Tipos de condensadores

Los condensadores se fabrican en muchos estilos, formas, dimensiones y con una gran variedad de materiales. Todos ellos contienen al menos dos conductores eléctricos, llamados placas, separados por una capa aislante (dieléctrico). Los condensadores se utilizan ampliamente como partes de circuitos eléctricos en muchos dispositivos eléctricos comunes.

Los condensadores, junto con las resistencias y los inductores, pertenecen al grupo de componentes pasivos de los equipos electrónicos. Los condensadores pequeños se utilizan en dispositivos electrónicos para acoplar señales entre etapas de amplificadores, como componentes de filtros eléctricos y circuitos sintonizados, o como partes de sistemas de suministro de energía para suavizar la corriente rectificada. Los condensadores más grandes se utilizan para almacenar energía en aplicaciones como luces estroboscópicas, como partes de algunos tipos de motores eléctricos o para la corrección del factor de potencia en sistemas de distribución de energía de CA. Los condensadores estándar tienen un valor fijo de capacitancia, pero los condensadores ajustables se utilizan con frecuencia en circuitos sintonizados. Se utilizan diferentes tipos según la capacitancia requerida, el voltaje de trabajo, la capacidad de manejo de corriente y otras propiedades.

Si bien, en cifras absolutas, los condensadores fabricados con más frecuencia están integrados en memorias dinámicas de acceso aleatorio, memorias flash y otros chips de dispositivos, este artículo cubre los componentes discretos.

Características generales

Construcción convencional

Un condensador convencional almacena energía eléctrica como electricidad estática mediante la separación de cargas en un campo eléctrico entre dos placas de electrodos. Los portadores de carga suelen ser electrones. La cantidad de carga almacenada por unidad de voltaje es esencialmente una función del tamaño de las placas, las propiedades del material de las placas, las propiedades del material dieléctrico colocado entre las placas y la distancia de separación. (es decir, espesor dieléctrico). El potencial entre las placas está limitado por las propiedades del material dieléctrico y la distancia de separación.

Casi todos los condensadores industriales convencionales, excepto algunos estilos especiales, como los "condensadores de paso", se construyen como "condensadores de placas" y están construidos como "condensadores de placa". incluso si sus electrodos y el dieléctrico entre ellos están enrollados o enrollados. La capacitancia, C, de un capacitor de placas es:

C=ε ε Ad{displaystyle C={frac {varepsilon A} {d}}.

La capacitancia aumenta con el área A de las placas y con la permitividad ε del material dieléctrico, y disminuye con la distancia de separación de las placas d. Por lo tanto, la capacitancia es mayor en dispositivos fabricados con materiales con alta permitividad, gran área de placa y pequeña distancia entre placas.

Construcción electroquímica

Otro tipo, el condensador electroquímico, utiliza otros dos principios de almacenamiento para almacenar energía eléctrica. A diferencia de los condensadores cerámicos, de película y electrolíticos, los supercondensadores (también conocidos como condensadores eléctricos de doble capa (EDLC) o ultracondensadores) no tienen un dieléctrico convencional. El valor de capacitancia de un capacitor electroquímico está determinado por dos principios de almacenamiento de alta capacidad. Estos principios son:

• almacenamiento electrostático dentro de las capas dobles Helmholtz alcanzadas en la interfaz de fase entre la superficie de los electrodos y el electrolito (condenancia de doble capa); y
• almacenamiento electroquímico logrado por una carga-transferencia electrones faradaica por iones específicamente absorbidos con reacciones redox (pseudocapacitancia). A diferencia de las baterías, en estas reacciones, los iones simplemente se aferran a la estructura atómica de un electrodo sin hacer o romper bonos químicos, y ninguna o negligiblemente pequeñas modificaciones químicas están implicadas en carga/descarga.

La proporción de almacenamiento resultante de cada principio puede variar mucho, dependiendo del diseño del electrodo y la composición del electrolito. La pseudocapacitancia puede aumentar el valor de la capacitancia hasta en un orden de magnitud con respecto al de la doble capa por sí sola.

Clasificación

Los condensadores se dividen en dos grupos mecánicos: dispositivos de capacitancia fija con capacitancia constante y capacitores variables. Los condensadores variables se fabrican como reguladores, que generalmente se ajustan solo durante la calibración del circuito, y como un dispositivo sintonizable durante el funcionamiento del instrumento electrónico.

El grupo más común son los condensadores fijos. Muchos reciben nombres según el tipo de dieléctrico. Para una clasificación sistemática no se pueden utilizar estas características, porque uno de los más antiguos, el condensador electrolítico, recibe su nombre por la construcción del cátodo. Así pues, los nombres más utilizados son simplemente históricos.

Los tipos más comunes de condensadores son:

• Condenadores de cerámica tienen una dieléctrica cerámica.
• Film y condensadores de papel son nombrados por sus dieléctricas.
• Aluminio, equivalente y condensadores electrolíticos de niobio son nombrados después del material utilizado como el ánodo y la construcción de la cátodo (electrolito)
• Condenadores de polímero son condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio o niobio con polímero conductivo como electrolito
• Supercapacitor es el nombre de familia para:
  • Condenadores de doble capa fueron nombrados por el fenómeno físico de la doble capa Helmholtz
  • Pseudocapacitors fueron nombrados por su capacidad para almacenar energía eléctrica electroquímicamente con carga-transferencia faradaica reversible
  • Condenadores híbridos combinar doble capa y pseudocapacitadores para aumentar la densidad de potencia
• Mica de plata, vidrio, silicio, aire-gap y condensadores de vacío son nombrados por su dieléctrico.

Además de los tipos de condensadores mostrados anteriormente, que derivaron su nombre del desarrollo histórico, hay muchos condensadores individuales que se han nombrado basados en su aplicación. Incluyen:

• capacitores de potencia, capacitores de motor, condensadores de conexión DC, capacitores de supresión, condensadores de crossover de audio, condensadores de balast de iluminación, condensadores de snubber, acoplamiento, condensadores de desacoplamiento o desvío.

A menudo, se emplea más de una familia de condensadores para estas aplicaciones, p. La supresión de interferencias puede utilizar condensadores cerámicos o condensadores de película.

Otros tipos de condensadores se analizan en la sección #Condensadores especiales.

Dieléctricos

Los dieléctricos más comunes son:

• Cerámica
• Películas plásticas
• capa de óxido sobre metal (aluminio, tantalio, niobio)
• Materiales naturales como mica, vidrio, papel, aire, SF6, vacío

Todos ellos almacenan su carga eléctrica estáticamente dentro de un campo eléctrico entre dos electrodos (paralelos).

Debajo de estos condensadores convencionales se desarrolló una familia de condensadores electroquímicos llamados supercapacitadores. Los supercapacitadores no tienen una dielectrica convencional. Almacenan su carga eléctrica estadísticamente en las capas dobles de Helmholtz y faradamente en la superficie de electrodos

• con capacitancia de doble capa estática en un condensador de doble capa y
• con pseudocapacitancia (transferencia de carga faradaica) en un pseudocapacitor
• o con ambos principios de almacenamiento juntos en condensadores híbridos.

En la siguiente tabla se muestran los parámetros materiales más importantes de los diferentes dieléctricos utilizados y el espesor aproximado de la capa de Helmholtz.

El área de la placa del condensador se puede adaptar al valor de capacitancia deseado. La permitividad y el espesor dieléctrico son el parámetro determinante para los condensadores. La facilidad de procesamiento también es crucial. Las láminas delgadas y mecánicamente flexibles se pueden envolver o apilar fácilmente, lo que produce diseños grandes con altos valores de capacitancia. Sin embargo, las finas capas de cerámica sinterizada metalizada cubiertas con electrodos metalizados ofrecen las mejores condiciones para la miniaturización de circuitos con estilos SMD.

Una breve vista de las cifras de la tabla anterior proporciona la explicación de algunos hechos simples:

• Supercapacidades tienen la mayor densidad de capacitancia debido a sus principios especiales de almacenamiento de carga
• Condenadores electrolíticos tienen menor densidad de capacitancia que supercapacitadores pero la densidad de capacitancia más alta de condensadores convencionales debido a la dieléctrica delgada.
• Condenadores de cerámica clase 2 tienen valores de capacitancia mucho más altos en un caso dado que los condensadores de clase 1 debido a su permiso mucho mayor.
• Condenadores de película con su material de película de plástico diferente tienen una pequeña diseminación en las dimensiones para un valor de capacitancia/voltaje dado de un condensador de película porque el espesor mínimo de la película dieléctrica difiere entre los diferentes materiales de película.

Capacidad y rango de tensión

La capacitancia varía desde picofaradios hasta más de cientos de faradios. Los valores nominales de voltaje pueden alcanzar los 100 kilovoltios. En general, la capacitancia y el voltaje se correlacionan con el tamaño físico y el costo.

Miniaturización

Como en otras áreas de la electrónica, la eficiencia volumétrica mide el rendimiento de la función electrónica por unidad de volumen. Para los condensadores, la eficiencia volumétrica se mide con el "producto CV", calculado multiplicando la capacitancia (C) por la tensión nominal máxima (V), dividida por el volumen. De 1970 a 2005, las eficiencias volumétricas mejoraron dramáticamente.

• Miniaturización de condensadores
• 
  Condenador de papel apilado de 1923 para desacoplamiento de ruido (blocking) en líneas de telégrafo
• 
  Condenador de papel metalizado Wound a principios de la década de 1930 en caso de papel duro, valor de capacitancia especificado en "cm" en el sistema de cgs; 5,000 cm corresponde a 0.0056 μF.
• 
  Condenador electrolítico de aluminio húmedo plegado, Bell System 1929, vista sobre el ánodo plegado, que fue montado en una carcasa cuadrada (no se muestra) llena de electrolito líquido
• 
  Dos 8 μF, 525 V hilera condensadores electrolíticos de aluminio húmedo en carcasa de papel sellado con tar de una radio de 1930.

Rango superpuesto de las aplicaciones

Estos condensadores individuales pueden realizar su aplicación independientemente de su afiliación al tipo de condensador mostrado arriba, de modo que existe una gama superpuesta de aplicaciones entre los diferentes tipos de condensadores.

Tipos y estilos

Condensadores cerámicos

Un condensador cerámico es un condensador fijo no polarizado hecho de dos o más capas alternas de cerámica y metal en las que el material cerámico actúa como dieléctrico y el metal actúa como electrodos. El material cerámico es una mezcla de gránulos finamente molidos de materiales paraeléctricos o ferroeléctricos, modificados por óxidos mixtos que son necesarios para lograr las características deseadas del capacitor. El comportamiento eléctrico del material cerámico se divide en dos clases de estabilidad:

1. Condenadores de cerámica clase 1 con alta estabilidad y bajas pérdidas compensando la influencia de la temperatura en la aplicación de circuito resonante. Las abreviaturas comunes de código EIA/IEC son C0G/NP0, P2G/N150, R2G/N220, U2J/N750, etc.
2. Clase 2 condensadores de cerámica con alta eficiencia volumétrica para buffer, by-pass y aplicaciones de acoplamiento Las abreviaturas comunes de código EIA/IEC son: X7R/2XI, Z5U/E26, Y5V/2F4, X7S/2C1, etc.

La gran plasticidad de la materia prima cerámica funciona bien para muchas aplicaciones especiales y permite una enorme diversidad de estilos, formas y una gran variedad dimensional de condensadores cerámicos. El condensador discreto más pequeño, por ejemplo, es un condensador "01005" Condensador de chip con una dimensión de solo 0,4 mm × 0,2 mm.

La construcción de condensadores cerámicos multicapa con capas en su mayoría alternas da como resultado condensadores individuales conectados en paralelo. Esta configuración aumenta la capacitancia y disminuye todas las pérdidas e inductancias parásitas. Los condensadores cerámicos son muy adecuados para altas frecuencias y cargas de pulsos de alta corriente.

Debido a que el espesor de la capa dieléctrica cerámica se puede controlar y producir fácilmente mediante el voltaje de aplicación deseado, los capacitores cerámicos están disponibles con voltajes nominales de hasta el rango de 30 kV.

Algunos condensadores cerámicos de formas y estilos especiales se utilizan como condensadores para aplicaciones especiales, incluidos los condensadores de supresión RFI/EMI para la conexión a la red eléctrica, también conocidos como condensadores de seguridad, X2Y y condensadores de tres terminales para aplicaciones de derivación y desacoplamiento, alimentación Condensadores pasantes para supresión de ruido mediante filtros de paso bajo y condensadores de potencia cerámicos para transmisores y aplicaciones de HF.

• Estilos diversos de condensadores de cerámica
• 
  Condenadores de cerámica multicapa ( chips MCC) para montaje SMD
• 
  Cerámica X2Y condensadores de decoupling
• 
  Condenadores de supresión de EMI de cerámica para la conexión a las principales fuentes ( capacitor de seguridad)
• 
  condensador de potencia de cerámica de alta tensión

Condensadores de película

Los condensadores de película o condensadores de película plástica son condensadores no polarizados con una película plástica aislante como dieléctrico. Las películas dieléctricas se estiran hasta formar una capa delgada, se les proporciona electrodos metálicos y se enrollan en un devanado cilíndrico. Los electrodos de los condensadores de película pueden ser aluminio o zinc metalizado, aplicados en uno o ambos lados de la película plástica, lo que da como resultado condensadores de película metalizada o una lámina metálica separada que recubre la película, llamada condensadores de película/lámina.

Los condensadores de película metalizada ofrecen propiedades de autorreparación. Las averías dieléctricas o los cortocircuitos entre los electrodos no destruyen el componente. La construcción metalizada hace posible producir condensadores bobinados con valores de capacitancia más grandes (hasta 100 μF y más) en cajas más pequeñas que las de construcción de película/lámina.

Los condensadores de película/lámina o los condensadores de lámina metálica utilizan dos películas de plástico como dieléctrico. Cada película se cubre con una fina lámina metálica, principalmente aluminio, para formar los electrodos. La ventaja de esta construcción es la facilidad de conectar los electrodos de lámina metálica, junto con una excelente intensidad del pulso de corriente.

Una ventaja clave de la construcción interna de cada condensador de película es el contacto directo con los electrodos en ambos extremos del devanado. Este contacto mantiene todos los caminos actuales muy cortos. El diseño se comporta como una gran cantidad de condensadores individuales conectados en paralelo, reduciendo así las pérdidas óhmicas internas (resistencia en serie equivalente o ESR) y la inductancia en serie equivalente (ESL). La geometría inherente de la estructura del capacitor de película da como resultado bajas pérdidas óhmicas y una baja inductancia parásita, lo que los hace adecuados para aplicaciones con altas sobrecorrientes (amortiguadores) y para aplicaciones de alimentación de CA, o para aplicaciones a frecuencias más altas.

Las películas plásticas utilizadas como dieléctrico para los condensadores de película son polipropileno (PP), poliéster (PET), sulfuro de polifenileno (PPS), naftalato de polietileno (PEN) y politetrafluoroetileno (PTFE). El polipropileno tiene una cuota de mercado de aproximadamente el 50% y el poliéster, con aproximadamente el 40%, son los materiales cinematográficos más utilizados. El 10% restante utiliza todos los demás materiales, incluido PPS y papel, con aproximadamente un 3% cada uno.

Algunos condensadores de película de formas y estilos especiales se utilizan como condensadores para aplicaciones especiales, incluidos los condensadores de supresión RFI/EMI para la conexión a la red eléctrica, también conocidos como condensadores de seguridad, condensadores amortiguadores para sobrecorrientes muy altas, condensadores de funcionamiento de motor y Condensadores de CA para aplicaciones de motor.

• Carga de alta corriente de pulso es la característica más importante de condensadores de película tantos de los estilos disponibles tienen terminaciones especiales para altas corrientes
• 
  Estilo radial (single terminado) para montaje de soldadura por agujeros en tableros de circuito impresos
• 
  Estilo SMD para montaje en superficie de tablero de circuito impreso, con contactos metálicos en dos bordes opuestos
• 
  Estilo radial con terminales de soldadura pesada para aplicaciones de snubber y cargas de pulso de alta oleada
• 
  Condenador de trabajo pesado con terminales de tornillo

Condensadores de película de potencia

Un tipo relacionado es el condensador de película de potencia. Los materiales y las técnicas de construcción utilizados para los condensadores de película de gran potencia son en su mayoría similares a los de los condensadores de película ordinarios. Sin embargo, los condensadores con potencias nominales altas a muy altas para aplicaciones en sistemas de energía e instalaciones eléctricas a menudo se clasifican por separado, por razones históricas. La estandarización de los condensadores de película ordinarios se centra en parámetros eléctricos y mecánicos. Por el contrario, la estandarización de los condensadores de potencia hace hincapié en la seguridad del personal y del equipo, tal como lo establece la autoridad reguladora local.

A medida que los equipos electrónicos modernos adquirieron la capacidad de manejar niveles de potencia que antes eran dominio exclusivo de la "energía eléctrica" componentes, la distinción entre los componentes "electrónicos" y "eléctrico" clasificaciones de potencia borrosas. Históricamente, el límite entre estas dos familias se encontraba aproximadamente en una potencia reactiva de 200 voltios-amperios.

Los condensadores de potencia de película utilizan principalmente película de polipropileno como dieléctrico. Otros tipos incluyen condensadores de papel metalizado (condensadores MP) y condensadores de película dieléctrica mixta con dieléctricos de polipropileno. Los condensadores MP sirven para aplicaciones económicas y como electrodos portadores libres de campo (condensadores de lámina empapada) para cargas de pulsos de alta corriente alterna o alta. Los devanados se pueden llenar con aceite aislante o con resina epoxi para reducir las burbujas de aire y evitar así cortocircuitos.

Se utilizan como convertidores para cambiar voltaje, corriente o frecuencia, para almacenar o entregar energía eléctrica abruptamente o para mejorar el factor de potencia. El rango de tensión nominal de estos condensadores es desde aproximadamente 120 V CA (balastos de iluminación capacitivos) hasta 100 kV.

• capacitores para aplicaciones en sistemas de energía, instalaciones eléctricas y plantas
• 
  capacitor de película de potencia para la corrección del factor de potencia AC (PFC), empaquetado en un metal cilíndrico
• 
  capacitor de película de potencia en carcasa rectangular
• 
  Uno de varios bancos de condensadores de potencia de almacenamiento de energía, para la generación de campo magnético en el Acelerador de Anillo Hadron-Electron (HERA), situado en el sitio DESY en Hamburgo
• 
  75MVAR banco de condensadores de subestación en 150 kV

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos tienen un ánodo metálico cubierto con una capa oxidada que se utiliza como dieléctrico. El segundo electrodo es un electrolito sólido o no sólido (húmedo). Los condensadores electrolíticos están polarizados. Están disponibles tres familias, categorizadas según su dieléctrico.

• condensadores electrolíticos de aluminio con óxido de aluminio como dieléctrico
• condensadores electrolíticos de Tantalum con pentoóxido de tantalio como dieléctrico
• Condenadores electrolíticos de niobio con pentoóxido de niobio como dieléctrico.

El ánodo está muy endurecido para aumentar la superficie. Esta y la relativamente alta permitibilidad de la capa de óxido da a estos condensadores muy alta capacitancia por volumen de unidad en comparación con condensadores de película o cerámica.

La permitividad del pentóxido de tantalio es aproximadamente tres veces mayor que la del óxido de aluminio, lo que produce componentes significativamente más pequeños. Sin embargo, la permitividad determina sólo las dimensiones. Los parámetros eléctricos, especialmente la conductividad, los establece el material y la composición del electrolito. Se utilizan tres tipos generales de electrolitos:

• no sólido ( húmedo, líquido)—conductividad aproximadamente 10 mS/cm y son el costo más bajo
• óxido de manganeso sólido -conductividad aproximadamente 100 mS/cm ofrecen alta calidad y estabilidad
• polímero conductivo sólido (Polypyrrole o PEDOT:PSS)—conductividad aproximadamente 100...500 S/cm, ofrecen valores de ESR tan bajos como <10 mΩ

Las pérdidas internas de los condensadores electrolíticos, que se utilizan predominantemente para aplicaciones de desacoplamiento y amortiguación, están determinadas por el tipo de electrolito.

La gran capacitancia por unidad de volumen de los condensadores electrolíticos los hace valiosos en circuitos eléctricos de corriente relativamente alta y baja frecuencia, p. en filtros de fuente de alimentación para desacoplar componentes de CA no deseados de conexiones de alimentación de CC o como condensadores de acoplamiento en amplificadores de audio, para pasar o derivar señales de baja frecuencia y almacenar grandes cantidades de energía. El valor de capacitancia relativamente alto de un capacitor electrolítico combinado con la muy baja ESR del electrolito de polímero de los capacitores de polímero, especialmente en los estilos SMD, los convierte en un competidor de los capacitores de chip MLC en fuentes de alimentación de computadoras personales.

Los condensadores electrolíticos de aluminio bipolares (también llamados condensadores no polarizados) contienen dos láminas de aluminio anodizado, que se comportan como dos condensadores conectados en serie opuesta.

Los condensadores electrolíticos para aplicaciones especiales incluyen condensadores de arranque de motores, condensadores de linterna y condensadores de audiofrecuencia.

• Representación esquemática
• 
  Representación esquemática de la estructura de un condensador electrolítico de aluminio herida con electrolito no sólido (líquido)
• 
  Representación esquemática de la estructura de un condensador electrolítico sinterizado con electrolito sólido y las capas de contacto de catodo

• condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio y niobio
• 
  Axial, radial (single ended) y V-chip estilos de condensadores electrolíticos de aluminio
• 
  Estilo Snap-in de condensadores electrolíticos de aluminio para aplicaciones de energía
• 
  Estilo SMD para montaje superficial de condensadores electrolíticos de aluminio con electrolito polímero
• 
  condensadores de chip electrolíticos de Tantalum para montaje superficial

Supercondensadores

Supercondensadores (SC), comprenden una familia de condensadores electroquímicos. Supercondensador, a veces llamado ultracondensador es un término genérico para condensadores eléctricos de doble capa (EDLC), pseudocondensadores y condensadores híbridos. No tienen dieléctrico sólido convencional. El valor de capacitancia de un capacitor electroquímico está determinado por dos principios de almacenamiento, los cuales contribuyen a la capacitancia total del capacitor:

• Capacidad de doble capa – El almacenamiento se logra por separación de carga en una capa doble de Helmholtz en la interfaz entre la superficie de un conductor y una solución electrolítica. La distancia de separación de carga en una doble capa está en el orden de unos pocos Angstroms (0.3–0.8 nm). Este almacenamiento es de origen electrostático.
• Pseudocapacitancia – El almacenamiento se logra por reacciones redox, electroabsorción o intercalación en la superficie del electrodo o por iones específicamente absorbidos que resulta en un transfer de carga faradaico reversible. La pseudocapacitación es de origen faradaico.

La proporción de almacenamiento resultante de cada principio puede variar mucho, dependiendo del diseño del electrodo y la composición del electrolito. La pseudocapacitancia puede aumentar el valor de la capacitancia hasta en un orden de magnitud con respecto al de la doble capa por sí sola.

Los supercondensadores se dividen en tres familias, según el diseño de los electrodos:

• Condenadores de doble capa – con electrodos de carbono o derivados con una capacitancia de doble capa estática mucho mayor que la pseudocapacitancia faradaica
• Pseudocapacitors – con electrodos fuera de óxidos metálicos o polímeros conductores con una alta cantidad de pseudocapacitancia faradaica
• Condenadores híbridos – condensadores con electrodos especiales y asimétricos que exhiben tanto la capacitancia de doble capa significativa como la pseudocapacitancia, como condensadores de litio-ión

Los supercondensadores cierran la brecha entre los condensadores convencionales y las baterías recargables. Tienen los valores de capacitancia disponibles más altos por unidad de volumen y la mayor densidad de energía de todos los capacitores. Admiten hasta 12.000 faradios/1,2 voltios, con valores de capacitancia de hasta 10.000 veces los de los condensadores electrolíticos. Si bien los supercondensadores existentes tienen densidades de energía que son aproximadamente el 10% de la de una batería convencional, su densidad de potencia es generalmente de 10 a 100 veces mayor. La densidad de potencia se define como el producto de la densidad de energía multiplicada por la velocidad a la que se entrega la energía a la carga. La mayor densidad de potencia da como resultado ciclos de carga/descarga mucho más cortos de los que es capaz de realizar una batería, y una mayor tolerancia a numerosos ciclos de carga/descarga. Esto los hace muy adecuados para la conexión en paralelo con baterías y puede mejorar el rendimiento de la batería en términos de densidad de potencia.

Dentro de los condensadores electroquímicos, el electrolito es la conexión conductora entre los dos electrodos, lo que los distingue de los condensadores electrolíticos, en los que el electrolito sólo forma el cátodo, el segundo electrodo.

Los supercondensadores están polarizados y deben funcionar con la polaridad correcta. La polaridad está controlada por diseño con electrodos asimétricos o, para electrodos simétricos, mediante un potencial aplicado durante el proceso de fabricación.

Los supercondensadores admiten un amplio espectro de aplicaciones para requisitos de potencia y energía, que incluyen:

• Baja corriente de suministro durante más tiempo para la copia de seguridad de memoria en (SRAMs) en equipo electrónico
• Electrónica de potencia que requiere muy corta, alta corriente, como en el sistema KERS en coches Fórmula 1
• Recuperación de energía de frenado para vehículos como autobuses y trenes

Los supercondensadores rara vez son intercambiables, especialmente aquellos con mayores densidades de energía. La norma IEC 62391-1 Condensadores eléctricos fijos de doble capa para uso en equipos electrónicos identifica cuatro clases de aplicaciones:

• Clase 1, Respaldo de memoria, corriente de descarga en mA = 1 • C (F)
• Clase 2, Almacenamiento de energía, corriente de descarga en mA = 0.4 • C (F) • V (V)
• Clase 3, Potencia, corriente de descarga en mA = 4 • C (F) • V (V)
• Clase 4, Potencia instantánea, corriente de descarga en mA = 40 • C (F) • V (V)

Excepcional para componentes electrónicos como condensadores son los diferentes nombres comerciales o de series utilizados para supercondensadores como: APowerCap, BestCap, BoostCap, CAP-XX, DLCAP, EneCapTen, EVerCAP, DynaCap, Faradcap, GreenCap, Goldcap, HY -CAP, capacitor Kapton, Super capacitor, SuperCap, PAS Capacitor, PowerStor, PseudoCap, Ultracapacitor, lo que dificulta a los usuarios clasificar estos capacitores.

• Doble capa, Litio-Ion y supercapacitadores
• 
  Condenador de doble capa con 1 F a 5.5 V para la retención de datos cuando la potencia está apagada.
• 
  Radial (single terminado) estilo de condensadores de iones de litio para alta densidad de energía
• 
  Supercapacidades

Condensadores clase X y clase Y

Muchas normas de seguridad exigen que se deben utilizar condensadores de Clase X o Clase Y siempre que se produzca un "fallo de cortocircuito" podría poner en peligro a los humanos, para garantizar el aislamiento galvánico incluso en caso de fallo del condensador.

Los rayos y otras fuentes provocan sobretensiones de alto voltaje en la red eléctrica. Los condensadores de seguridad protegen a las personas y los dispositivos de sobretensiones de alto voltaje desviando la energía de la sobretensión a tierra.

En particular, las normas de seguridad exigen una disposición particular de los condensadores de filtrado de red de Clase X y Clase Y.

En principio, cualquier dieléctrico podría usarse para construir capacitores Clase X y Clase Y; quizás incluyendo un fusible interno para mejorar la seguridad. En la práctica, los condensadores que cumplen con las especificaciones Clase X y Clase Y suelen ser condensadores cerámicos de supresión de RFI/EMI o Condensadores de supresión RFI/EMI de película plástica.

Condensadores varios

Debajo de los condensadores descritos anteriormente, que cubren más o menos casi todo el mercado de condensadores discretos, se pueden encontrar algunos desarrollos nuevos o tipos de condensadores muy especiales, así como tipos más antiguos en electrónica.

Condensadores integrados

• Los condensadores integrados, en circuitos integrados, pueden formar condensadores nanoescala mediante patrones apropiados de metalización en un sustrato aislante. Pueden ser empaquetados en múltiples arrays capacitor sin otras partes semiconductivas como componentes discretos.
• Condenadores de vidrio: El primer condensador de tarro Leyden estaba hecho de vidrio, A partir de 2012 los condensadores de vidrio estaban en uso como versión SMD para aplicaciones que requerían servicio ultra fiable y ultraestable.

Condensadores de potencia

• condensadores de vacío—utilizados en transmisores RF de alta potencia
• condensadores llenos de gas SF6—utilizados como estándar de capacitancia en circuitos de medición de puentes

Condensadores especiales

• Tablas de circuito impreso: áreas conductivas metálicas en diferentes capas de una placa de circuito impreso multicapa pueden actuar como un condensador altamente estable en filtros de elementos distribuidos. Es práctica habitual de la industria llenar áreas no utilizadas de una capa PCB con el conductor de tierra y otra capa con el conductor de potencia, formando un condensador distribuido grande entre las capas.
• Anillo: 2 piezas de alambre aislado retorcidas. Los valores de animación suelen oscilar entre 3 pF y 15 pF. Se utiliza en circuitos caseros de VHF para la retroalimentación de oscilación.

También existen dispositivos especializados, como condensadores integrados con áreas conductoras de metal en diferentes capas de una placa de circuito impreso multicapa y trucos como torcer dos trozos de cable aislado.

Los condensadores fabricados al torcer dos piezas de cable aislado se llaman condensadores de truco. Los condensadores de truco se utilizaron en receptores de radioaficionados y comerciales.

Condensadores obsoletos

• Tarros Leyden el primer condensador conocido
• Condenadores de mica aclamados: los primeros condensadores con comportamiento de frecuencia estable y bajas pérdidas, utilizados para aplicaciones de radio militares durante la Segunda Guerra Mundial
• Condenadores de aire-gap—utilizados por los primeros transmisores de chispa-gap

• Condenadores diversos
• 
  Unos condensadores de mica de plata valorados en 1 nF × 500 VDC
• 
  Condenador de vacío con encapsulación de vidrio de uranio

Condensadores variables

Es posible que la capacitancia de los condensadores variables cambie debido al movimiento mecánico. Hay dos tipos principales:

• Condenador Tuning – condensador variable para ajustar intencionada y repetidamente un circuito oscilador en una radio u otro circuito sintonizado
• Condenador Trimmer – pequeño condensador variable generalmente para el ajuste interior del circuito de oscilador de una sola vez

Los condensadores variables incluyen condensadores que utilizan una construcción mecánica para cambiar la distancia entre las placas, o la cantidad de superficie de la placa que superpone. Principalmente usan aire como medio dieléctrico.

Los diodos semiconductores de capacitancia variable no son capacitores en el sentido de componentes pasivos, pero pueden cambiar su capacitancia en función del voltaje de polarización inversa aplicado y se usan como un capacitor variable. Han sustituido gran parte de los condensadores de sintonización y trimmer.

• Condenadores variables
• 
  Condenador de ajuste de la brecha del aire
• 
  condensador de afinación de vacío
• 
  Condenador Trimmer para montaje por agujero
• 
  Condenador Trimmer para montaje superficial

Comparación de tipos

Características eléctricas

Circuito equivalente en serie

Los condensadores discretos se desvían del condensador ideal. Un condensador ideal sólo almacena y libera energía eléctrica, sin disipación. Los componentes del condensador tienen pérdidas y partes inductivas parásitas. Estas imperfecciones en el material y la construcción pueden tener implicaciones positivas, como el comportamiento lineal de frecuencia y temperatura en los condensadores cerámicos de clase 1. Por el contrario, las implicaciones negativas incluyen la capacitancia no lineal y dependiente de la tensión en los condensadores cerámicos de clase 2 o el aislamiento dieléctrico insuficiente de los condensadores que conduce a corrientes de fuga.

Todas las propiedades pueden definirse y especificarse mediante un circuito equivalente en serie compuesto por una capacitancia idealizada y componentes eléctricos adicionales que modelan todas las pérdidas y parámetros inductivos de un capacitor. En este circuito equivalente en serie las características eléctricas están definidas por:

• C, la capacitancia del condensador
• R_insul, la resistencia al aislamiento de la dieléctrica, no confundirse con el aislamiento de la vivienda
• R_filtración, la resistencia que representa la corriente de fuga del condensador
• R_ESR, la resistencia de serie equivalente que resume todas las pérdidas ohmicas del condensador, generalmente abreviado como "ESR"
• L_ESL, la inductancia de serie equivalente que es la autoinductancia efectiva del condensador, generalmente abreviado como "ESL".

La norma IEC/EN 60384-1 especifica el uso de un circuito equivalente en serie en lugar de un circuito equivalente en paralelo.

Valores de capacitancia estándar y tolerancias

La capacitancia nominal C_R o la capacitancia nominal C_N es el valor para el cual el capacitor ha sido diseñado. La capacitancia real depende de la frecuencia medida y la temperatura ambiente. Las condiciones de medición estándar son un método de medición de CA de bajo voltaje a una temperatura de 20 °C con frecuencias de

• 100 kHz, 1 MHz (preferido) o 10 MHz para condensadores no eléctricos con C_R ≤ 1 nF:
• 1 kHz o 10 kHz para condensadores no eléctricos con 1 nF_R ≤ 10 μF
• 100/120 Hz para condensadores electrolíticos
• 50/60 Hz o 100/120 Hz para condensadores no eléctricos con C_R μF

Para los supercondensadores se aplica un método de caída de voltaje para medir el valor de capacitancia.

Los condensadores están disponibles en valores preferidos que aumentan geométricamente (estándares de la serie E) especificados en IEC/EN 60063. Según el número de valores por década, se denominaron series E3, E6, E12, E24, etc. La gama de unidades utilizadas para especificar los valores de los condensadores se ha ampliado para incluir desde pico (pF), nano (nF) y microfaradio (μF) hasta faradio (F). Los milifaradios y los kilofaradios son poco comunes.

El porcentaje de desviación permitida del valor nominal se llama tolerancia. El valor de capacitancia real debe estar dentro de sus límites de tolerancia o estará fuera de especificación. IEC/EN 60062 especifica un código de letras para cada tolerancia.

La tolerancia requerida está determinada por la aplicación particular. Las estrechas tolerancias de E24 a E96 se utilizan para circuitos de alta calidad, como osciladores y temporizadores de precisión. Las aplicaciones generales, como circuitos de acoplamiento o filtrado no críticos, emplean E12 o E6. Los condensadores electrolíticos, que se utilizan a menudo para filtrar y derivar condensadores, en su mayoría tienen un rango de tolerancia de ±20% y deben ajustarse a los valores de la serie E6 (o E3).

Dependencia de la temperatura

La capacitancia generalmente varía con la temperatura. Los diferentes dieléctricos expresan grandes diferencias en la sensibilidad a la temperatura. El coeficiente de temperatura se expresa en partes por millón (ppm) por grado Celsius para los condensadores cerámicos de clase 1 o en % sobre el rango de temperatura total para todos los demás.

Dependencia de la frecuencia

La mayoría de los tipos de condensadores discretos tienen más o menos cambios de capacitancia al aumentar las frecuencias. La rigidez dieléctrica de las películas cerámicas y plásticas de clase 2 disminuye con el aumento de la frecuencia. Por lo tanto, su valor de capacitancia disminuye al aumentar la frecuencia. Este fenómeno para los dieléctricos cerámicos de clase 2 y de película plástica está relacionado con la relajación dieléctrica en la que la constante de tiempo de los dipolos eléctricos es la razón de la dependencia de la permitividad con la frecuencia. Los gráficos siguientes muestran el comportamiento de frecuencia típico de la capacitancia para condensadores cerámicos y de película.

• Frecuencia dependencia de capacitancia para condensadores de cerámica y cine
• 
  Frecuencia dependencia de capacitancia para condensadores de clase cerámica 2 (clase N0 1 para la comparación)
• 
  Frecuencia dependencia de capacitancia para condensadores de película con diferentes materiales de película

En los condensadores electrolíticos con electrolito no sólido, se produce un movimiento mecánico de los iones. Su movilidad está limitada, de modo que a frecuencias más altas no todas las zonas de la estructura rugosa del ánodo están cubiertas con iones portadores de carga. Cuanto más se vuelve rugosa la estructura del ánodo, más disminuye el valor de la capacitancia al aumentar la frecuencia. Los tipos de bajo voltaje con ánodos muy rugosos muestran una capacitancia a 100 kHz de aproximadamente del 10 al 20% del valor medido a 100 Hz.

Dependencia del voltaje

La capacitancia también puede cambiar con el voltaje aplicado. Este efecto es más frecuente en los condensadores cerámicos de clase 2. La permitividad del material ferroeléctrico de clase 2 depende del voltaje aplicado. Un voltaje aplicado más alto reduce la permitividad. El cambio de capacitancia puede caer al 80% del valor medido con el voltaje de medición estandarizado de 0,5 o 1,0 V. Este comportamiento es una pequeña fuente de no linealidad en filtros de baja distorsión y otras aplicaciones analógicas. En aplicaciones de audio, esto puede causar distorsión (medida usando THD).

Los condensadores de película y los condensadores electrolíticos no dependen significativamente del voltaje.

• Voltaje dependencia de la capacitancia para algunos condensadores de cerámica de clase 2
• 
  Diagrama simplificado del cambio de capacitancia como función del voltaje aplicado para condensadores 25-V en diferentes tipos de grados cerámicos
• 
  Diagrama simplificado del cambio de capacitancia como función de voltaje aplicado para cerámica X7R con diferentes voltajes nominales

Tensión nominal y de categoría

El voltaje al que el dieléctrico se vuelve conductor se llama voltaje de ruptura y viene dado por el producto de la rigidez dieléctrica y la separación entre los electrodos. La rigidez dieléctrica depende de la temperatura, la frecuencia, la forma de los electrodos, etc. Debido a que una falla en un capacitor normalmente es un cortocircuito y destruye el componente, el voltaje de operación es menor que el voltaje de ruptura. El voltaje de operación se especifica de manera que pueda aplicarse continuamente durante toda la vida útil del capacitor.

En IEC/EN 60384-1 el voltaje de operación permitido se llama "tensión de calor" o "tensión nominal". El voltaje nominal (UR) es el voltaje máximo CC o el voltaje máximo del pulso que se puede aplicar continuamente a cualquier temperatura dentro del rango de temperatura nominal.

La prueba de tensión de casi todos los condensadores disminuye con temperatura creciente. Algunas aplicaciones requieren un rango de temperatura más alto. Bajar el voltaje aplicado a una temperatura superior mantiene los márgenes de seguridad. Por lo tanto, para algunos tipos de condensadores, el estándar IEC especifica un segundo "tensión de temperatura derada" para un rango de temperatura superior, el "tensión de la categoría". El voltaje de categoría (UC) es el voltaje máximo DC o el voltaje de pulso máximo que se puede aplicar continuamente a un condensador a cualquier temperatura dentro del rango de temperatura de la categoría.

La relación entre voltajes y temperaturas se muestra en la imagen de la derecha.

Impedancia

En general, se considera un condensador como un componente de almacenamiento de energía eléctrica. Pero esta es sólo una función de condensador. Un condensador también puede actuar como una resistencia AC. En muchos casos el condensador se utiliza como un condensador de desacoplador para filtrar o pasar frecuencias AC no deseadas al suelo. Otras aplicaciones utilizan condensadores para acoplamiento capacitivo de señales AC; la dieléctrica se utiliza sólo para bloquear DC. Para tales aplicaciones la resistencia de AC es tan importante como el valor de capacitancia.

La resistencia AC dependiente de frecuencia se llama impedancia Z{displaystyle scriptstyle Z} y es la relación compleja del voltaje a la corriente en un circuito AC. La impedancia amplía el concepto de resistencia a los circuitos AC y posee tanto la magnitud como la fase a una frecuencia particular. Esto es diferente a la resistencia, que sólo tiene magnitud.

Z=SilencioZSilencioejSilencio Silencio {displaystyle Z=SobrevivirZ }

La magnitud SilencioZSilencio{displaystyle scriptstyle TENZ representa la relación de la diferencia de tensión amplitud a la amplitud actual, j{displaystyle scriptstyle j} es la unidad imaginaria, mientras que el argumento Silencio Silencio {displaystyle scriptstyle theta } da la diferencia de fase entre tensión y corriente.

En las hojas de datos de los condensadores, solo la magnitud de la impedancia |Z| se especifica y se escribe simplemente como "Z" para que la fórmula de la impedancia pueda escribirse en forma cartesiana

Z=R+jX{displaystyle Z=R+jX}

donde la parte real de la impedancia es la resistencia R{displaystyle scriptstyle R} (para condensadores ESR{displaystyle scriptstyle ESR}) y la parte imaginaria es la reacción X{displaystyle scriptstyle X}.

Como se muestra en el circuito equivalente de serie de un condensador, el componente real incluye un condensador ideal C{displaystyle C}, una inductancia L()ESL){displaystyle L(ESL)} y una resistencia R()ESR){displaystyle R(ESR)}. La reacción total a la frecuencia angular ⋅ ⋅ {displaystyle omega } por lo tanto se da por la adición geométrica (complejo) de una reacción capacitiva (Capacitancia) XC=− − 1⋅ ⋅ C{displaystyle X_{C}=-{frac {1}{omega C} y una reacción inductiva (Inductance): XL=⋅ ⋅ LESL{displaystyle X_{L}=omega L_{mathrm {ESL}.

Para calcular la impedancia Z{displaystyle scriptstyle Z} la resistencia tiene que ser agregada geométricamente y luego Z{displaystyle Z} es dado por

Z=ESR2+()XC+()− − XL))2{displaystyle Z={sqrt ################################################################################################################################################################################################################################################################ {C}+(-X_{mathrm {L})} {2}}}}}. La impedancia es una medida de la capacidad del condensador para pasar corrientes alternas. En este sentido la impedancia puede ser usada como la ley Ohms

Z=u^ ^ ı ı ^ ^ =UeffIeff.{displaystyle Z={frac {fnh} {fnh} {fnh00} {fnh00} {fnhfnh} {fnfnh}} {fn0}} {fnh} {fnh00fnH00} {fnh}} {fnH00fnH00fnh00fnh00fnh}}}}} {fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00}}}}}}}}}}}}}}}}fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnh}}}}fn ¿Qué? } {I_{mathrm {eff}}}} {fnMicrosoft Sans Serif}}}} {fnMicrosoft Sans Serif}

para calcular el pico o el valor efectivo de la corriente o el voltaje.

En el caso especial de resonancia, en el que ambas resistencias reactivas

XC=− − 1⋅ ⋅ C{displaystyle X_{C}=-{frac {1}{omega C} y XL=⋅ ⋅ LESL{displaystyle X_{L}=omega L_{mathrm {ESL}

tienen el mismo valor (XC=XL{displaystyle ¿Qué?), entonces la impedancia sólo será determinada por ESR{displaystyle {ESR}.

La impedancia especificada en las hojas de datos a menudo muestra curvas típicas para los diferentes valores de capacitancia. Con frecuencia creciente a medida que la impedancia disminuye hasta un mínimo. Cuanto menor sea la impedancia, más fácilmente podrán pasar corrientes alternas a través del condensador. En el vértice, el punto de resonancia, donde XC tiene el mismo valor que XL, el condensador tiene el valor de impedancia más bajo. Aquí sólo la ESR determina la impedancia. Con frecuencias por encima de la resonancia, la impedancia aumenta nuevamente debido al ESL del capacitor. El condensador se convierte en una inductancia.

Como se muestra en el gráfico, los valores de capacitancia más altos pueden adaptarse mejor a las frecuencias más bajas, mientras que los valores de capacitancia más bajos pueden adaptarse mejor a las frecuencias más altas.

Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen propiedades de desacoplamiento relativamente buenas en el rango de frecuencia más bajo hasta aproximadamente 1 MHz debido a sus grandes valores de capacitancia. Esta es la razón por la que se utilizan condensadores electrolíticos en fuentes de alimentación estándar o de modo conmutado detrás del rectificador para aplicaciones de suavizado.

Los condensadores de cerámica y de película ya no tienen valores de capacitancia más pequeños, adecuados para frecuencias más altas de hasta varios 100 MHz. También tienen una inductancia parásita significativamente menor, lo que los hace adecuados para aplicaciones de frecuencia más alta, debido a su construcción con contacto de superficie final de los electrodos. Para aumentar el rango de frecuencias, a menudo se conecta un condensador electrolítico en paralelo con un condensador cerámico o de película.

Muchos nuevos desarrollos tienen como objetivo reducir la inductancia parásita (ESL). Esto aumenta la frecuencia de resonancia del condensador y, por ejemplo, puede adaptarse a la velocidad de conmutación en constante aumento de los circuitos digitales. La miniaturización, especialmente en los condensadores de chip cerámico multicapa (MLCC) SMD, aumenta la frecuencia de resonancia. La inductancia parásita se reduce aún más colocando los electrodos en el lado longitudinal del chip en lugar del lado lateral. El "boca abajo" La construcción asociada con la tecnología de múltiples ánodos en condensadores electrolíticos de tantalio redujo aún más el ESL. Las familias de condensadores, como los llamados condensadores MOS o los condensadores de silicio, ofrecen soluciones cuando se necesitan condensadores en frecuencias hasta el rango de GHz.

Inductancia (ESL) y frecuencia de autorresonancia

El ESL en condensadores industriales se debe principalmente a los cables y las conexiones internas utilizadas para conectar las placas del condensador al mundo exterior. Los condensadores grandes tienden a tener un ESL más alto que los pequeños porque las distancias a la placa son más largas y cada mm cuenta como una inductancia.

Para cualquier condensador discreto, hay una frecuencia por encima de DC en la que deja de comportarse como un condensador puro. Esta frecuencia, donde XC{displaystyle X_{C} es tan alto como XL{displaystyle X_{L}, se llama la frecuencia auto-resonante. La frecuencia auto-resonante es la frecuencia más baja a la que la impedancia pasa por un mínimo. Para cualquier aplicación de AC la frecuencia auto-resonante es la frecuencia más alta en la que los condensadores pueden ser utilizados como un componente capacitivo.

Esto es fundamentalmente importante para desvincular los circuitos lógicos de alta velocidad de la fuente de alimentación. El condensador de decodificación suministra corriente transitoria al chip. Sin decodificadores, el IC exige una corriente más rápida que la conexión a la fuente de alimentación puede suministrarla, ya que partes del circuito se activan y apagan rápidamente. Para contrarrestar este problema potencial, los circuitos utilizan frecuentemente condensadores de bypass múltiples —pequeños (100 nF o menos) capacitores calificados para frecuencias altas, un condensador electrolítico grande calificado para frecuencias inferiores y ocasionalmente, un condensador de valor intermedio.

Pérdidas Ohmic, ESR, factor de disipación y factor de calidad

Las pérdidas resumidas en condensadores discretos son pérdidas óhmicas de CA. Las pérdidas de CC se especifican como "corriente de fuga" o "resistencia aislante" y son insignificantes para una especificación de CA. Las pérdidas de CA no son lineales y posiblemente dependen de la frecuencia, la temperatura, la edad o la humedad. Las pérdidas resultan de dos condiciones físicas:

• pérdidas de línea incluyendo resistencias internas de la línea de suministro, la resistencia al contacto del electrodo, la resistencia de la línea de los electrodos, y en condensadores electrolíticos de aluminio "wet" y especialmente supercapacidores, la conductividad limitada de electrolitos líquidos y
• pérdidas dieléctricas de polarización dieléctrica.

La mayor parte de estas pérdidas en condensadores más grandes es generalmente la frecuencia depende de las pérdidas ohmic dielectrices. Para componentes más pequeños, especialmente para condensadores electrolíticos húmedos, la conductividad de electrolitos líquidos puede superar pérdidas dieléctricas. Para medir estas pérdidas, debe establecerse la frecuencia de medición. Puesto que los componentes disponibles comercialmente ofrecen valores de capacitancia cubren 15 órdenes de magnitud, que van desde pF (10⁻¹² F) a unos 1000 F en supercapacidores, no es posible capturar todo el rango con sólo una frecuencia. IEC 60384-1 declara que las pérdidas ohmicas deben medirse a la misma frecuencia utilizada para medir la capacitancia. Estos son:

• 100 kHz, 1 MHz (preferido) o 10 MHz para condensadores no eléctricos con C_R ≤ 1 nF:
• 1 kHz o 10 kHz para condensadores no eléctricos con 1 nF_R ≤ 10 μF
• 100/120 Hz para condensadores electrolíticos
• 50/60 Hz o 100/120 Hz para condensadores no eléctricos con C_R μF

Las pérdidas resistivas resumidas de un capacitor se pueden especificar como ESR, como factor de disipación (DF, tan δ) o como factor de calidad (Q), según los requisitos de la aplicación.

Capacitadores con mayor corriente de onda IR{displaystyle I_{R} cargas, como condensadores electrolíticos, se especifican con resistencia de serie equivalente ESR. ESR se puede mostrar como una parte ohmica en el diagrama vectorial anterior. Los valores de ESR se especifican en hojas de datos por tipo individual.

Las pérdidas de condensadores de película y algunos condensadores de cerámica de clase 2 se especifican principalmente con el factor de disipación tan δ. Estos condensadores tienen pérdidas más pequeñas que los condensadores electrolíticos y en su mayoría se utilizan en frecuencias más altas hasta unos cientos de MHz. Sin embargo, el valor numérico del factor de disipación, medido a la misma frecuencia, es independiente del valor de capacitancia y se puede especificar para una serie de condensadores con una gama de capacitancia. El factor de disipación se determina como el tangente de la reacción (XC− − XL{displaystyle X_{C}-X_{L}) y el ESR, y se puede mostrar como el ángulo δ entre el eje imaginario y el eje de impedancia.

Si la inductancia ESL{displaystyle ESL} es pequeño, el factor de disipación se puede aproximar como:

#⁡ ⁡ δ δ =ESR⋅ ⋅ ⋅ ⋅ C{displaystyle tan delta = ESRcdot omega C}

Los condensadores con pérdidas muy bajas, como los condensadores de clase 1 y clase 2, especifican pérdidas resistivas con un factor de calidad (Q). Los condensadores de Clase de Cerámica 1 son especialmente adecuados para circuitos de resonancia LC con frecuencias hasta la gama GHz, y filtros de paso altos y bajos precisos. Para un sistema de resonancia eléctrica, Q representa el efecto de la resistencia eléctrica y caracteriza el ancho de banda de un resonador B{displaystyle B} relativa a su centro o frecuencia resonante f0{displaystyle f_{0}. Q se define como el valor recíproco del factor de disipación.

Q=1#⁡ ⁡ δ δ =f0B {displaystyle Q={frac {1}{tan delta }={frac {f} {f}} {f}}} {f}}} {f}}} {f}}}}}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}} {f}}}}}}}}}} {f} {f}}}} {f}}}}}}}} {

Un alto valor Q es para los circuitos resonantes una marca de la calidad de la resonancia.

Limitación de las cargas actuales

Un condensador puede actuar como resistor AC, voltaje AC y corriente AC entre dos puntos. Cada flujo de corriente AC a través de un condensador genera calor dentro del cuerpo del condensador. Estas pérdidas de poder de disipación P{displaystyle P} es causada por ESR{displaystyle ESR} y es el valor cuadrado de la corriente efectiva (RMS) I{displaystyle I}

P=I2⋅ ⋅ ESR{displaystyle P=I^{2}cdot ESR}

La misma pérdida de poder se puede escribir con el factor de disipación #⁡ ⁡ δ δ {displaystyle tan delta } como

P=U2⋅ ⋅ #⁡ ⁡ δ δ 2π π f⋅ ⋅ C{displaystyle P={frac {U^{2}cdot tan delta}{2pi fcdot C}

El calor generado internamente debe distribuirse al ambiente. La temperatura del condensador, que se establece sobre el equilibrio entre el calor producido y distribuido, no deberá exceder la temperatura máxima especificada del condensador. Por lo tanto, el ESR o factor de disipación es una marca para la potencia máxima (carga de CA, corriente de ondulación, carga de pulso, etc.) para la que está especificado un capacitor.

Las corrientes CA pueden ser:

• corriente madura: una corriente AC eficaz (RMS), proveniente de un voltaje AC superpuesto por un sesgo DC, un
• corriente de pulso: una corriente de pico AC, proveniente de un pico de tensión, o
• corriente AC: una corriente sinusoidal efectiva (RMS)

Ripple y corrientes AC principalmente calientan el cuerpo capacitor. Por estas corrientes la temperatura generada interna influye en el voltaje de descomposición de la dieléctrica. Temperatura superior baja la prueba de tensión de todos los condensadores. En los condensadores electrolíticos húmedos las temperaturas superiores fuerzan la evaporación de electrolitos, acortando el tiempo de vida de los condensadores. En los condensadores de película las temperaturas superiores pueden reducir la película de plástico cambiando las propiedades del condensador.

Las corrientes de pulso, especialmente en los condensadores de película metalizada, calientan las áreas de contacto entre el rociador final (schoopage) y los electrodos metalizados. Esto puede reducir el contacto con los electrodos, aumentando el factor de disipación.

Para un funcionamiento seguro, la temperatura máxima generada por cualquier flujo de corriente CA a través del condensador es un factor limitante, que a su vez limita la carga de CA, la corriente ondulada, la carga de pulso, etc.

Corriente ondulada

Una "corriente ondulada" es el valor RMS de una corriente alterna superpuesta de cualquier frecuencia y cualquier forma de onda de la curva de corriente para funcionamiento continuo a una temperatura especificada. Surge principalmente en fuentes de alimentación (incluidas las fuentes de alimentación de modo conmutado) después de rectificar una tensión alterna y fluye como corriente de carga y descarga a través del condensador de desacoplamiento o suavizado. La "corriente de ondulación nominal" no excederá un aumento de temperatura de 3, 5 o 10 °C, según el tipo de condensador, a la temperatura ambiente máxima especificada.

La corriente ondulada genera calor dentro del cuerpo del capacitor debido a la ESR del capacitor. Los componentes del condensador ESR son: las pérdidas dieléctricas causadas por el cambio de intensidad del campo en el dieléctrico, la resistencia del conductor de alimentación y la resistencia del electrolito. Para un condensador eléctrico de doble capa (ELDC), estos valores de resistencia se pueden derivar de un gráfico de Nyquist de la impedancia compleja del condensador.

La ESR depende de la frecuencia y la temperatura. Para los condensadores cerámicos y de película, en general, la ESR disminuye con el aumento de la temperatura, pero aumenta con frecuencias más altas debido al aumento de las pérdidas dieléctricas. Para condensadores electrolíticos de hasta aproximadamente 1 MHz, la ESR disminuye al aumentar las frecuencias y temperaturas.

Los tipos de condensadores utilizados para aplicaciones de energía tienen un valor nominal específico para la corriente de ondulación máxima. Se trata principalmente de condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio, así como algunos condensadores de película y condensadores cerámicos de clase 2.

Los condensadores electrolíticos de aluminio, el tipo más común para fuentes de alimentación, experimentan una vida útil más corta con corrientes de ondulación más altas. Superar el límite tiende a provocar una falla explosiva.

Los condensadores electrolíticos de tantalio con electrolito sólido de dióxido de manganeso también están limitados por la corriente ondulada. Exceder sus límites de ondulación tiende a provocar cortocircuitos y quemar componentes.

Para condensadores cerámicos y de película, normalmente especificados con un factor de pérdida tan δ, el límite de corriente de rizado está determinado por el aumento de temperatura en el cuerpo de aproximadamente 10 °C. Exceder este límite puede destruir la estructura interna y provocar cortocircuitos.

Corriente de pulso

La carga de pulso nominal para un determinado condensador está limitada por la tensión nominal, la frecuencia de repetición del pulso, el rango de temperatura y el tiempo de aumento del pulso. El "tiempo de ascenso rápido" dv/dt{displaystyle dv/dt}, representa el gradiente de tensión más empinado del pulso (tiempo de entrada o caída) y se expresa en voltios por μs (V/μs).

El tiempo de aumento nominal de pulso también es indirectamente la capacidad máxima de una corriente máxima aplicable Ip{displaystyle I_{p}. La corriente pico se define como:

Ip=C⋅ ⋅ dv/dt{displaystyle I_{p}=Ccdot dv/dt

Donde: Ip{displaystyle I_{p} está en A; C{displaystyle C} en μF; dv/dt{displaystyle dv/dt} en V/μs

La capacidad de corriente de pulso permitida de un condensador de película metalizada generalmente permite un aumento de temperatura interna de 8 a 10 K.

En el caso de los condensadores de película metalizada, la carga del pulso depende de las propiedades del material dieléctrico, el espesor de la metalización y la construcción del condensador, especialmente la construcción de las áreas de contacto entre el rociador final y los electrodos metalizados. . Los picos de corriente elevados pueden provocar un sobrecalentamiento selectivo de los contactos locales entre el rociador final y los electrodos metalizados, lo que puede destruir algunos de los contactos y provocar un aumento de la ESR.

Para los condensadores de película metalizada, las llamadas pruebas de pulso simulan la carga de pulso que podría ocurrir durante una aplicación, de acuerdo con una especificación estándar. IEC 60384 parte 1, especifica que el circuito de prueba se carga y descarga de forma intermitente. La tensión de prueba corresponde a la tensión continua nominal y la prueba comprende 10000 pulsos con una frecuencia de repetición de 1 Hz. La capacidad de estrés del pulso es el tiempo de subida del pulso. El tiempo de subida del impulso nominal se especifica como 1/10 del tiempo de subida del impulso de prueba.

La carga de pulso debe calcularse para cada aplicación. No se dispone de una regla general para calcular el manejo de potencia de los condensadores de película debido a detalles de construcción internos relacionados con el proveedor. Para evitar que el condensador se sobrecaliente, se deben considerar los siguientes parámetros de funcionamiento:

• corriente máxima por μF
• Aumento del pulso o tiempo de caída dv/dt en V/μs
• duración relativa de los periodos de carga y descarga (forma del púlsculo)
• tensión máxima de pulso (tensión de pico)
• Tensión inversa pico;
• Frecuencia de repetición del pulso
• Temperatura ambiente
• Disipación de calor (cooling)

Se permiten tiempos de aumento de pulso más altos para voltaje de pulso inferior al voltaje nominal.

Muchos fabricantes ofrecen ejemplos de cálculos de cargas de impulsos individuales, p. WIMA y Kemet.

Corriente CA

Solo se puede aplicar una carga de CA a un condensador no polarizado. Los condensadores para aplicaciones de CA son principalmente condensadores de película, condensadores de papel metalizado, condensadores cerámicos y condensadores electrolíticos bipolares.

La carga de CA nominal para un capacitor de CA es la corriente CA efectiva sinusoidal máxima (rms) que se puede aplicar continuamente a un capacitor dentro del rango de temperatura especificado. En las hojas de datos, la carga de CA se puede expresar como

• Tensión AC nominal a bajas frecuencias,
• potencia reactiva nominal en frecuencias intermedias,
• reducción del voltaje AC o corriente AC nominal en frecuencias altas.

El voltaje CA nominal para capacitores de película generalmente se calcula de modo que un aumento de temperatura interna de 8 a 10 K sea el límite permitido para una operación segura. Debido a que las pérdidas dieléctricas aumentan al aumentar la frecuencia, el voltaje de CA especificado debe reducirse a frecuencias más altas. Las hojas de datos para condensadores de película especifican curvas especiales para reducir los voltajes de CA a frecuencias más altas.

Si los condensadores de película o los condensadores cerámicos solo tienen una especificación de CC, el valor máximo del voltaje de CA aplicado debe ser inferior al voltaje de CC especificado.

Las cargas de CA pueden ocurrir en capacitores de funcionamiento de motores de CA, para duplicación de voltaje, en amortiguadores, balastos de iluminación y en PFC para cambio de fase para mejorar la estabilidad y eficiencia de la red de transmisión, que es una de las aplicaciones más importantes para los capacitores de potencia de gran tamaño. Estos condensadores, en su mayoría de gran tamaño, de película de PP o de papel metalizado, están limitados por la potencia reactiva nominal VAr.

Los condensadores electrolíticos bipolares, a los que se puede aplicar un voltaje de CA, se especifican con una corriente de rizado nominal.

Resistencia de aislamiento y autodescarga constante

La resistencia del dieléctrico es finita, lo que genera cierto nivel de "corriente de fuga" que hace que un condensador cargado pierda carga con el tiempo. Para los condensadores cerámicos y de película, esta resistencia se denomina "resistencia de aislamiento R_ins". Esta resistencia está representada por la resistencia R_ins en paralelo con el capacitor en el circuito equivalente en serie de capacitores. No se debe confundir la resistencia de aislamiento con el aislamiento exterior del componente respecto al medio ambiente.

La curva de tiempo de autodescarga sobre la resistencia de aislamiento con voltaje decreciente del capacitor sigue la fórmula

u()t)=U0⋅ ⋅ e− − t/τ τ s,{displaystyle u(t)=U_{0}cdot mathrm {e} ^{-t/tau _{mathrm {s}}}}

Con voltaje DC almacenado U0{displaystyle U_{0} y auto-descarga constante

τ τ s=Rins⋅ ⋅ C{displaystyle tau _{mathrm {s} }=R_{mathrm {ins}cdot C}

Así, después τ τ s{displaystyle tau _{mathrm {s},} tensión U0{displaystyle U_{0} gotas al 37% del valor inicial.

La constante de autodescarga es un parámetro importante para el aislamiento del dieléctrico entre los electrodos de los condensadores cerámicos y de película. Por ejemplo, se puede utilizar un condensador como componente determinante del tiempo para relés de tiempo o para almacenar un valor de voltaje como en circuitos de muestreo y retención o amplificadores operacionales.

Los condensadores cerámicos de clase 1 tienen una resistencia de aislamiento de al menos 10 GΩ, mientras que los condensadores de clase 2 tienen al menos 4 GΩ o una constante de autodescarga de al menos 100 s. Los condensadores de película plástica suelen tener una resistencia de aislamiento de 6 a 12 GΩ. Esto corresponde a condensadores en el rango uF de una constante de autodescarga de aproximadamente 2000 a 4000 s.

La resistencia del aislamiento y la constante de autodescarga pueden reducirse si la humedad penetra en el devanado. Depende en parte fuertemente de la temperatura y disminuye al aumentar la temperatura. Ambos disminuyen al aumentar la temperatura.

En los condensadores electrolíticos, la resistencia de aislamiento se define como corriente de fuga.

Corriente de fuga

Para los condensadores electrolíticos, la resistencia de aislamiento del dieléctrico se denomina "corriente de fuga". Esta corriente continua está representada por la resistencia R_fuga en paralelo con el condensador en el circuito equivalente en serie de los condensadores electrolíticos. Esta resistencia entre los terminales de un condensador también es finita. La R_fuga es menor para los electrolíticos que para los condensadores cerámicos o de película.

La corriente de fuga incluye todas las imperfecciones débiles de la dieléctrica causadas por procesos químicos no deseados y daños mecánicos. También es la corriente DC que puede pasar a través de la dieléctrica después de aplicar un voltaje. Depende del intervalo sin voltaje aplicado (tiempo de almacenamiento), el estrés térmico de la soldadura, el voltaje aplicado, la temperatura del condensador y el tiempo de medición.

La corriente de fuga cae en los primeros minutos después de aplicar voltaje CC. En este período, la capa de óxido dieléctrico puede reparar sus debilidades mediante la formación de nuevas capas. El tiempo necesario depende generalmente del electrolito. Los electrolitos sólidos caen más rápido que los electrolitos no sólidos, pero permanecen en un nivel ligeramente más alto.

La corriente de fuga en los condensadores electrolíticos no sólidos, así como en los condensadores de tantalio sólidos de óxido de manganeso, disminuye con el tiempo de conexión del voltaje debido a efectos de autocuración. Aunque la corriente de fuga de los electrolíticos es mayor que el flujo de corriente a través de la resistencia de aislamiento en los condensadores cerámicos o de película, la autodescarga de los condensadores electrolíticos no sólidos modernos tarda varias semanas.

Un problema particular con los condensadores electrolíticos es el tiempo de almacenamiento. Una mayor corriente de fuga puede ser el resultado de tiempos de almacenamiento más prolongados. Estos comportamientos se limitan a electrolitos con un alto porcentaje de agua. Los disolventes orgánicos como el GBL no presentan grandes fugas con tiempos de almacenamiento más prolongados.

La corriente de fuga normalmente se mide 2 o 5 minutos después de aplicar el voltaje nominal.

Microfónica

Todos los materiales ferroeléctricos exhiben un efecto piezoeléctrico. Debido a que los condensadores cerámicos de Clase 2 utilizan dieléctricos cerámicos ferroeléctricos, estos tipos de condensadores pueden tener efectos eléctricos llamados microfónicos. La microfonía (microfonía) describe cómo los componentes electrónicos transforman las vibraciones mecánicas en una señal eléctrica no deseada (ruido). El dieléctrico puede absorber fuerzas mecánicas de golpes o vibraciones cambiando el espesor y cambiando la separación de los electrodos, lo que afecta la capacitancia, que a su vez induce una corriente alterna. La interferencia resultante es especialmente problemática en aplicaciones de audio y puede provocar retroalimentación o grabaciones no deseadas.

En el efecto microfónico inverso, variar el campo eléctrico entre las placas del condensador ejerce una fuerza física, convirtiéndolas en un altavoz de audio. Las cargas de impulso de alta corriente o las corrientes de alta ondulación pueden generar un sonido audible desde el propio condensador, drenando energía y estresando el dieléctrico.

Absorción dieléctrica (remojo)

La absorción dieléctrica se produce cuando un condensador que ha permanecido cargado durante mucho tiempo se descarga sólo de forma incompleta cuando se descarga brevemente. Aunque un capacitor ideal alcanzaría cero voltios después de la descarga, los capacitores reales desarrollan un pequeño voltaje debido a la descarga dipolar retardada, un fenómeno que también se llama relajación dieléctrica, "remojo" o "acción de la batería".

En muchas aplicaciones de condensadores la absorción dieeléctrica no es un problema, pero en algunas aplicaciones, como los integradores de tiempo largo, circuitos de muestra y posición, convertidores analógicos de capacidad conmutada a dígitos, y filtros de baja distorsión, el condensador no debe recuperar una carga residual después de la descarga completa, por lo que se especifican condensadores con baja absorción. El voltaje en los terminales generados por la absorción dieléctrica puede en algunos casos causar problemas en la función de un circuito electrónico o puede ser un riesgo de seguridad para el personal. Para evitar los choques la mayoría de los condensadores muy grandes se envían con alambres de acortamiento que necesitan ser eliminados antes de ser utilizados.

Densidad energética

El valor de la capacitancia depende del material dieléctrico (ε), la superficie de los electrodos (A) y la distancia (d) que separa los electrodos y viene dado por la fórmula de un condensador de placas:

C. . ε ε Ad{displaystyle Capprox {frac {varepsilon A} {d}}

La separación de los electrodos y la prueba de voltaje del material dieléctrico define el voltaje de ruptura del capacitor. El voltaje de ruptura es proporcional al espesor del dieléctrico.

Teóricamente, dados dos condensadores con las mismas dimensiones mecánicas y dieléctrico, pero uno de ellos tiene la mitad del espesor del dieléctrico. Con las mismas dimensiones éste podría colocar el doble del área de placas paralelas en su interior. Este capacitor tiene teóricamente 4 veces la capacitancia que el primer capacitor pero la mitad de la prueba de voltaje.

Dado que la densidad de energía almacenada en un condensador está dada por:

Estored=12CV2,{displaystyle E_{mathrm {stored} ¿Qué?

Así, un condensador que tiene un dieléctrico la mitad de grueso que otro tiene una capacitancia 4 veces mayor pero 1⁄ 2 a prueba de voltaje, lo que produce una densidad de energía máxima igual.

Por lo tanto, el espesor dieléctrico no afecta la densidad de energía dentro de un capacitor de dimensiones generales fijas. El uso de unas pocas capas gruesas de dieléctrico puede soportar un voltaje alto, pero una capacitancia baja, mientras que las capas delgadas de dieléctrico producen un voltaje de ruptura bajo, pero una capacitancia más alta.

Esto supone que ni las superficies de los electrodos ni la permitividad del dieléctrico cambian con la prueba de voltaje. Una simple comparación con dos series de condensadores existentes puede mostrar si la realidad coincide con la teoría. La comparación es fácil, porque los fabricantes utilizan cajas o tamaños de carcasa estandarizados para diferentes valores de capacitancia/voltaje dentro de una serie.

En realidad, las series de condensadores modernas no se ajustan a la teoría. En el caso de los condensadores electrolíticos, la superficie rugosa similar a una esponja de la lámina del ánodo se vuelve más suave con voltajes más altos, lo que disminuye el área de superficie del ánodo. Pero debido a que la energía aumenta al cuadrado con el voltaje y la superficie del ánodo disminuye menos que la prueba de voltaje, la densidad de energía aumenta claramente. Para los condensadores de película, la permitividad cambia con el espesor dieléctrico y otros parámetros mecánicos, de modo que la desviación de la teoría tiene otras razones.

Comparando los condensadores de la tabla con un supercondensador, la familia de condensadores de mayor densidad de energía. Para ello, se utiliza el condensador de 25 F/2,3 V con dimensiones D × H = 16 mm × 26 mm de la serie Maxwell HC, en comparación con el condensador electrolítico de aproximadamente el mismo tamaño que se muestra en la tabla. Este supercondensador tiene una capacitancia aproximadamente 5000 veces mayor que el capacitor electrolítico 4700/10, pero 1⁄4 del voltaje y tiene alrededor de 66.000 mW (0,018 Wh) de energía eléctrica almacenada, aproximadamente 100 veces mayor densidad de energía (40 a 280 veces) que el condensador electrolítico.

Comportamiento prolongado, envejecimiento

Los parámetros eléctricos de los condensadores pueden cambiar con el tiempo durante el almacenamiento y la aplicación. Los motivos de los cambios de parámetros son diferentes: puede ser una propiedad del dieléctrico, influencias ambientales, procesos químicos o efectos de secado en materiales no sólidos.

Envejecimiento

En los condensadores cerámicos ferroeléctricos de Clase 2, la capacitancia disminuye con el tiempo. Este comportamiento se llama "envejecimiento". Este envejecimiento ocurre en dieléctricos ferroeléctricos, donde los dominios de polarización en el dieléctrico contribuyen a la polarización total. La degradación de los dominios polarizados en el dieléctrico disminuye la permitividad y, por tanto, la capacitancia con el tiempo. El envejecimiento sigue una ley logarítmica. Esto define la disminución de la capacitancia como porcentaje constante durante una década después del tiempo de recuperación de la soldadura a una temperatura definida, por ejemplo, en el período de 1 a 10 horas a 20 °C. Como la ley es logarítmica, el porcentaje de pérdida de capacitancia será el doble entre 1 h y 100 h y el triple entre 1 h y 1000 h, y así sucesivamente. El envejecimiento es más rápido cerca del principio y el valor absoluto de capacitancia se estabiliza con el tiempo.

La tasa de envejecimiento de los condensadores cerámicos de Clase 2 depende principalmente de sus materiales. Generalmente, cuanto mayor sea la dependencia de la cerámica con la temperatura, mayor será el porcentaje de envejecimiento. El envejecimiento típico de los condensadores cerámicos X7R es de aproximadamente el 2,5% por década. La tasa de envejecimiento de los condensadores cerámicos Z5U es significativamente mayor y puede alcanzar hasta el 7% por década.

El proceso de envejecimiento de los condensadores cerámicos de Clase 2 se puede revertir calentando el componente por encima del punto Curie.

Los condensadores cerámicos y de película de Clase 1 no presentan envejecimiento relacionado con el ferroeléctrico. Las influencias ambientales como temperaturas más altas, humedad elevada y estrés mecánico pueden provocar, durante un período más largo, un pequeño cambio irreversible en el valor de capacitancia, a veces también llamado envejecimiento.

El cambio de capacitancia para capacitores cerámicos P 100 y N 470 Clase 1 es inferior al 1%, para capacitores con cerámica N 750 a N 1500 es ≤ 2%. Los condensadores de película pueden perder capacidad debido a procesos de autorreparación o ganarla debido a la influencia de la humedad. Los cambios típicos durante 2 años a 40 °C son, por ejemplo, ±3% para condensadores de película de PE y ±1% para condensadores de película de PP.

Vida útil

Los condensadores electrolíticos con electrolito no sólido envejecen a medida que el electrolito se evapora. Esta evaporación depende de la temperatura y de la carga de corriente que experimentan los condensadores. El escape de electrolitos influye en la capacitancia y la ESR. La capacitancia disminuye y la ESR aumenta con el tiempo. A diferencia de los condensadores cerámicos, de película y electrolíticos con electrolitos sólidos, los condensadores "húmedos" Los condensadores electrolíticos alcanzan un "fin de vida" específico. alcanzar un cambio máximo especificado de capacitancia o ESR. Fin de vida, "vida de carga" o "de por vida" puede estimarse mediante fórmulas, diagramas o aproximadamente mediante la llamada "ley de 10 grados". Una especificación típica para un condensador electrolítico establece una vida útil de 2000 horas a 85 °C, duplicándose por cada 10 grados menos de temperatura, logrando una vida útil de aproximadamente 15 años a temperatura ambiente.

Los supercondensadores también experimentan evaporación de electrolitos con el tiempo. La estimación es similar a la de los condensadores electrolíticos húmedos. Además de la temperatura, la tensión y la carga de corriente influyen en la vida útil. Un voltaje más bajo que el voltaje nominal y cargas de corriente más bajas, así como una temperatura más baja, extienden la vida útil.

Tasa de fracaso

Los condensadores son componentes fiables con bajas tasas de fallo y alcanzan una vida útil de décadas en condiciones normales. La mayoría de los condensadores pasan una prueba al final de la producción similar a un "quemado", de modo que se detectan fallas tempranas durante la producción, lo que reduce la cantidad de fallas posteriores al envío.

La confiabilidad de los capacitores generalmente se especifica en números de fallas en el tiempo (FIT) durante el período de fallas aleatorias constantes. FIT es el número de fallos que se pueden esperar en mil millones (10⁹) horas-componente de funcionamiento en condiciones de trabajo fijas (por ejemplo, 1.000 dispositivos durante 1 millón de horas, o 1 millón de dispositivos durante 1.000 horas cada uno). , a 40 °C y 0,5 U_R). Para otras condiciones de voltaje aplicado, carga de corriente, temperatura, influencias mecánicas y humedad, el FIT puede recalcularse con términos estandarizados para contextos industriales o militares.

Información adicional

Soldadura

Los condensadores pueden experimentar cambios en los parámetros eléctricos debido a influencias ambientales como soldadura, factores de estrés mecánico (vibración, choque) y humedad. El mayor factor de estrés es la soldadura. El calor del baño de soldadura, especialmente para los condensadores SMD, puede hacer que los condensadores cerámicos cambien la resistencia de contacto entre terminales y electrodos; en los condensadores de película, la película puede encogerse y en los condensadores electrolíticos húmedos el electrolito puede hervir. Un período de recuperación permite que las características se estabilicen después de la soldadura; algunos tipos pueden requerir hasta 24 horas. Algunas propiedades pueden cambiar irreversiblemente en un pequeño porcentaje debido a la soldadura.

Comportamiento electrolítico por almacenamiento o desuso

Los condensadores electrolíticos con electrolito no sólido están "envejecidos" durante la fabricación aplicando tensión nominal a alta temperatura durante un tiempo suficiente para reparar todas las grietas y debilidades que puedan haber ocurrido durante la producción. Algunos electrolitos con un alto contenido de agua reaccionan de forma bastante agresiva o incluso violenta con el aluminio desprotegido. Esto conduce a un "almacenamiento" o "desuso" problema de los condensadores electrolíticos fabricados antes de los años 1980. Los procesos químicos debilitan la capa de óxido cuando estos condensadores no se utilizan durante demasiado tiempo, lo que provoca fallos o un rendimiento deficiente, como fugas excesivas. Nuevos electrolitos con "inhibidores" o "pasivadores" se desarrollaron durante la década de 1980 para disminuir este problema.

"Preacondicionamiento" Puede recomendarse para condensadores electrolíticos con electrolito no sólido, incluso aquellos fabricados recientemente, que no han estado en uso durante un período prolongado. En el preacondicionamiento se aplica un voltaje a través del capacitor y se hace pasar una corriente deliberadamente limitada a través del capacitor. El envío de una corriente limitada a través del condensador repara las capas de óxido dañadas durante el período de desuso. El voltaje aplicado es menor o igual al voltaje nominal del capacitor. La corriente puede limitarse utilizando, por ejemplo, una resistencia en serie. El preacondicionamiento se detiene una vez que la corriente de fuga está por debajo de un nivel aceptable al voltaje deseado. A partir de 2015, un fabricante indica que puede ser útil realizar un preacondicionamiento para condensadores con electrolitos no sólidos que hayan estado almacenados durante más de 1 a 10 años, dependiendo el tiempo máximo de almacenamiento del tipo de condensador.

Estándares IEC/EN

Las pruebas y requisitos que deben cumplir los condensadores para uso en equipos electrónicos para su aprobación como tipos estandarizados se establecen en la especificación genérica IEC/EN 60384-1 en los siguientes apartados.

Especificación genérica

• IEC/EN 60384-1 - Condenadores fijos para uso en equipo electrónico

Condensadores cerámicos

• IEC/EN 60384-8Condenadores fijos de cerámica dieléctrica, Clase 1
• IEC/EN 60384-9-Condenadores fijos de cerámica dieléctrica, Clase 2
• IEC/EN 60384-21 –Condenadores multicapa de montaje de superficie fija de cerámica dieléctrica, Clase 1
• IEC/EN 60384-22 –Condenadores multicapa de montaje de superficie fija de cerámica dieléctrica, Clase 2

Condensadores de película

• IEC/EN 60384-2Película de polietileno-tereftalato fija dielectric d.c. condensadores
• IEC/EN 60384-11—Dispositivos de polietileno-tereftalato de película dieléctrica metal foil d.c.
• IEC/EN 60384-13—Dispositivos de lámina de polipropileno fijo
• IEC/EN 60384-16—Película metalizada de polipropileno fijo dielectr d.c. condensadores
• IEC/EN 60384-17Película metálica fijada de polipropileno dieléctrico a.c. y pulso
• IEC/EN 60384-19—Condenadores de superficie dieléctrica montados en superficie d.c. de polietileno-tereftalato fijo
• IEC/EN 60384-20Condenadores de superficie dieléctrica montados en superficie d.c.
• IEC/EN 60384-23—Fijación de polietileno metalizado naftalato película dielectric chip d.c. condensadores

Condensadores electrolíticos

• IEC/EN 60384-3Montaje de superficie fija condensadores electrolíticos con electros sólidos de dióxido de manganesolyte
• IEC/EN 60384-4condensadores electrolíticos de aluminio con sólido (MnO2) y electrolito no sólido
• IEC/EN 60384-15condensadores de equivalente fijos con electrolito no sólido y sólido
• IEC/EN 60384-18Condenadores de montaje electrolíticos de aluminio fijo con sólido (MnO₂) y electrolito no sólido
• IEC/EN 60384-24—Condenadores electrolíticos con electrolito sólido de polímero conductivo
• IEC/EN 60384-25—condensadores electrolíticos de aluminio fijo con electrolito sólido de polímero conductivo
• IEC/EN 60384-26-condensadores electrolíticos de aluminio fijo con electrolito sólido de polímero conductivo

Supercondensadores

• IEC/EN 62391-1—Condenadores eléctricos de doble capa fijos para su uso en equipos eléctricos y electrónicos - Parte 1: Especificación genérica
• IEC/EN 62391-2—Condenadores eléctricos de doble capa fijos para uso en equipo electrónico - Parte 2: Especificación de sección - Condenadores eléctricos de doble capa para la aplicación de energía

Capacitor símbolos

Capacitor	Polarizada condensador Electrolítica condensador	Bipolar electrolítica condensador	Feed a través de condensador	Trimmer condensador	Variable condensador

Capacitor símbolos

Marcas

Impreso

Los condensadores, como la mayoría de los demás componentes electrónicos y si hay suficiente espacio disponible, tienen marcas impresas para indicar el fabricante, el tipo, las características eléctricas y térmicas y la fecha de fabricación. Si son lo suficientemente grandes, el condensador está marcado con:

• nombre o marca del fabricante;
• designación de tipo del fabricante;
• polaridad de las terminaciones (para condensadores polarizados)
• capacitancia nominal;
• tolerancia en la capacitancia nominal
• voltaje nominal y naturaleza del suministro (AC o DC)
• categoría climática o temperatura nominal;
• año y mes (o semana) de fabricación;
• marcas de certificación de estándares de seguridad (para capacitores de supresión de EMI/RFI)

Los condensadores polarizados tienen marcas de polaridad, normalmente "−" (menos) signo en el lado del electrodo negativo para condensadores electrolíticos o una raya o "+" (más), consulte la marca #Polaridad. Además, el plomo negativo para productos con plomo "húmedos" Las e-caps suelen ser más cortas.

Los condensadores más pequeños utilizan una notación abreviada. El formato más comúnmente utilizado es: XYZ J/K/M VOLTS V, donde XYZ representa la capacitancia (calculada como XY × 10^Z pF), las letras J, K o M indican la tolerancia (± 5%, ±10% y ±20% respectivamente) y VOLTS V representa el voltaje de trabajo.

Ejemplos:

• 105K 330V implica una capacitancia de 10 × 10⁵ pF = 1 μF (K = ±10%) con un voltaje de trabajo de 330 V.
• 473M 100V implica una capacitancia de 47 × 10³ pF = 47 nF (M = ±20%) con un voltaje de trabajo de 100 V.

La capacitancia, la tolerancia y la fecha de fabricación se pueden indicar con un código corto especificado en IEC/EN 60062. Ejemplos de marcado corto de la capacitancia nominal (microfaradios): μ47 = 0,47 μF, 4μ7 = 4,7 μF, 47μ = 47 µF

La fecha de fabricación suele imprimirse de acuerdo con las normas internacionales.

• Versión 1: codificación con código de numeral año/semana, "1208" es "2012, semana número 8".
• Versión 2: codificación con código de año/mes. Los códigos del año son: "R" = 2003, "S"= 2004, "T" = 2005, "U" = 2006, "V" = 2007, "W" = 2008, "X" = 2009, "A" = 2010, "B" = 2011, "C" = 2012, "D" = 2013, etc. Los códigos del mes son: "1" a "9" = Jan. a Sept., "O" = Octubre, "N" = Noviembre, "D" = Diciembre. "X5" es entonces "2009, Mayo"

Para condensadores muy pequeños como los chips MLCC no es posible realizar marcado. En este caso, sólo la trazabilidad de los fabricantes puede garantizar la identificación de un tipo.

Codificación de colores

A partir de 2013, los condensadores no utilizan códigos de colores.

Marca de polaridad

• Marca de polaridad
• 
• 

Las tapas electrónicas de aluminio con electrolito no sólido tienen una marca de polaridad en el lado del cátodo (menos). Las tapas electrónicas de aluminio, tantalio y niobio con electrolito sólido tienen una marca de polaridad en el lado del ánodo (más). Los supercondensadores están marcados en el lado menos.

Serie de sesiones sobre mercados

Hoy en día, los condensadores discretos son productos industriales producidos en cantidades muy grandes para su uso en equipos electrónicos y eléctricos. A nivel mundial, el mercado de condensadores fijos se estimó en aproximadamente 18 mil millones de dólares en 2008 por 1,4 billones (1,4 × 10¹²) piezas. Este mercado está dominado por los condensadores cerámicos con una estimación de aproximadamente un billón (1 × 10¹²) de artículos por año.

Las cifras estimadas detalladas en valor para las principales familias de condensadores son:

• Condenadores de cerámica: US$8.3 mil millones (46%);
• Condenadores electrolíticos de aluminio: 3.900 millones de dólares (22%);
• Condenadores de película y condensadores de papel: 2.600 millones de dólares, (15%);
• Condenadores electrolíticos de Tantalum: 2.200 millones de dólares (12%);
• Super capacitors (Double-layer capacitors)—US$0.3 billion (2%); and
• Otros como mica de plata y condensadores de vacío: US$0.7 billones (3%).

Todos los demás tipos de condensadores son insignificantes en términos de valor y cantidad en comparación con los tipos anteriores.