Capacitores: O que são? Tipos e Aplicações! Entenda o Fascinante Mundo dos Capacitores!

Capacitores: O que são? Tipos e Aplicações! Entenda o Fascinante Mundo dos Capacitores!

Descubra tudo sobre capacitores: o que são, tipos, aplicações e mergulhe no fascinante mundo desses dispositivos essenciais.

Olá a Todos!

Os capacitores são componentes eletrônicos essenciais em uma ampla variedade de dispositivos e sistemas. Eles desempenham um papel crucial no armazenamento e liberação de energia elétrica, além de terem várias aplicações em circuitos eletrônicos. 

Neste artigo, vamos explorar o que são capacitores, seu funcionamento básico, diferentes tipos, aplicações e características importantes.

O que são capacitores?

Os capacitores são dispositivos eletrônicos que armazenam energia elétrica em um campo elétrico. Eles são compostos por dois condutores separados por um material isolante, chamado de dielétrico. 

Os condutores são conhecidos como placas do capacitor, e a carga elétrica se acumula nessas placas quando uma diferença de potencial é aplicada, como ilustrada na Figura 2 abaixo.

Fig. 2 -Como capacitor funciona? Exemplo de construção interna de um capacitor! 

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Princípio de Funcionamento de um Capacitor!

Quando uma diferença de potencial é aplicada nos terminais de um capacitor, inicia-se o processo de carga e acumulação de energia elétrica nas placas condutoras, separadas por um material dielétrico. A quantidade de carga armazenada é proporcional à tensão aplicada e capacidade do dielétrico em armazenar cargas elétricas.

Após a remoção da diferença de potencial ou quando a tensão é removida, o capacitor é capaz de liberar a energia armazenada, proporcionando uma corrente elétrica em um circuito.

Tipos de Capacitores

Existem diversos tipos de capacitores disponíveis, cada um com características e aplicações específicas. Alguns dos tipos mais comuns incluem:

Capacitores Eletrolíticos: 

Conhecidos por sua alta capacitância, eles são caracterizados por serem polarizados, ou seja, possuem um terminal positivo e um terminal negativo. É crucial conectá-los corretamente, a fim de evitar danos aos componentes e ao próprio capacitor. 

Existem dois diferentes tipos principais de capacitores eletrolíticos, estes incluem os modelos: 

• Axiais que possui terminais de conexão localizados em suas extremidades, como ilustrado na Figura 3 abaixo.

Fig. 3 - Capacitor Eletrolítico Axial

• Radiais que possui seus terminais paralelo na mesma extremidade, como ilustrado na Figura 4 abaixo. 

Fig. 4 - Capacitor Eletrolítico Radial

Esses capacitores são amplamente empregados em aplicações que exigem uma maior capacidade de armazenamento de carga elétrica como fontes de alimentação, amplificadores de áudio, filtros de tensão e corrente.

Capacitores de Cerâmica: 

São amplamente utilizados devido ao seu tamanho compacto e custo acessível. São ideais para aplicações de alta frequência e podem ser encontrados em uma variedade de dispositivos eletrônicos, como smartphones, computadores e equipamentos de áudio. Sua aparência física estar sendo ilustrada na Figura 4 abaixo. 

Fig. 5 - Capacitor Cerâmico de disco 100nF

Capacitores de Filme: 

São amplamente utilizados em aplicações de alta tensão e alta frequência. Oferecem boa estabilidade, resistência ao calor e baixa perda dielétrica. 

Existem enumero tipos de capacitores de filme, a principal diferença entre esses tipos de capacitores é o material utilizado como dielétrico, suas características físicas, também são em alguns casos idênticos, e em outros casos diferem, os mais comuns, que iremos classificar por subcategorias para facilitar o nosso entendimento são:

Capacitor de filme de poliéster

Os capacitores de filme de poliéster são dispositivos que utilizam um filme plástico fino como dielétrico. Eles apresentam um bom custo-benefício, estabilidade ao longo do tempo e baixa autoindutância e VHS. Suas características físicas são ilustradas na Figura 6 abaixo.

Fig. 6 - Capacitor de Filme de Poliéster

Além disso, o filme de poliéster tem uma baixa absorção de umidade, tornando esses capacitores adequados para projetos "nus", sem a necessidade de revestimentos adicionais. Eles são comumente empregados em aplicações que exigem tensões de trabalho mais altas, com limite de até 630V.

Capacitor de filme de poliéster metalizado

Os capacitores de filme de poliéster metalizado são dispositivos que utilizam um filme plástico fino como dielétrico. Eles são acessíveis em termos de custo, apresentam estabilidade ao longo do tempo e possuem baixa autoindutância e VHS. Suas características físicas são ilustradas na Figura 7 abaixo.

Fig. 7 - Capacitor de Filme de Poliéster Metalizado

O capacitor de poliéster metalizado compartilha características semelhantes ao capacitor de poliéster não metalizado, porém, devido à menor espessura dos eletrodos, ele suporta correntes de pico mais baixas. Além disso, sua construção mais fina resulta em dimensões menores para obter os mesmos valores capacitivos.

Capacitor de filme de polipropileno

Os capacitores de filme de polipropileno são dispositivos que empregam um filme plástico fino como dielétrico. O polipropileno (PP) é utilizado no capacitor, que é uma variante conhecida como capacitor de filme. Suas características físicas são ilustradas na Figura 8 abaixo.

Fig. 8 - Capacitor de filme de Polipropileno

Nesse tipo de capacitor, o dielétrico é formado por um filme plástico fino, especificamente o polipropileno. Para obter a espessura necessária, o filme é produzido de maneira precisa  por meio de um processo sofisticado de laminação.

Capacitor de filme de polipropileno metalizado

Os capacitores de filme de polipropileno metalizado são dispositivos que utilizam um filme plástico fino como dielétrico. O polipropileno presente no capacitor PP é uma variação conhecida como capacitor de filme. Suas características físicas são ilustradas na Figura 9 abaixo.

Fig. 9 - Capacitor de filme de Polipropileno Metalizado

Nesses capacitores, o dielétrico é formado por um filme plástico fino de polipropileno. Esse filme é produzido com extrema precisão, alcançando a espessura necessária por meio de um processo avançado. Em seguida, o polipropileno é metalizado, resultando na formação das placas do capacitor através do dielétrico.

Capacitor de filme de poliestireno 

Os capacitores de filme de poliestireno são dispositivos que utilizam um filme plástico fino como dielétrico. Suas características físicas são ilustradas na Figura 10 abaixo.

Fig. 10 - Capacitor de filme de Poliestireno

Esses capacitores apresentam características notáveis, como alto isolamento, baixo vazamento, baixa absorção dielétrica, baixa distorção e excelente estabilidade térmica. Devido a essas propriedades, os capacitores de poliestireno podem ser uma alternativa viável aos capacitores de mica prateada ou disco cerâmico em diversas aplicações.

Capacitor de filme de poliestireno metalizado

Os capacitores de poliestireno metalizado têm uma camada metálica, geralmente de alumínio, depositada sobre o filme de poliestireno. Essa camada metálica atua como um dos eletrodos do capacitor. 

Os capacitores de poliestireno metalizado mantêm as características do poliestireno em termos de isolamento, absorção dielétrica e estabilidade térmica, mas também possuem a vantagem adicional de apresentar uma capacitância maior em comparação com os capacitores de poliestireno não metalizado.

 Isso se deve à área de superfície adicional fornecida pela camada metálica, o que resulta em uma capacidade de armazenamento de carga maior.

Capacitores de Tântalo: 

Os capacitores de tântalo são um subtipo de capacitores eletrolíticos feitos de metal tântalo. Eles possuem uma camada de óxido como dielétrico, resultando em maior capacitância por volume e características de frequência superiores. 

Esses capacitores são polarizados e requerem atenção à polaridade correta do terminal ao serem conectados a uma fonte de CC. Suas características físicas são ilustradas na Figura 11 abaixo.

Fig. 11 - Capacitor de Tântalo

Os capacitores de tântalo são amplamente utilizados em diversos circuitos, especialmente em laptops, indústria automotiva, telefones celulares e outros dispositivos eletrônicos. 

Muitas vezes, são encontrados na forma de dispositivos montados em superfície (SMD), como ilustrada na Figura 12 abaixo, ocupando menos espaço na placa de circuito impresso e permitindo maior densidade de embalagem.

Fig. 12 - Capacitor de Tântalo SMD

Estes são apenas alguns exemplos dos tipos de capacitores disponíveis, a lista é extensa, logo abaixo estamos disponibilizando a título de conhecimento os tipos de capacitores que podemos encontrar no mercado. 

Cada tipo tem suas próprias características e é escolhido de acordo com as necessidades específicas do circuito ou dispositivo eletrônico em que será utilizado. 

Lista de Capacitores existentes no mercado

1. Capacitor eletrolítico
2. Capacitor cerâmico
3. Capacitor de arranque
4. Capacitor de filme de estanho
5. Capacitor de filme de poliéster
6. Capacitor de filme de polipropileno
7. Capacitor de filme de poliestireno
8. Capacitor de filme de poliéster metalizado
9. Capacitor de filme de polipropileno metalizado
10. Capacitor de filme de poliestireno metalizado
11. Capacitor de filme de poliéster metalizado autorregenerativo
12. Capacitor de filme de polipropileno metalizado autorregenerativo
13. Capacitor de filme de poliestireno metalizado autorregenerativo
14. Capacitor de filme de polipropileno e poliéster metalizado em tandem
15. Capacitor de filme de tântalo
16. Capacitor de disco cerâmico
17. Capacitor de mica
18. Capacitor de cerâmica multicamada
19. Capacitor de cerâmica de alta tensão
20. Capacitor de cerâmica de alta frequência
21. Capacitor de cerâmica de temperatura compensada (NP0/C0G)
22. Capacitor de cerâmica de alta capacitância (X5R, X7R)
23. Capacitor de cerâmica de baixa capacitância (Y5V)
24. Capacitor de cerâmica de alta estabilidade
25. Capacitor de cerâmica de alta tensão e temperatura
26. Capacitor de óxido metálico
27. Capacitor de óxido de nióbio
28. Capacitor de papel e óleo
29. Capacitor de película
30. Capacitor de plástico metalizado
31. Capacitor de Policarbonato
32. Capacitor de polímero orgânico de alumínio
33. Capacitor de super-capacitância (supercapacitor ou ultracapacitor)
34. Capacitor de tântalo eletrolítico
35. Capacitor RF de silício / película fina

Aplicações de Capacitores

Os capacitores têm uma ampla variedade de aplicações em circuitos eletrônicos e sistemas elétricos. Aqui estão algumas das aplicações mais comuns de capacitores:

Filtro de Corrente Contínua:

Aplicação: Utilizado para fornecer uma corrente contínua estável a partir de uma fonte de energia, eliminando ou reduzindo o ripple.

Exemplo prático: Em uma fonte de alimentação retificada de onda completa, o capacitor é usado em paralelo com a carga para suavizar o ripple, que é a variação indesejada da tensão contínua.

Cálculo do ripple: O ripple pode ser calculado usando a fórmula Vr = (I / (2 * f * C)), onde Vr é o valor do ripple, I é a corrente de carga, f é a frequência de retificação e C é a capacitância.

Frequência de Corte de um Filtro RC:

Exemplo prático: Usando um filtro RC para atenuar as frequências altas em uma caixa de som grave ou sub-grave. Para calcular a frequência de corte de um filtro RC. Suponha que temos um resistor de 100 Ω e um capacitor de 10 μF (0,00001 F). Vamos calcular a frequência de corte:

Fórmula: A frequência de corte para o filtro RC, pode ser calculada usando a formula f = 1 / (2πRC), onde f é a frequência de corte, R é a resistência e C é a capacitância.

• f = 1 / (2π(100)(0,00001))
• f ≈ 159,15 Hz

Nesse caso, a frequência de corte do filtro RC é aproximadamente 159,15 Hz.

Circuito de Temporização:

Aplicação: Usado para criar atrasos ou temporizações em circuitos.

Exemplo prático: Um circuito de temporização comum é o temporizador RC. Um capacitor é carregado ou descarregado através de um resistor, resultando em atrasos controlados. Isso pode ser usado em circuitos de controle de tempo, como piscas de luz intermitentes.

Fórmula: A constante de tempo τ (tau) do circuito RC pode ser calculada como τ = RC, onde R é a resistência e C é a capacitância.

Circuitos de Oscilação:

Aplicação: Utilizado para gerar sinais de oscilação ou frequência.

Exemplo prático: Em osciladores LC (indutor-capacitor), o capacitor é combinado com um indutor para criar um circuito que oscila em uma frequência específica. Esses circuitos são amplamente usados em relógios, rádios e sistemas de comunicação.

Fórmula: A frequência de oscilação em um circuito LC pode ser calculada usando a fórmula f = 1 / (2π√(LC)), onde f é a frequência, L é a indutância e C é a capacitância.

Armazenamento de Energia:

Aplicação: Usado para armazenar energia elétrica e liberá-la quando necessário.

Exemplo prático: Dispositivos Flashes de Câmeras fotográficas, onde há um acúmulo de energia no capacitor, quando necessário, para fornecer uma demanda alta de energia instantânea.

Cálculos: A energia armazenada em um capacitor pode ser calculada usando a fórmula E = 1/2 * C * V^2, onde E é a energia, C é a capacitância e V é a tensão.

Esses são apenas alguns exemplos de aplicações de capacitores, com exemplos práticos e, quando aplicável, fórmulas e cálculos para demonstrar seu uso em circuitos e sistemas eletrônicos. 

É importante ter em mente que as aplicações podem variar dependendo das necessidades específicas de cada projeto.

Características importantes

Ao selecionar um capacitor para uma determinada aplicação, é importante considerar as seguintes características:

Capacitância

A capacitância é a medida da capacidade do capacitor de armazenar cargas elétricas. É medida em farads (F) e determina a quantidade de energia que um capacitor pode armazenar.

Tolerância

A tolerância é a variação permitida na capacitância do capacitor em relação ao valor nominal. Ela indica a precisão do capacitor em relação ao seu valor especificado.

Tensão nominal

A tensão nominal é a máxima tensão que um capacitor pode suportar sem falhar. É essencial escolher um capacitor com uma tensão nominal adequada para evitar danos ou falhas no circuito.

Vida útil

A vida útil de um capacitor refere-se ao tempo em que ele pode operar dentro das especificações. É importante considerar a vida útil ao projetar sistemas eletrônicos de longa duração.

Conclusão

Os capacitores são componentes eletrônicos versáteis e fundamentais em inúmeras aplicações. Eles desempenham papéis cruciais no armazenamento de energia, filtragem de sinais e ajuste de circuitos. 

Ao escolher um capacitor para uma aplicação específica, é essencial considerar suas características, como capacitância, tolerância, tensão nominal e vida útil. A compreensão adequada dos capacitores ajuda a otimizar o desempenho e a confiabilidade dos sistemas eletrônicos.

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• Lista de Exercícios Eletrônica Básica - Alunos

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