida pelo capacitor?

3) Para os circuitos abaixo determine: a) a capacitncia equivalente; b) a tenso e a carga armazenada em cada capacitor

C147uF

C2100uF

C333uF

+ V110V

C1

47uF

C2100uF

C333uF

+ V110V

4) Para o esquema abaixo, determine a carga total armazenada pela associao.



100 V1 uF 2 uF

1 uF 2 uF

4. (ITA/SP) No arranjo de capacitores abaixo, onde todos eles tm 1 mF de capacitncia e os pontos A e D esto ligados a um gerador de 10 V, pergunta-se qual a ddp entre os pontos B e C?

A

B C

D

Principais Parmetros dos Capacitores:Principais Parmetros dos Capacitores:

Antes de estudarmos os tipos de capacitores, precisamos conhecer os seus principais parmetros Capacitncia Nominal (CN) - o valor de capacitncia pelo qual o capacitor denominado e para o qual foi fabricado. O valor real da capacitncia pode apresentar um desvio (uma diferena), em relao ao valor nominal. Tolerncia a Tolerncia uma faixa de variao admissvel para a capacitncia que o capacitor realmente apresenta. O valor da Tolerncia pode ser expresso em valor percentual da capacitncia nominal ou atravs de um intervalo de variao admissvel da capacitncia nominal. Exemplo: Um Capacitor de 100pF (nominal) com tolerncia 10% ou 10pF indica que a sua capacitncia real pode estar entre 90pF e 110pF. Se medirmos a sua capacitncia e o valor estiver nesta faixa, o capacitor estar dentro dos parmetros. Caso contrrio, estar fora de especificao. Tenso Nominal (VN) - a tenso contnua mxima que pode ser aplicada a um capacitor, sem que ele se danifique. Tenso de Operao (Vop) a tenso na qual o capacitor opera sem reduzir sua vida til. Este valor de tenso no deve ser superior tenso nominal do capacitor. Tenso de Pico (Vp) - a mxima tenso que pode ser aplicada num capacitor, por curtos perodos de tempo, at 5 vezes por minuto, durante 1 hora. Resistncia Paralela (RP) - O Material dieltrico inserido entre as placas de um capacitor pode ser definido como um resistor de altssimo valor hmico. A existncia dessa resistncia comprovada pelo fato de um capacitor, uma vez carregado, no conservar a sua carga indefinidamente, pois a carga se escoa lentamente pelo dieltrico. Resistncia Srie Equivalente - RSE (ESR)- A resistncia srie equivalente formada pelas resistncias das placas, resistncias de contato dos terminais com as placas e as resistncias dos prprios terminais do capacitor. O circuito equivalente simplificado de um capacitor apresentado na figura 19.



C Rse

Rp

Figura 19 - Modelo Simplificado de um capacitor real

Corrente de Fuga - o fluxo de corrente atravs do dieltrico. Um baixo valor de corrente de fuga indica um dieltrico de boa qualidade. Caractersticas de Temperatura A temperatura de operao, temperatura qual o capacitor est submetido, geralmente influencia no valor da sua capacitncia. Geralmente, com o aumento da temperatura de operao, a capacitncia tende a aumentar. O comportamento da capacitncia com relao temperatura especificado, pelo fabricante, nas caractersticas de temperatura do capacitor.

Tipos de Capacitores:Tipos de Capacitores:

Existem muitos tipos de capacitores para as mais diversas aplicaes. Os capacitores so classificados, geralmente, com relao ao material do seu dieltrico. Os tipos mais comuns so: Capacitores Cermicos (disco cermico, tipo plate e multicamadas); Capacitores de Filme Plstico (de polister, policarbonato, polipropileno e poliestireno); Capacitores Eletrolticos de Alumnio; Capacitores Eletrolticos de Tntalo; Capacitores Variveis; Etc.

Capacitores de Disco Cermico:

Os Capacitores de Disco Cermico so capacitores cujo dieltrico feito de material cermico. A fabricao desses capacitores comea com o p da cermica que colocado numa prensa e comprimido em forma de pastilhas(dieltrico do futuro capacitor). Aps, as pastilhas so introduzidas num forno para tratamento trmico, sendo rigorosamente inspecionadas na sada do mesmo. Depois da fabricao da pastilha, coloca-se prata vaporizada nas duas faces da mesma, que formaro as placas do capacitor. A soldagem dos terminais, realizada sobre a camada de prata, vem aps os discos sofrerem um banho desengordurante para limpeza. A prxima etapa a impregnao com resina para proteo e isolamento, sendo, aps, realizado em uma estufa um processo de endurecimento da resina impregnada. Veja na figura 20, uma sntese do processo de fabricao dos capacitores cermicos:



Pastilha de

Cermica

Base de

prata

Soldagem dos futurosterminais na base de

prata

Capacitor

Cermico

Figura 20 Etapas do processo de fabricao dos capacitores de disco cermico

Caractersticas dos Capacitores Cermicos: Os capacitores de Disco Cermico apresentam capacitncias de mdia a baixa, na ordem de PICOFARADS. So usados geralmente em circuitos que operam em alta freqncia, onde o baixo fator de perdas e a alta estabilidade do valor da capacitncia so importantes. Existem diversas sries de capacitores cermicos. Em aplicaes onde se tolera uma certa variao da capacitncia em funo da temperatura, utiliza-se capacitores cermicos tipo Uso Geral (GP General Purpose). Quando o valor exato da capacitncia no importante e admite-se grande variao da temperatura, desde que o valor da capacitncia no caia abaixo de um mnimo necessrio, utilizam-se capacitores cermicos tipo GMV (mnimo valor garantido), onde a capacitncia no mnimo igual ao valor marcado no corpo do capacitor. Os capacitores cermicos tipo TC (temperatura compensada) so identificados pelas siglas NPO, CGO ou pela letra N seguida de um nmero. As siglas NPO e CGO indicam que o capacitor apresenta coeficiente de temperatura nulo, isto , sua capacitncia estvel e no se altera dentro de uma faixa ampla de variao de temperatura. A letra N seguida de um nmero indica que o capacitor tem um coeficiente de temperatura negativo, ou seja, a capacitncia diminui com o aumento da temperatura e vice-versa. Por exemplo, N470 significa que, para cada grau centgrado de aumento na temperatura, a capacitncia diminui de 470 x 10-6 pF por pF do seu valor nominal.

Identificao da Capacitncia Nominal do Capacitor Cermico: Os capacitores cermicos geralmente podem ser identificados por: Leitura direta em picofarads (pF ou 10-12F) no corpo do capacitor.

Exemplo: marcao de 8200 indica capacitncia de 8200pF. Um cdigo de 3 algarismos , sendo que os dois primeiros indicam a unidade e a dezena e o

terceiro algarismo indica o nmero de zeros, tambm em picofarads (pF). Exemplo: marcao de 104 indica capacitncia de 100.000pF.

Identificao da Tolerncia: A tolerncia do capacitor cermico expressa por uma letra geralmente aps o valor da capacitncia. A tabela II mostra como identificar a tolerncia em um capacitor cermico. Se a capacitncia for at 10pF devemos usar as colunas da esquerda e central. Se for maior que 10pF, devemos usar as colunas da direita e central.



TABELA II CDIGO PARA IDENTIFICAO DA TOLERNCIA

C 10 pF letra indicativa C > 10 pF +/- 0,1 pF B

+/- 0,25 pF C +/- 0,5 pF D +/- 1 pF F +/- 1 % +/- 2 pF G +/- 2 %

H +/- 3 % J +/- 5 % K +/- 10 % M +/- 20 % S + 50% a - 20% Z + 80% a 20%

+ 100% a 20% P + 100%

Exemplos: a. marcao 5D. Capacitncia nominal de 5pF, tolerncia de +/-0,5pF. Variao da

capacitncia de 4,5 a 5,5pF. b. marcao 470K. Capacitncia nominal de 470pF, tolerncia de +/-10%. Variao da

capacitncia de 423pF a 517pF.

Identificao quanto as caractersticas de temperatura Nos capacitores tipo TC (temperatura compensada) pode aparecer impresso no capacitor o coeficiente de temperatura (ex: NPO e N) ou um cdigo equivalente (ex: NPO = C) Nos capacitores tipo GP (uso geral) e GMV (mnimo valor garantido) os capacitores so identificados com siglas diversas, conforme tabela III. A gama de temperatura indica que se a temperatura variar na faixa dada, h uma variao da capacitncia que a dada pela letra indicativa da faixa de variao da capacitncia. A figura 21 apresenta dois exemplos.

TABELA III CDIGO PARA IDENTIFICAO DAS CARACTERSTICAS DE TEMPERATURA

smbolo indicativo gama de temperatura X5 - 55 0C a + 85 0C X7 - 55 0C a + 125 0C Y5 - 30 0C a + 85 0C Z5 + 10 0C a + 85 0C

letra indicativa variao mxima da capacitncia D +/- 3,3 % E +/- 4,7 % F +/- 7,5 % P +/- 10 % R +/- 15 % S +/- 22 % T +22% - 33% U +22% - 56% V +22% - 82% W +22% - 92%



Identificao da tenso nominal: A tenso nominal nos capacitores cermicos geralmente pode: Ser impressa diretamente no corpo do capacitor, em V ou kV No ser impressa (identificao por catlogo do fabricante). Geralmente 500V para os

maiores e 100V para os mini-discos Ser identificada por um cdigo (ex: um trao ( _ ) indica tenso nominal de 100 V)

Figura 21 Exemplos de identificao de capacitores cermicos

Capacitores Cermicos Plate:

Plate um tipo de capacitor cermico cujas principais vantagens e caractersticas so: tamanho ultra reduzido, grande estabilidade no valor da capacitncia, baixo custo e uma estreita faixa de tolerncia (+/-2% nos capacitores tipo TC). Na tabela IV esto resumidos os principais dados dos tipos de capacitores plate mais comuns. A principal diferena entre os capacitores de disco cermico e os capacitores plate que estes possuem placas retangulares de cobre em vez de placas c irculares de prata.

TABELA IV IDENTIFICAO E PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DOS CAPACITORES PLATE

Corpo Faixa Tipo Tolerncia Tenso Valores Disponveis CINZA PRETA TC - NPO +/-2% 100 V 1,8 a 120 pF CINZA VIOLETA TC - N750 +/-2% 100 V 3,9 a 330 pF OCRE AMARELA GP +/-10% 100 V 180 a 4700 pF OCRE VERDE GMV 80% 63 V 1000 a 22000 pF

Identificao das Caractersticas dos Capacitores Plate: Pela tabela IV podemos identificar as caractersticas dos capacitores Plate pela cor do corpo do capacitor e pela cor da faixa superior. O valor da capacitncia gravado no prprio corpo de capacitor. Ela indicada por dois nmeros e uma letra. A letra ocupa o lugar da vrgula e indica a sub-unidade da capacitncia. Exemplos: a. marcao 4p7, corpo cinza e faixa amarela: capacitncia de 4,7pF, tolerncia de +/-10%,

tenso nominal de 100V e tipo uso geral (GP). b. marcao n33, corpo cinza e faixa preta: capacitncia de 0,33nF, tolerncia de +/-2%,

tenso nominal de 100V e tipo temperatura compensada (TC-NPO). A figura 22 apresenta o aspecto fsico e a marcao dos capacitores tipo plate.



Figura 22 Aspecto fsico de capacitores tipo plate.

Capacitores Cermicos Multicamadas:

Os capacitores cermicos multicamadas (multilayer) so construdos a partir da superposio de finas camadas de material dieltrico cermico com metal depositado sobre suas superfcies formando uma espcie de sanduche. Da a denominao de multicamadas. As camadas metlicas individuais so conectadas umas s outras atravs de uma terminao metlica onde so soldados os terminais de capacitor, como indica a figura 23.

Figura 23 Estrutura de um capacitor cermico multicamadas

Apresentam baixas perdas, capacitncia estvel, alta resistncia de isolao e alta capacitncia em pequenas dimenses. A apresentao das caractersticas semelhante aos outros tipos de capacitores cermicos.

Capacitores de Filme Plstico:

Os capacitores de filme plstico se caracterizam por apresentarem como dieltrico uma lmina de material plstico (polister, polipropileno, poliestireno, policarbonato). Sua capacitncia da ordem de NANOFARADS. Caractersticas: Baixssimas perdas no dieltrico, alta resistncia de isolao, estabilidade da capacitncia, baixa porosidade e conseqente resistncia umidade. Tipos: Polister (MKT), Prolipropileno (MKP), Poliestireno (MKS) e Policarbonato (MKC ou MAC).



Tipo No Metalizado: Possuem dieltrico de filme plstico e armaduras de folhas de alumnio. O conjunto armaduras mais o dieltrico pode ser bobinado ou ento sanfonado, conforme a opo construtiva. A figura 24.a apresenta a estrutura construtiva deste tipo de capacitor.O capacitor de filme plstico no metalizado no auto-regenerativo, mas apresenta melhores caractersticas de corrente mxima admitida.

Tipo Metalizado: Tm como caracterstica marcante a propriedade de auto-regenerao. O dieltrico desses capacitores consiste de filmes de plstico em cuja superfcie depositada, por processo de vaporizao, uma fina camada de alumnio, deixando-o metalizado. Na fabricao do capacitor pode-se bobinar ou dispor o conjunto armaduras-mais-dieltrico em camadas (em sanfona), como indica a figura 24.b. Atravs da contactao das superfcies laterais dos capacitores com metal vaporizado, obtm-se bom contato entre as armaduras e os terminais, assegurando baixa indutncia e baixas perdas. No caso de aplicao de uma sobretenso que perfure o dieltrico a camada de alumnio existente ao redor do furo submetida a elevada temperatura, transformando-se em xido de alumnio (isolante) desfazendo-se ento o curto-circuito. Este fenmeno conhecido como auto-regenerao.

Figura 24.a Estrutura construtiva do capacitor de filme plstico no metalizado bobinado



Figura 24.b Estrutura construtiva do capacitor de filme plstico metalizado sanfonado

Identificao dos Capacitores de Filme Plstico:

Leitura Direta dos valores impressos: no corpo dos capacitores de filme plstico normalmente vm indicadas a capacitncia nominal (um nmero), a tolerncia (em letra maiscula) e a tenso nominal (um nmero com unidade, geralmente). Dicas: Se o valor impresso for maior que 1, o valor indicado em picofarads (pF) Se o valor impresso for menor que 1, o valor indicado em microfarads (mF)

Tolerncia: Usar a tabela II para a determinar a tolerncia Tenso: indicada diretamente no corpo do capacitor

Leitura por cdigo de cores: O corpo do capacitor vem pintado com cinco faixas

coloridas. A leitura deve ser feita de acordo com a tabela V, comeando com a faixa superior.



TABELA V CDIGO DE CORES PARA CAPACITORES DE FILME PLSTICO

(Valores de Capacitncia em Picofarads pF)

1o Algarismo

2o Algarismo

Nmero de Zeros

Tolerncia

Tenso Nominal

Cor 1o Algarismo 2o Algarismo Nmero de Zeros Tolerncia Tenso Nominal Preto 0 0 20%

Marrom 1 1 0 100V Vermelho 2 2 00 250V Laranja 3 3 000 Amarelo 4 4 0000 400V

Verde 5 5 00000 Azul 6 6 630V

Violeta 7 7 Cinza 8 8

Branco 9 9 10%

Capacitores Eletrolticos de Alumnio:

Basicamente, todo capacitor constitudo de duas armaduras com um dieltrico entre estas. Embora este princpio tambm seja vlido para os capacitores eletrolticos, a principal diferena entre estes e os demais tipos de capacitores reside no fato de que um dos eletrodos - o ctodo - constitudo de um fludo condutor - o eletrlito - e no somente uma armadura metlica como se poderia supor. O outro eletrodo, o nodo, constitudo de uma folha de alumnio em cuja superfcie formada, por processo eletroqumico, uma camada de xido de alumnio servindo como dieltrico, como indica a figura 25. O mtodo de bobinagem o mais empregado na fabricao de capacitores eletrolticos de alumnio. A bobina contm, alm da folha de nodo j descrita, uma segunda folha de alumnio, conhecida por folha de ctodo, que no oxidada e tem a funo de servir como eletrodo substncia lquida condutora. Ambas as folhas so separadas uma da outra por algumas camadas de papel poroso que tem por funo armazenar o eletrlito. As figuras 25 e 26 ilustram os aspectos construtivos dos capacitores eletrolticos. A preferncia por capacitores eletrolticos deve-se sua alta capacitncia especfica (grandes valores de capacitncia em volume relativamente reduzido) apresentando capacitncias na ordem de MICROFARADS. Como nos outros capacitores, sua capacitncia diretamente proporcional rea das placas e inversamente proporcional a distncia entre ambas. Nos capacitores eletrolticos esta distncia determinada pela espessura da camada de xido formada sobre a folha de anodo. O xido de alumnio (K @ 10) apresenta, sobre os outros dieltricos, no somente a vantagem de poder ser obtido em filmes de muito menor espessura, mas tambm a propriedade de



suportar altas tenses eltricas. Mesmo em capacitores de tenso mais elevada, teremos, no mximo, um afastamento entre armaduras de 0,7 mm, donde se esclarece em parte sua alta capacitncia especfica ( a espessura mnima de um dieltrico como o papel, por exemplo, de 6 a 8 mm) Outro fator o aumento da superfcie dos eletrodos resultante da cauterizao eletroqumica que torna a folha de alumnio rugosa. Uma vez que o catodo do capacitor eletroltico constitudo por eletrlito, este preenche idealmente as reentrncia da folha de nodo, como indica a figura 26.



Figura 25 Aspectos construtivos de um capacitor eletroltico de alumnio

Figura 26 Construo do capacitor eletroltico bobinado.

Capacitores Eletrolticos Polarizados e No-Polarizados (bipolares): O capacitor eletroltico construdo como at agora descrito, s funciona convenientemente quando ligamos o plo positivo ao nodo e o plo negativo ao ctodo. Se fizermos a ligao de maneira contrria, inicia-se um processo eletroltico que depositar uma camada de xido sobre a folha de ctodo. Durante este processo ocorre a gerao interna de calor e gs que pode destruir (at explodir) o capacitor. Existem tambm capacitores eletrolticos no-polarizados, os bipolares. Nestes, em lugar da folha de ctodo normalmente usada, utiliza-se uma segunda folha de nodo, formada nas mesmas condies da primeira, Uma construo deste tipo permite tanto o funcionamento sob tenso CC, em qualquer polaridade, como tambm com tenses alternadas. O capacitor eletroltico bipolar necessita de at o dobro do volume de um polarizado de mesma capacitncia e tenso, pois o valor da capacitncia igual a metade das capacitncias parciais. Os capacitores eletrolticos possuem variaes no que se refere s disposies dos terminais, podendo ser axiais ou radiais. Os capacitores axiais possuem terminais instalados nas duas extremidades, ao passo que os radiais, possuem seus terminais colocados numa das extremidades do capacitor.

Identificao dos Capacitores Eletrolticos: Geralmente os capacitores eletrolticos trazem suas caractersticas nominais de capacitncia, tenso e tolerncia, diretamente impressas no corpo do capacitor. A capacitncia nominal vem impressa em microfarads (mF ou 10-6F).



Capacitores Eletrolticos de Tntalo:

Os Capacitores Eletrolticos de Tntalo utilizam o xido de Tntalo como isolante e tambm so polarizados devido existncia do eletrlito. Os capacitores de xido de tntalo so designados especificamente para aplicaes em circuito impresso e que requeiram baixa corrente de fuga e baixo fator de perdas. Oferecem ainda: - Longa vida operacional; - Grande compacticidade (alta capacitncia em volume relativamente reduzido); - Elevada estabilidade dos parmetros eltricos. A figura 27 ilustra os aspectos construtivos de um capacitor de tntalo.

Identificao dos Capacitores de Tntalo: Geralmente estes capacitores trazem o valor de sua capacitncia impressa diretamente no corpo, em microfarads (mF ou 10-6F). A tenso nominal e a polaridade geralmente vm impressas no corpo do componente.

Figura 27 Formao bsica do capacitor de tntalo

Capacitores Variveis:

Capacitores variveis so aqueles que permitem que o seu valor de capacitncia seja variado dentro de uma determinada faixa de valores.



Geralmente so construdos com dieltrico de ar ou de filme plstico e sua capacitncia pode ser variada por meio de um eixo ou parafuso, no qual esto montadas as placas ou grupos de placas mveis. Um outro grupo de placas fixo e montado sobre um material isolante, o corpo ou chassi do componente. O grupo de placas mveis que constitui o capacitor varivel formado por placas metlicas em forma de segmentos, unidas a um eixo central de movimento rotativo ou a um parafuso de aperto que permitem, em ambos os casos, variar a posio ou distncia entre as placas mveis e fixas. Variando a distncia entre as placas ou a rea superposta das placas, variamos a capacitncia. Estes capacitores so usados nos circuitos de sintonia, por exemplo. A figura 28 mostra detalhes de um capacitor varivel.

Figura 28 Aspectos construtivos de capacitores variveis de placas paralelas

Os capacitores variveis do tipo da figura 28 so fabricados normalmente com capacitncias mximas de 500pF, 410pF, 350pF, 250pF ou 150pF. A capacitncia mnima do capacitor varivel , em geral, 10% da capacitncia mxima. Exemplo: Capacitncia mxima de 410pF Capacitncia mnima de 40pF.

Trimmers: Os capacitores variveis do tipo trimmer so constitudos geralmente por 2 placas metlicas, separadas por uma lmina de mica, dispostos de tal forma que possvel variar-se a separao entre ambas mediante a presso exercida entre elas por um parafuso. Desta forma pode-se ajustar a sua capacitncia. Sua capacitncia geralmente vem marcada na sua base. A figura 29 apresenta alguns tipos de trimmers.



Figura 29 Aspectos construtivos dos capacitores tipo trimmer.

Outros Tipos de Capacitores:

Schiko: Construdo com dieltrico de polister metalizado

Nugget: Construdo com dieltrico de tereftalato de polietileno metalizado ou de polister metalizado e cpsula em resina epoxy.

Exerccios

1. Quais so as caractersticas dos capacitores abaixo:

vermelho

laranjabrancovermelho

Y5P

471 P

3 kV

2n2Preto

Cinza

2. Achar a tenso em cada capacitor no circuito mostrado abaixo:



300 pF 1200 pF

300 V

120 pF 800 pF

3. Um capacitor tem um dieltrico de mica em forma de disco com 0,8 cm de dimetro e 0,885 mm de espessura. Achar a capacitncia em pF. Resposta: C = 0,5 pF 4. Uma fonte de 24 V e dois capacitores esto ligados em srie. Se um capacitor tem 20 mF de capacitncia e tem 16 V sobre ele, qual a capacitncia do outro capacitor. Resposta: 40 mF 5. Analisando as sentenas abaixo, escreva V nas verdadeiras e F nas falsas. a. ( ) Os eltrons circulam atravs do material dieltrico quando um capacitor est sendo carregado. b. ( ) O eletrlito o material dieltrico de um capacitor eletroltico. c. ( ) As placas num capacitor eletroltico so oxidadas para aumentar sua rea de placa efetiva. d. ( ) Os capacitores eletrolticos so geralmente polarizados. Eles tm capacitncias altas apesar de seus tamanhos e pesos reduzidos. e. ( ) Exceto para um surto de corrente inicial, os capacitores bloqueia corrente contnua. f. ( ) A perda de energia em um capacitor deve-se exclusivamente as perdas na resistncia dos terminais e placas. g. ( ) O xido de metal pode ser utilizado como dieltrico de um capacitor. 6. Responda as seguintes questes: a. Porque os capacitores tm especificao em tenso? b. O que significa a sigla NPO impressa no corpo de um capacitor? c. O que acontece a um capacitor eletroltico conectado a uma fonte de tenso com polaridade reversa? d. Explique fisicamente porque a capacitncia total decresce quando dois capacitores so colocados em srie. 7. Analisando a associao de capacitores , responda s questes que seguem:

V = 300 V

C1=2nF

C3=4nF

C3=8nF C4=16nF

a. Qual a capacitncia equivalente do circuito? b. Qual a d.d.p. entre as placas de cada capacitor? 8. Achar (a) a capacitncia de um capacitor de placas paralelas se as dimenses de cada placa retangular so 1 x 0,5 cm, e se a distncia entre placas de 0,1 mm. O dieltrico o ar. (b) Achar a capacitncia se o dieltrico for o polietileno ao invs do ar. (c) Qual a tenso mxima admitida pelos capacitores dos itens (a) e (b).



9. Encontre a distncia entre as placas de um capacitor de 0,01 mF, se a rea de cada placa de 700 cm2 e a constante dieltrica do material inserido entre as placas 8. Considere e 0 = 8,85 x 10-12 C2/N.m2. 10. Se o vcuo o melhor isolante, porque capacitores de mesmas dimenses mas com outros dieltricos apresentam capacitncias bem maiores?



ANEANEXO IXO I

Entendendo o Capacitor atravs de uma analogia hidrulica

Para entendermos melhor o comportamento de um capacitor, apresentaremos um exemplo que contm todos os elementos de circuitos, chamados elementos passivos, e uma bateria, conforme circuito apresentado na figura 7. A bateria um componente chamado ativo porque pode fornecer energia ao circuito. Elementos passivos podem armazenar energia momentaneamente, mas no podem fornecer energia continuamente. Os trs elementos passivos principais so: os resistores, os capacitores e os indutores.

Figura 7 - Circuito srie com os trs elementos passivos e uma bateria.

Uma das analogias para o funcionamento do capacitor comparar o fluxo de corrente eltrica com o fluxo de gua fornecido por um tanque, como mostra a figura 8. Um capacitor armazena energia quando est carregado. O tanque dgua associado a um capacitor que, por sua vez, enchido por uma bomba (carregado por uma bateria). A quantidade de carga no capacitor anloga quantidade de gua no tanque. A altura da gua com relao a um ponto de referncia a tenso qual a bateria bombeou (colocou) o capacitor, e a rea do tanque a capacitncia. Um tanque alto e estreito poderia conter a mesma quantia de gua de um tanque baixo e largo, mas o tanque alto e estreito produziria mais presso. H, tambm, capacitores altos e estreitos (alta tenso, baixa capacitncia) e capacitores baixos e largos (baixa tenso, alta capacitncia).

Tanque de gua

Altura

Registro

Figura 8 - Analogia hidrulica para o funcionamento de um capacitor



H tambm um cano saindo do tanque e uma vlvula. Se a vlvula estiver aberta, a gua sai. A vlvula funciona tanto como uma chave como um resistor. Se a vlvula aberta parcialmente, ela causa resistncia suficiente, de tal forma que a gua flui vagarosamente do tanque. Ela se comporta como um resistor varivel. Quando a resistncia alta, a gua flui devagar, mas se a resistncia reduzida, a gua pode fluir mais livremente (vlvula aberta). Uma vez que a gua estiver fluindo pode-se interromper pelo fechamento da vlvula. A gua no cano, j em movimento, deve parar. Se a vlvula for fechada muito rapidamente, a gua dever parar de fluir da mesma forma. Quando uma vlvula fechada rapidamente, a energia da gua em movimento repentinamente no tem para onde ir. A gua forar os canos em algum ponto, de tal forma que, em alguns sistemas hidrulicos, chegar a causar um som caracterstico (o chamado Golpe de Ariete). A gua em movimento atua assim como um indutor age nos circuitos eletrnicos, ou seja, tenta manter a corrente fluindo. A bateria a bomba, o capacitor o tanque, o resistor e a chave so a vlvula e o indutor a gua em movimento no cano. O circuito resultante o mesmo apresentado na figura 7. Com esta analogia hidrulica poderemos agora entender o comportamento dos capacitores em circuitos de corrente contnua.



Anexo IIAnexo II

Guia de Aplicaes para Capacitores

A tabela abaixo indica algumas aplicaes para os diferentes tipos de capacitores em funo da capacitncia necessria, da faixa de tenso de operao e da freqncia aplicada.

Capacitncia Tenso Freqncia Tipos de Capacitores baixa e CC cermicos e polister no metalizados

mdia cermicos e plate

baixa alta plate

baixa e CC cermicos e polister metalizado mdia polister metalizado

mdia

alta polistirol e poliestireno baixa e CC plate

mdia polister e plate

baixa

alta

alta polister metalizado baixa e CC eletroltico de tntalo e polister

mdia polister

baixa baixa polister

baixa e CC eletroltico de alumnio mdia polister metalizado

mdia

alta polister Schiko baixa e CC cermicos e polister metalizado

mdia cermicos e polister metalizado

mdia

alta

alta polister metalizado baixa e CC eletroltico de alumnio

mdia polipropileno

baixa alta polipropileno

baixa e CC eletroltico de alumnio mdia polipropileno

mdia

alta - baixa e CC -

mdia -

alta

alta

alta - Fonte: referncia 16



Observaes: Para o uso adequado da tabela: Devemos considerar a CAPACITNCIA-:

o BAIXA em pF o MDIA em nF o ALTA em mF

Devemos considerar a TENSO de Operao: o BAIXA em Volts o MDIA em centenas de Volts (102 V) o ALTA em milhares de Volts (103 V)

Devemos considerar a FREQNCIA de Operao; o BAIXA, desde corrente contnua at freqncias de milhares de Hertz (103 Hz) o MDIA, de milhares a milhes de Hertz (de 103 a 106 Hz) o BAIXA, de milhes a bilhes de Hertz (de 106 a 109 Hz)

Exemplo de Aplicao da Tabela: Devemos escolher um capacitor de 100nF para operar numa faixa de tenso de 250V a uma freqncia de 10kHz. Pelas caractersticas da tabela conclumos que a capacitncia mdia (nF), que a tenso, na faixa de centenas de Volts uma tenso mdia e que a freqncia na faixa de milhares de Hz (kHz) uma freqncia mdia. Analisando a tabela, podemos utilizar no circuito um capacitor de polister metalizado.



Referncias Bibliogrficas:Referncias Bibliogrficas:

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