Los capacitores se pueden utilizar muchas formas y con muchos propósitos en los circuitos electrónicos. Sin embargo, hay dos funciones en las que se utilizan estos componentes que deben ser bien entendidos por los profesionales. En este artículo vamos a tratar con los capacitores utilizados en los circuitos de acoplamiento y desacoplamiento.
Sabemos que los capacitores están formados por dos conductores (armadura) separados por un material aislante, llamado dieléctrico. Cuando aplicamos una tensión a la armadura, llevan una carga y, después de eso, ninguna corriente circulará, como se muestra en la figura 1.
Sin embargo, estos conceptos son válidos cuando tratamos con los circuitos de corriente continua. La mayoría de los circuitos electrónicos, sin embargo, funcionan con señales, que son corrientes alternas de las frecuencias más diversas. Por lo tanto, debemos analizar otras propiedades de los capacitores que son importantes en este caso.
Reactancia Capacitiva
Cuando conectamos un capacitor a una fuente de corriente directa, la corriente fluye sólo por un instante, el intervalo de tiempo en el que el capacitor tarda en cargarse. Después de eso, el capacitor comienza a presentar una resistencia infinita y ninguna corriente puede circular.
Conectando un LED de serie con un capacitor de alto valor, en una experiencia que el lector puede hacer. Cuando cerramos el Disyuntor, el LED parpadea, indicando la corriente de carga, pero luego se apaga, ya que ya no puede circular ninguna corriente. La figura 2 muestra el circuito utilizado en este experimento.
Sin embargo, si conectamos el capacitor en un circuito donde la corriente varía constantemente, es decir, en un circuito de corriente alterna, cuando el tensión varía de cero a máximo, una fracción de segundo el capacitor acompaña y transporta.
Luego, cuando cae la tensión, las cargas que se acumularon en la armadura se drenan, y con la inversión de la tensión, vuelven a descargar y cargan con la polaridad opuesta, como se muestra en la figura 3.
Como la corriente invierte constantemente, la carga y descarga del capacitor acompaña, de modo que circule constantemente una corriente a través del circuito. Vea que las cargas móviles no son lo mismo.
Las cargas de armadura inducen en la armadura opuesta las cargas que luego se mueven a través del circuito. Si conectamos un LED para indicar esta corriente en un circuito de corriente alterna, No lo hizo. Se encenderá sólo el instante en que tengamos la carga, pero más bien acompañando constantemente las reversiones de polaridad de la tensión de red, como se muestra en la figura 4.
El "tamaño" del capacitor, es decir, su valor, determina la intensidad de la corriente que circulará a través del LED. Por otro lado, la frecuencia con la que varía la corriente también determina la intensidad de la corriente en el circuito.
Una mayor velocidad en las variaciones también determina una mayor intensidad de corriente. Podemos decir que el capacitor, en estas condiciones, se comporta como una especie de “Resistencia "a la corriente alterna, ofreciendo mayor o menor oposición según su valor y frecuencia.
A continuación, definimos un término para indicar esta "oposición" o resistencia que los capacitores presentan en relación con la circulación de una corriente alterna. El término es "Reactancia Capacitiva" y lo representamos por Xc.
Su valor depende de la frecuencia y la frecuencia, y puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
Xc = [ 1 / ( 2 . π . F . C ) ]
Dónde:
Xc es la reactancia capacitiva en ohms
π vale 3,1416 – constante
F es la frecuencia de la corriente en Hertz (Hz)
C es la capacitancia del capacitor en farad (F)
Lo importante para nosotros es que podemos ver en un capacitor un dispositivo que tiene una propiedad muy importante. Ofrece una leve oposición al paso de una corriente alterna.
Acoplamiento
Luego llegamos a una primera aplicación para los capacitores. Típicamente, los circuitos que amplifican las señales de audio o RF, tales como los que se encuentran en radios y amplificadores, están formados por pasos que funcionan de forma independiente y se elaboran alrededor de uno o más componentes activos.
En la figura 5 tenemos un típico paso de amplificación usando un transistor bipolar.
En este tipo de amplificador, llamado la configuración común del emisor, aplicamos la señal que se amplificaría a la base y la eliminaremos del colector.
Entonces encontramos los resistores de base Rb1 y Rb2 que polarizan la base del transistor que conduce el amplificador a la operación deseada. También tenemos los resistores de emisor (Re) y colector (Rc) que completan la polarización.
Si conectamos un paso a otro de manera directa para transferir la señal a una nueva amplificación, puede haber interferencias en los circuitos de polarización, lo cual no es deseable, como se muestra en la figura 6.
Como la señal a ser amplificada es conmutada y la polarización es continua, podemos aislar fácilmente los circuitos si usamos un capacitor, como se muestra en la figura 7.
En este caso, el capacitor engancha los circuitos, dejando de uno a otro la señal a amplificar, pero aísla la polarización, ya que se hace por una corriente continua. Los valores de los capacitores utilizados en esta función dependen tanto de la frecuencia como de la intensidad de la señal a transferir.
Para pre amplificar los pasos de audio con señales de baja intensidad, los capacitores tienen valores típicos de 10 nF a 1 uF. Para señales de mayor intensidad o frecuencias muy bajas, los valores pueden alcanzar 470 uF.
En los circuitos de RF, encontramos valores muy pequeños en la pista de los picofarads. Vea que el tipo de capacitor utilizado en esta función también es muy importante. Encontramos electrolíticos, cerámicos y poliéster en los circuitos de audio y cerámica en los circuitos de RF.
En la figura 8 tenemos pasos de audio y RF, con los valores típicos de los capacitores de acoplamiento.
Desacoplamiento
Un capacitor de valor apropiado puede ser visto como un verdadero "cortocircuito" para una señal. Por otro lado, el mismo capacitor puede considerarse una resistencia infinita a una corriente continua.
Una función importante que se puede obtener con la ayuda de un capacitor es precisamente para eliminar las señales de ciertas frecuencias de un circuito, sin alterar, sin embargo, las tensiones de polarización, o una señal de frecuencias mucho más bajas.
Esta aplicación de capacitor consiste en desacoplar el circuito para eliminar una cierta señal. En la figura 9 tenemos una primera aplicación de un capacitor para este propósito, desacoplando la señal de alta frecuencia.
Después del detector de diodo de una radio AM tenemos dos señales: la señal de alta frecuencia del portador y la señal de audio en forma de envolvente. Colocando un capacitor de valor lo suficientemente bajo como para permitir que la señal RF pase, pero no el audio, podemos separar los dos.
La señal de audio va al circuito del amplificador y la señal de RF se toma en tierra, ya no se necesita. Otra aplicación importante de los capacitores de desacoplamiento se muestra en figura 10.
Las fuentes de alimentación, como las pilas y las baterías, tienen una cierta resistencia interna que tiende a aumentar a medida que se desgastan. Dado que estas fuentes deben alimentar varias etapas del mismo aparato, la presencia de resistencia provoca la posibilidad de que la señal pase de un paso hacia el otro de una manera indeseable, es decir, produciendo realimentaciones.
Estas realimentaciones pueden ser suficientemente fuerte, cuando la batería es débil, para causar distorsión en el sonido y oscilaciones como los estallidos del circuito, llamado " motorboating".
Un capacitor conectado en paralelo con la fuente cortocircuitada las señales de retroalimentación, evitando este problema. Otra aplicación de capacitores de desacoplamiento está junto a la potencia de los circuitos integrados que operan a altas velocidades de conmutación.
A continuación, los capacitores se montan muy cerca de los terminales de alimentación, evitando que las oscilaciones fuertes de las corrientes pasen a otros circuitos integrados del mismo aparato. En la figura 11 mostramos cómo se hace.
Finalmente tenemos otro caso de desacoplamiento, mostrado en la figura 12.
Al mismo tiempo que la resistor del emisor fijó el punto de operación del paso, representa una impedancia para la señal que reduce la ganancia. Al enlazar en paralelo con este resistor un capacitor de valor conveniente, bajamos la impedancia a la señal de entrada, para que pueda entrar en el circuito y con esto obtener mayor ganancia.
Los valores de este capacitor dependen de la aplicación que entre 1 nF y 1 uF para circuitos de RF y 10 uF 1 000 uF para circuitos de audio.
Conclusión
Acoplar y desacoplar convenientemente una señal es fundamental para el funcionamiento de un paso de amplificación. Elija los valores y los tipos de capacitores correctos para que el circuito funcione de la manera que usted espera.
