TeorÃa de los condensadores en electrónica
La comprensión de la teorÃa de los condensadores en electrónica, es absolutamente necesaria para entender el funcionamiento de todos los cirtuitos eléctricos y electrónicos.
Un condensador es un dispositivo compuesto por dos terminales conductores separados por un material no conductor. El material no conductor se conoce como dieléctrico, y debido a su caracterÃstica aislante, las cargas eléctricas del condensador no pueden moverse libremente entre sus terminales.
Un tipo de condensador llamado «condensador de placas paralelas» se aprecia en la siguiente figura, en la que podemos observar su composición por dos placas metálicas paralelas que se separan por una distancia pequeña en comparación con sus anchos.
La placa inferior está conectada a un terminal conductor polarizado con (-) y la placa superior con un terminal conductor polarizado con (+).
Imaginemos que una fuente de voltaje «V» puesta en serie con una resistencia «R«, van a ser conectadas a un condensador de placas paralelas mediante un interruptor «S«, tal como vemos en la siguiente figura.
Tan pronto se cierra el interruptor, una corriente de cargas positivas ‘i’ aparece en el terminal conductor positivo y entra en la placa superior.
Como la corriente ‘i’ está compuesta por cargas positivas ‘+q‘, entra en un proceso de distribución en la placa superior del condensador, debido a que no puede atravesar el dieléctrico. Entonces las cargas ‘+q‘ se acomodarán hasta ocupar la totalidad de la placa. Asà mismo aparecen cargas ‘-q‘ en la placa inferior del condensador, y quedan enfrentadas a las ‘+q‘ .
Tan pronto como aparecen las cargas ‘-q‘ en la placa inferior, nace un flujo de carga ‘+q’ en esa misma placa y la abandonan viajando hacÃa el polo negativo de «V». Este flujo de cargas que nacen en la placa inferior tiene la misma intensidad de las cargas ‘+q‘ que las provocó entrando en la placa superior. Ese flujo de cargas ‘+q‘ que nacen en la placa opuesta sucede por el fenomeno llamado Repulsión electrostática (por el campo eléctrico E que aparecen en las placas).
Cuando ambas placas quedan completamenmte ocupadas por las cargas eléctricas, decimos que el condensador se ha cargado y su voltaje en las terminales es similar al de la fuente «V». Entonces:
«El condensador es un componente capaz de almacenar energÃa finitia en forma de voltaje.»
Debido a que fÃsicamente la distribución de las cargas en las placas del condensador toma algún tiempo, podemos afirmar que:
«Un condensador es un dispositivo que se opone a los cambios bruscos de voltaje que se aplican sobre sus terminales»
También es necesario indicar que:
«Cualquier variación de voltaje que se intente aplicar sobre el condensador, ocasiona fuertes incrementos de corriente a través de su estructura.»
Pues como se opone a los cambios de voltaje, será entonces la corriente la que cambien abruptamente (No es que la corriente atravise el dieléctrico, recordemos que esta corriente aparece por la Repulsión electrostática que vimos más arriba, entonces se ve como si atravesara este componente). Asà que:
El condensador se comporta como un corto circuito para la corriente en el instante exacto en que una fuente externa genera sobre él un cambio súbito de voltaje.
La cantidad de cargas contenidas dentro del condensador es siempre la misma, pues por cada carga ‘+q‘ que llegue a la placa superior, habráuna carga ‘+q‘ desalojada de la placa inferior.
Realmente un condensador ideal se comporta como una impedancia muy baja ante señales de corriente alterna (AC) de frecuencia suficientemente alta, pero no constituye un cortocircuito real. La clave está en su reactancia capacitiva, que determina cuánto se opone al paso de la corriente alterna.
Tiempo de carga de un condensador en electrónica
Según complicados razonamientos matemáticos en la teoria de los condensadores en electrónica, se ha establecido un patrón de medición del tiempo de carga de condensador, conocido como «τ» (tau), el cual representan una constante de tiempo. Dicha constante posee un valor igual a cinco veces la resistencia ‘R’ a través de la cual llega la corriente hacÃa el condensador, multiplicado por la capacitancia del condensador. La unidad del «τ» es el segundo.
Ï„ = R x C
tiempo de carga = 5Ï„
tiempo de carga = 5(R x C)
En el siguiente laboratorio de carga de un condensador, simulado con el software SimulIDE, tenemos un circutio RC monitoreado por un osciloscopio. Con el osciloscopio podemos ver que el tiempo que C toma para llegar casi a 5V, son 28 segundos, pues:
Ï„ = R x C
tiempo de carga = 5Ï„
tiempo de carga = 5(100.000 ohm x 0,000056)
28 segundos
En la siguiente imagen vemos en un osciloscopio dos señales: una señal cuadrada y otra curvada.
La señal cuadra es de un generador de señales, y la curvada es la misma señal aplicada a un condensador de 0,001 µF. Desde el punto 1 (0V) al 3, vemos la respuesta del condensador a la señal aplicada, es decir, su proceso de carga. Y del punto 5 al 7 su proceso de descarga.
En un próximo artÃculo veremos el calculo de condensadores conectados en eserie y en paraleo.
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