Um capacitor é um componente eletrônico usado para armazenar energia elétrica.
Os capacitores são feitos de duas placas de metal separadas por um isolante, geralmente um dielétrico, e podem armazenar uma carga por um período de tempo.
Eles são usados em uma ampla variedade de circuitos eletrônicos e podem ser usados para filtrar ou armazenar energia e também podem ser usados para construir circuitos osciladores simples.
Neste artigo, discutiremos o que é um capacitor, para que serve e como funciona.
O que é um capacitor?
Um capacitor é um componente elétrico que armazena energia na forma de uma carga elétrica. Consiste em duas placas condutoras contidas dentro de um material dielétrico (material isolante). Quando conectadas a uma fonte de energia, as placas ficam carregadas e a energia elétrica é armazenada no material dielétrico. Essa energia armazenada pode ser liberada quando necessário, permitindo que seja usada para qualquer número de aplicações.
Os capacitores vêm em várias formas, tamanhos e materiais – tudo dependendo de sua finalidade. O tipo mais comum de capacitor é conhecido como capacitor de filme – este usa finas camadas de plástico ou cerâmica como material dielétrico, com finas tiras de metal condutoras conhecidas como 'eletrodos' em ambos os lados. Esses tipos de capacitores são amplamente utilizados em eletrônica devido ao seu baixo custo e propriedades duráveis.
Os capacitores também são usados em outras aplicações, como motores e fontes de alimentação, onde ajudam a regular a tensão ou filtrar ruídos e interferências que podem causar desempenho errático ou danificar componentes na linha. À medida que a eletrônica se torna cada vez mais complexa, os capacitores desempenham um papel ainda mais importante nesses sistemas; ajudando a manter fluxos de corrente precisos durante as operações de comutação ou fornecendo proteção contra mudanças repentinas nos níveis de tensão de fontes externas.
Tipos de capacitores
Os capacitores vêm em vários tipos, tamanhos e estilos. Alguns capacitores são usados em sistemas de áudio de última geração, enquanto outros são usados em computadores ou sistemas de segurança doméstica. Todos eles servem ao mesmo propósito básico; eles armazenam energia elétrica quando a corrente é liberada e devolvem essa energia quando a corrente para. Os tipos incluem o seguinte:
Capacitores de cerâmica: Normalmente são pequenos e vêm pré-soldados em placas de circuito. Eles possuem um dielétrico feito de material cerâmico e geralmente são usados para eletrônica de baixo nível, como interferência de radiofrequência (RFI) filtros ou desvio de circuitos.
Capacitores eletrolíticos: são comumente chamados de capacitores polarizados porque possuem um terminal de ânodo negativo, um terminal de cátodo positivo e solução de eletrólito dentro do corpo do capacitor que permite maior capacidade do capacitor. Eles são normalmente encontrados em fontes de alimentação, filtros, circuitos de temporização e muitos outros pontos de regulação de energia.
Capacitores de tântalo: Feitos de óxido de tântalo, esses capacitores usam um dielétrico de estado sólido (em vez de eletrólito líquido). Isso lhes dá melhor desempenho de temperatura quando comparado aos capacitores eletrolíticos, bem como maior estabilidade ao longo do tempo e melhor consistência entre os produtos em lote.
Capacitor de filme/papel: Este tipo é construído com filme ou papel metalizado que atua como um isolante entre duas placas de folha de alumínio criando eletrodos de alta área de superfície para que possa armazenar mais carga elétrica. Comumente usado onde a tolerância a distúrbios elétricos é necessária devido à sua capacidade de suportar correntes de surto causadas por arcos ou condições de sobretensão de faísca.
Supercapacitor/Ultracapacitor: Também conhecido como supercap/ultra cap ou capacitor eletroquímico de camada dupla (EDLC), este tipo possui capacidades de armazenamento muito grandes (geralmente maiores do que muitos outros tipos) com resistência aprimorada (até centenas de milhares de ciclos). Ele foi projetado para aplicações que exigem grandes quantidades de energia sob demanda, como situação de backup para data centers, onde os segundos contam antes que alguém possa ligar manualmente outra fonte de energia.
Usos de um capacitor
Os capacitores são um componente elétrico básico que desempenha um papel importante em uma variedade de aplicações. Eles são comumente usados para armazenar energia elétrica, criar filtros e em circuitos de temporização. Eles também são usados em sistemas de áudio automotivos, bem como em eletrônicos de consumo. Vejamos alguns dos usos de um capacitor com mais detalhes.
Suavização da fonte de alimentação
Os capacitores podem ser usados para fornecer filtragem em um circuito de fonte de alimentação e ajudar a criar uma tensão CC mais suave. Isso geralmente é visto em circuitos que usam fontes de alimentação principais, onde a retificação transforma a CA em CC pulsada. Um capacitor eletrolítico é normalmente conectado na saída do retificador como um elemento de suavização para a fonte de alimentação. O capacitor carrega rapidamente, retendo parte de sua carga para ajudar a suavizar quaisquer pulsos do retificador e fornecer uma tensão mais estável para alimentar outros componentes. Quanto maior a capacitância, ou capacidade de armazenamento, em um capacitor, mais efeito de suavização haverá, pois ele pode absorver mais energia antes de precisar ser recarregado. Nesta aplicação, os capacitores de maior valor reduzem as flutuações, como ondulações nos níveis de tensão e picos de tensão causados por mudanças de carga, proporcionando estabilidade a outros elementos dentro do circuito de uma aplicação.
Processamento de sinal
Os capacitores são amplamente utilizados no processamento de sinais e na comunicação eletrônica. São componentes essenciais na maioria dos circuitos eletrônicos, devido à sua capacidade de armazenar e liberar energia.
No processamento de sinal, os capacitores podem ser usados por sua capacidade de reduzir o ruído e filtrar frequências ou sinais indesejados. A proteção de sinais contra ruídos é chamada de suavização ou filtragem passa-baixa e geralmente é obtida por meio do uso de capacitores.
Na comunicação eletrônica, um capacitor pode ser usado para transformar um sinal elétrico de uma forma para outra sem alterar sua frequência. Esse processo é conhecido como acoplamento ou transferência de tensão, e capacitores também são comumente usados para essa finalidade em receptores e transmissores de rádio. Além disso, os capacitores atuam como parte de filtros passa-alto, que removem os sinais de baixa frequência enquanto passam os mais altos ao longo do caminho.
Os capacitores também são freqüentemente empregados em filtros analógicos ativos: eles determinam o resposta de freqüência de um filtro definindo sua frequência de corte. Como tal, eles desempenham um papel crucial no controle de sinais de áudio ao projetar equipamentos musicais, como amplificadores ou consoles de mixagem.
Cronometragem
O tempo é um uso comum de capacitores. Nos circuitos do dia-a-dia, os resistores são geralmente usados para cronometragem. No entanto, em situações de alta tensão ou alta frequência, os capacitores geralmente podem ser usados. Muitas vezes é vantajoso usar capacitores para temporização porque eles não dissipam a energia tão rapidamente quanto os resistores e podem lidar com tensões mais altas com menos risco de quebras.
Além de fornecer uma maneira segura e eficiente de controlar a tensão e a corrente em um circuito, os capacitores também são usados para fornecer energia em determinados pontos de dados para componentes como LEDs ou transistores que podem precisar de pulsos de corrente quando ativados. Isso pode ajudar a fortalecer o sinal enviado pelo componente para que ele viaje mais longe sem perder energia ou integridade.
Os capacitores também são usados extensivamente em equipamentos de áudio para filtrar sinais e reduzir a distorção enquanto ainda permitem informações úteis, embora com interferência mínima de ruído. Como mencionado anteriormente, eles também são comumente colocados em terminais de alto-falante para ajudar a limitar curtos-circuitos acidentais, mantendo uma distribuição de carga uniforme nos estágios de saída do amplificador.
Quando usados de forma criativa e com compreensão da eletricidade, os capacitores têm uma capacidade incrível de moldar o fluxo de carga - permitindo que os engenheiros desenvolvam sistemas de áudio incrivelmente complexos a um custo mínimo.
Aplicações comuns
Capacitores são componentes elétricos comumente usados em uma variedade de aplicações. Sua capacidade de armazenar energia os torna componentes essenciais de sistemas que requerem um suprimento constante de energia durante um período de tempo. Eles são usados em muitas aplicações, incluindo fontes de alimentação, motores, sistemas de áudio, sistemas HVAC e muito mais. Neste artigo, exploraremos algumas das aplicações mais comuns de capacitores.
Motores
Os motores usam capacitores para controlar a velocidade do motor ou melhorar o torque de partida. Isso é feito fornecendo ou removendo um fase aos enrolamentos do motor elétrico. Usados em inversores de frequência variável, fontes de alimentação e outras aplicações, os capacitores podem ajustar a tensão ou a corrente em cargas pulsadas e evitar que a energia seja desperdiçada pela dissipação de energia indesejada dos sistemas de energia. Em correntes sob motores de média frequência, grandes valores de capacitores são geralmente usados em ambas as extremidades do motor para operar bancos de capacitores de compensação de fase para aliviar o efeito harmônico das ondas de corrente causadas pela carga não linear de um conversor
Iluminação
Capacitores podem ser usados para alimentar e regular sistemas de iluminação de todos os tamanhos. Em reatores eletrônicos, eles são usados para controlar o fluxo de corrente e acelerar o processo de inicialização de lâmpadas fluorescentes e iluminação de descarga de alta intensidade. Eles também ajudam a reduzir a cintilação das luzes. Em sistemas de circuitos transistorizados, os capacitores mantêm uma corrente elétrica contínua, ajudando a garantir que as luzes permaneçam acesas. Além disso, eles oferecem proteção durante surtos de tensão, reduzindo a carga elétrica nas luminárias em ambientes internos e externos.
Automotivo
Os capacitores automotivos são especialmente importantes porque são responsáveis por ajudar o sistema elétrico de um veículo a reduzir e compensar inconsistências no fluxo de eletricidade, o que é comum em muitos veículos. Os capacitores automotivos armazenam energia para fornecer energia ao alternador do carro ou ao motor de partida quando necessário. Essa energia é usada para neutralizar picos de tensão criados quando a demanda de corrente excede a capacidade da bateria ou do alternador. Capacitores automotivos também podem ser usados em sistemas de áudio, controlando correntes em amplificadores e alto-falantes. Ao suavizar as flutuações de tensão, os capacitores automotivos ajudam a prolongar a vida útil da bateria e reduzir a tensão em outros componentes elétricos.
Segurança do capacitor
A segurança deve ser sempre uma prioridade ao trabalhar com um capacitor. Os capacitores armazenam energia e precisam ser manuseados com cuidado enquanto são carregados ou descarregados. Nesta seção, examinaremos as diretrizes de segurança a serem usadas ao trabalhar com um capacitor e discutiremos os riscos potenciais associados a ele.
Evitando shorts
Ao usar capacitores, é importante ter em mente o potencial de curtos devido ao fato de serem componentes elétricos. Os curtos ocorrem quando um capacitor entra em curto-circuito. Embora os curtos possam ser causados por defeitos de fabricação ou outros fatores externos, a maioria dos curtos é causada pelo uso indevido de capacitores.
Para evitar curtos, você deve sempre tomar precauções com capacitores. Os métodos a seguir o ajudarão a manter a segurança do capacitor:
1) Nunca submeta os capacitores a tensões ou deformações excessivas, sobrecarregando-os;
2) Não deixe capacitores em estado de sobrecarga por longos períodos de tempo;
3) Sempre use técnicas de montagem apropriadas e/ou métodos que assegurem o isolamento de choque;
4) Não conecte duas polaridades diferentes, pois isso pode causar arco e potencialmente danificar o capacitor;
5) Inspecione componentes ou materiais qualificados (como materiais de isolamento) para garantir que não haja defeitos antes da instalação;
6) Preste muita atenção aos requisitos de carga - aplique carga reduzida quando possível e aplique técnicas de montagem adequadas para todos os componentes; e
7) Esteja ciente de que as tensões de espera causarão um fluxo de corrente em todo o circuito, o que pode danificar as classificações padrão do capacitor se não for verificado.
Ao tomar essas precauções, os usuários podem ajudar a manter o uso seguro e evitar situações perigosas devido a curtos-circuitos ou outros problemas com seus capacitores. É importante lembrar que a segurança é sempre uma prioridade sempre que se trabalha com eletrônica e especialmente com qualquer coisa que envolva eletricidade!
Descarga de capacitores
É muito importante garantir que os capacitores sejam descarregados adequadamente ao manuseá-los ou substituí-los. Para realizar uma descarga segura, conecte um resistor de 1k ohm a 10k ohm entre cada terminal do capacitor e o terra. A tensão no capacitor se dissipará rapidamente sem arco ou geração de faíscas, permitindo substituição ou manuseio seguro.
Você também deve se lembrar de descarregar os capacitores de alta tensão adequadamente antes de descartá-los. Se você não descarregar esses componentes com segurança, eles podem representar um risco elétrico e até mesmo iniciar um incêndio! Descarregar esses componentes envolve conectar um fio isolado entre dois terminais no componente e, em seguida, descarregá-lo por vários minutos. Certifique-se de usar óculos de segurança ao realizar este procedimento para proteger seus olhos das faíscas geradas durante o processo de descarga.
Descarte de capacitores
Ao descartar capacitores, é importante tomar as devidas precauções para segurança e proteção ambiental. Como os capacitores podem conter possíveis toxinas, como chumbo, bário e outros metais, você deve evitar jogar esses itens em lixeiras comuns ou em aterros sanitários. Em vez disso, eles devem ser descartados de maneira ecológica, encontrando um centro de coleta de reciclagem adequado ou um fornecedor especializado em descarte de materiais perigosos.
É importante garantir que todos os capacitores ainda mantenham uma carga antes do descarte - mesmo que sejam rotulados como capacitores "mortos". Capacitores podem reter cargas residuais e podem descarregar quando manuseados; portanto, você deve ter cuidado ao manuseá-los até descarregá-los. Para descarregar o capacitor com segurança, você precisará de uma chave de fenda isolada longa o suficiente para manter sua mão afastada dos terminais, para que a tensão não salte de seu punho. Depois que os capacitores carregados forem descarregados, remova qualquer isolamento solto com um alicate ou alicate de corte e, em seguida, enrole os isoladores antes de descartá-los adequadamente.
Conclusão
Em conclusão, os capacitores são componentes essenciais em qualquer circuito elétrico. Eles são usados para armazenar energia, filtrar ruídos e fornecer uma fonte de corrente para circuitos CA. Os capacitores vêm em uma variedade de formas e têm uma ampla gama de aplicações. Compreender os fundamentos dos capacitores ajudará você a identificar os componentes certos para o seu projeto.
Resumo dos fundamentos do capacitor
Para resumir o básico do capacitor, um capacitor é um componente elétrico composto de duas placas condutoras separadas por um material isolante chamado dielétrico. É usado para armazenar energia na forma de um campo elétrico. Os capacitores são comumente usados em circuitos eletrônicos, geralmente em conjunto com resistores e circuitos integrados como microprocessadores, para regular os níveis de corrente e tensão. Eles também podem ser usados para filtrar sinais e fornecer transferência máxima de energia em certos circuitos. Ao selecionar um capacitor para sua aplicação específica, é importante considerar a tensão operacional, a temperatura operacional, o tamanho do pacote e a faixa de valores de capacitância do tipo de capacitor escolhido.
Benefícios do uso de capacitores
Os capacitores podem ser usados em uma variedade de aplicações devido à sua capacidade de armazenar energia e liberá-la quando necessário. Eles também são capazes de lidar com grandes quantidades de corrente, por isso são frequentemente usados como filtros e freios de circuito. Além disso, os capacitores podem ajudar a reduzir o ruído elétrico e aumentar a eficiência nos circuitos de energia. Como resultado, eles são amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos de alta potência, como computadores, telefones celulares e aparelhos de televisão.
Capacitores têm uma série de benefícios quando se trata de eletrônica. Por exemplo, eles ajudam a manter o nível de tensão estável, fornecendo armazenamento temporário para pulsos de alta energia ou curtos surtos de corrente que podem danificar os componentes eletrônicos ao longo do tempo. Seu design também ajuda a filtrar a interferência eletromagnética (EMI) em todo o sistema ou em um circuito individual. Isso é importante para evitar que sinais indesejados entrem no sistema ou interrompam os sinais que já estão dentro dele.
Além disso, os capacitores fornecem corrente instantânea quando necessário, podendo reduzir drasticamente o consumo de energia em qualquer sistema alimentado por CA, permitindo o controle do capacitor de partida e a operação síncrona do motor - o que é crítico para operação de longo prazo em aplicações ambientais extremas, como sistemas de iluminação pública e motores HVAC. Por fim, estabilizar as ondas senoidais criadas pelos circuitos CA é uma de suas principais funções - eles extraem energia em certas frequências enquanto amplificam a energia em outras frequências - reduzindo a distorção de tensão e garantindo um gerenciamento de energia limpo em todos os canais.
Sou Joost Nusselder, fundador da Neaera e profissional de marketing de conteúdo, pai, e adoro experimentar novos equipamentos com guitarra no centro da minha paixão e, junto com minha equipe, crio artigos de blog aprofundados desde 2020 para ajudar os leitores fiéis com dicas de gravação e guitarra.
