Um condensador é um componente eletrónico passivo utilizado para armazenar energia eléctrica.A sua estrutura central é constituída por dois condutores (normalmente placas metálicas) isolados entre si e localizados perto um do outro. Quando uma tensão contínua é aplicada às extremidades de um condensador, acumulam-se cargas positivas e negativas em cada uma das duas placas, criando um campo eletrostático entre elas. Este processo de separação de cargas e de estabelecimento de um campo elétrico permite o armazenamento de energia eléctrica e a capacidade do condensador determina a sua capacidade de armazenamento de energia. Os condensadores podem responder rapidamente às alterações de tensão durante a carga e a descarga, uma caraterística que os torna valiosos para uma vasta gama de aplicações em circuitos electrónicos.
Classificação dos condensadores
1. condensadores de uso geral
Inclui principalmente condensadores cerâmicos (como o circuito de alta frequência no MLCC), condensadores de película (como condensadores de poliéster, condensadores de poliestireno, etc.), com boa estabilidade, baixa perda dieléctrica, amplamente utilizados em acoplamento, bypass, oscilação e outros circuitos convencionais.
2. Condensadores electrolíticos
Representados pelos condensadores electrolíticos de alumínio e pelos condensadores electrolíticos de tântalo, têm as vantagens da grande capacidade e do pequeno volume. São principalmente utilizados em cenários como a filtragem de fontes de alimentação (por exemplo, a saída de uma fonte de alimentação comutada), o armazenamento de energia e o acoplamento de sinais de baixa frequência.
3.Condensadores ajustáveis
Através de um ajuste mecânico para alterar o espaçamento das placas dos pólos ou a área efectiva para obter alterações no valor da capacitância, normalmente utilizado em circuitos de sintonização de rádio (como os selectores de rádio antigos), no casamento de impedâncias de alta frequência e noutras ocasiões que exijam um ajuste preciso.
4.Supercapacitor (condensador de dupla camada)
Entre os dispositivos tradicionais de armazenamento de energia de condensadores e baterias, com uma densidade de potência muito elevada e caraterísticas de carga e descarga rápidas, adequados para veículos de energia nova’ sistema start-stop, armazenamento de energia na rede e outras aplicações de alta potência.
5. condensadores de segurança
Incluindo condensadores X (ao longo da linha para suprimir a interferência de modo diferencial) e condensadores Y (entre a linha e a terra para suprimir a interferência de modo comum), especificamente utilizados para a filtragem de EMI da fonte de alimentação, para garantir que o equipamento elétrico está em conformidade com as normas de compatibilidade electromagnética.
6. condensadores de potência
Tal como a eletrónica de potência utilizada em condensadores de suporte DC, condensadores de filtro AC, etc., utilizados principalmente em conversores de frequência, inversores e outros dispositivos de conversão de energia de alta potência.
O papel dos condensadores
1. Armazenamento de energia e carregamento e descarregamento rápidos
Os condensadores podem armazenar energia eléctrica sob a forma de um campo eletrostático e suportar cargas e descargas de alta velocidade. Em comparação com as baterias químicas, a sua velocidade de carga e descarga é mais rápida (milissegundos), e o ciclo de vida pode atingir mais de dezenas de milhares de vezes, pelo que tem uma vantagem única no cenário que requer uma corrente elevada instantânea ou uma conversão rápida de energia (como a aceleração de veículos eléctricos, a recuperação de energia de travagem, o sistema de energia por impulsos).
2.Isolamento através da cruz (acoplamento e desacoplamento)
Os condensadores apresentam uma impedância elevada em relação à corrente contínua, bloqueando a componente contínua e permitindo a passagem de sinais de corrente alternada.Esta caraterística torna-o muito utilizado em circuitos de acoplamento (como a transmissão de sinais de áudio no condensador de isolamento) e em circuitos de desacoplamento (para eliminar interferências de ruído da fonte de alimentação).
3.Filtragem e estabilização da tensão
Nos circuitos de alimentação, os condensadores podem filtrar eficazmente os componentes pulsantes rectificados, a saída de uma tensão CC suave (como os condensadores electrolíticos utilizados na filtragem da alimentação).Além disso, no processamento de sinais, os condensadores podem ser utilizados com resistências ou indutores para formar um filtro passa-baixo e passa-alto para suprimir o ruído de alta frequência e melhorar a qualidade do sinal.
4.Sintonização e ressonância (circuito LC)
Os condensadores e indutores podem ser combinados para formar circuitos ressonantes LC para seleção de frequências, sintonização e outras aplicações, tais como circuitos FM de receptores de rádio, osciladores e redes de correspondência RF.
5.Arranque do motor e compensação de fases
Nos motores monofásicos de corrente alternada, os condensadores ajudam no arranque do motor (por exemplo, condensadores de arranque), gerando uma diferença de fase para formar um campo magnético rotativo. Além disso, nos sistemas de energia, os condensadores são utilizados para a correção do fator de potência, a fim de melhorar a eficiência da utilização da energia.
Estas propriedades dos condensadores fazem com que desempenhem um papel fundamental nos circuitos electrónicos, nos sistemas de energia, nas novas tecnologias energéticas e nos equipamentos de comunicação.
Verificar se os condensadores estão avariados
1. Aspeto
O invólucro do condensador de potência está intacto, não há expansão óbvia, deformação, fissuras e outros fenómenos. Se a situação acima ocorrer, significa que o condensador tem uma falha grave, ou seja, não pode continuar a ser utilizado.
Se a ligação dos terminais do condensador é firme, com ou sem folga, corrosão e outros problemas.Os problemas com os terminais podem levar a um mau contacto e afetar o funcionamento normal do condensador.
2.Ensaio de capacidade
Medir a capacidade do condensador de potência para ver se a capacidade real do condensador corresponde à capacidade nominal.Se a capacidade real for muito inferior à capacidade nominal, isso significa que o condensador envelheceu e falhou.
3. teste de resistência de isolamento
Medir a resistência de isolamento do condensador com os instrumentos adequados.Em circunstâncias normais, a resistência de isolamento deve ser superior a 10 megohms. Se a resistência de isolamento for inferior a este valor, isso significa que o desempenho de isolamento do condensador pode ter sido danificado e é necessária uma inspeção adicional.
4. Ensaio de tensão e corrente
Medir o valor da tensão do condensador de potência durante o funcionamento.Se o valor da tensão flutuar muito, significa que o condensador de potência pode ter problemas.
Medir o valor da corrente do condensador à tensão nominal.Se o valor real da corrente exceder o valor da corrente indicado no guia, isso indica que o condensador pode estar sobrecarregado.
5.Teste de temperatura
Verificar se a temperatura de funcionamento do condensador de potência está dentro do intervalo especificado.Normalmente, o condensador deve ser utilizado em condições de temperatura adequadas. Se a temperatura for demasiado elevada, isso prova que o condensador pode ter algum tipo de falha, sendo necessário parar de o utilizar imediatamente.
Este é o método para determinar se o condensador de potência está avariado.No funcionamento real, os condensadores de potência devem ser inspeccionados regularmente e, se forem detectadas anomalias, devem ser interrompidos a tempo de evitar riscos de segurança.
Métodos de ensaio de condensadores
1. Método de ensaio do multímetro digital
Procedimento de funcionamento:
Certifique-se de que o condensador está completamente descarregado
Colocar o multímetro em resistência (recomenda-se a escolha de ×1k ou nível superior)
Ligar as canetas de teste a ambas as extremidades do condensador.
Observar a alteração da leitura:
Funcionamento normal: a leitura é visualizada por breves instantes e depois regressa rapidamente ao estado "OL" (circuito aberto)
Desempenho em caso de falha: Apresenta continuamente um valor de resistência fixo ou resistência zero.
Cuidado:
Certifique-se de que o teste está totalmente descarregado antes de o efetuar
10 segundos ou mais entre cada teste
Repetir o teste 3 vezes para confirmar a consistência dos resultados
2.Método de ensaio do multímetro analógico
Processo de deteção:
Selecionar o nível de resistência adequado (recomendado ×100 ou ×1k)
Ligar a caneta de teste e observar o movimento do ponteiro:
Boa capacitância: o ponteiro oscila bruscamente para a direita e depois volta lentamente para ∞!
Defeito de curto-circuito: o ponteiro pára na posição de baixa resistência
Defeito de circuito aberto: o ponteiro não se move
Pontos técnicos:
Os condensadores electrolíticos devem ter em atenção a polaridade (caneta preta para o pólo positivo)
Condensadores de grande capacidade (>10μF) oscilação do ponteiro mais óbvia
Após o teste, é necessário aguardar que o ponteiro regresse à posição completa
3.Método de medição direta da engrenagem de capacitância
Implementar a especificação:
Escolha um multímetro digital com função de medição de capacitância.
Seleção do intervalo de medição:
Capacitância pequena (nível pF): Utilizar o clip de teste especial.
Grande capacidade (nível μF): ensaio de ligação direta
Critérios de avaliação dos resultados:
Passa: Valor medido dentro de ±20% do valor nominal.
Nota: Os condensadores electrolíticos permitem um desvio de +50%/-20%.
Falha: indicação "0" ou muito abaixo do valor nominal do limite inferior
4.Método de ensaio de tensão
Guia de utilização profissional:
Construir o circuito de teste:
Tensão de alimentação ≤ tensão nominal do condensador
Resistência limitadora de corrente em série (1-10kΩ)
Processo de medição:
No início do carregamento: a tensão deve aumentar rapidamente
Após estabilização: a tensão deve estar próxima da tensão de alimentação
Caraterísticas da avaria:
A tensão aumenta lentamente: diminuição da capacidade
A tensão não pode ser mantida: corrente de fuga excessiva
Tensão zero: avaria total
5.Medições de constantes de tempo
Programa de medição de precisão:
Circuito de teste padrão:
Resistência de precisão conhecida R (recomenda-se 1kΩ-10kΩ)
Osciloscópio para monitorizar a curva de carga
Método de cálculo:
Tempo de medição até 63,2% de tensão de alimentação (τ)
Calcular a capacidade: C = τ/R
Sugestão de aplicação de engenharia:
Adequado para a gama de capacidades 1μF-1000μF
Necessidade de considerar o efeito da resistência interna do multímetro
Recomenda-se a utilização de uma fonte de sinal de onda quadrada para melhorar a precisão
Sugestões de testes abrangentes:
Dar prioridade à utilização da medição direta da capacitância
Falhas difíceis utilizando vários métodos de verificação cruzada
Os condensadores de alta tensão devem ser testados com equipamento especializado
A criação de registos de testes para acompanhar a tendência de deterioração
Nota: Todos os testes devem estar em conformidade com os códigos de segurança eléctrica, os condensadores de alta tensão devem ser totalmente descarregados antes do teste!
Apacitores em PCBs
Função de acoplamento
Os condensadores actuam como componentes de acoplamento em circuitos, transmitindo eficazmente sinais de baixa frequência e permitindo a amplificação de sinais, ao mesmo tempo que isolam os pontos de funcionamento DC de fases adjacentes do circuito para evitar interferências mútuas. Para garantir uma transmissão eficiente dos componentes de sinais de baixa frequência, os condensadores electrolíticos de grande capacidade (normalmente na gama dos μF) são normalmente utilizados como condensadores de acoplamento no projeto.
Função de filtragem
Nos circuitos de alimentação eléctrica, os condensadores filtram o ruído de alta frequência dos sinais CA, proporcionando uma saída CC suave.Especificamente, os grandes condensadores electrolíticos estabilizam a tensão CC pulsante através de processos de carga-descarga. Para aumentar a estabilidade da fonte de alimentação, os condensadores electrolíticos que variam entre dezenas e centenas de microfarads são frequentemente ligados em paralelo na saída de potência e na entrada de carga para suprimir as flutuações de tensão causadas por variações de carga.
Função de armazenamento de energia
Os condensadores funcionam como componentes de armazenamento de energia, armazenando carga e libertando-a rapidamente quando necessário para fornecer alta corrente instantânea ou atuar como fonte de energia de reserva.Além disso, os condensadores podem formar circuitos de temporização RC com resistências para obter atrasos de tempo precisos ou funções de temporização, amplamente utilizados em circuitos de controlo sequencial.
Utilização e otimização da capacitância parasita
No projeto de PCB de alta velocidade, a capacitância parasita pode ser estrategicamente aproveitada para melhorar o desempenho do circuito.Por exemplo:
Ajustar a disposição dos traços para utilizar a capacitância parasita para a correspondência de impedância.
A estrutura de placas paralelas formada por planos de potência-terra cria uma capacitância distribuída, fornecendo armazenamento de carga de baixa impedância para componentes de alta velocidade para atender às demandas instantâneas de alta corrente.
Conclusão
Os condensadores são multifuncionais na conceção de placas de circuito impresso. A sua seleção e colocação devem ser optimizadas com base em requisitos específicos do circuito (por exemplo, caraterísticas de frequência, necessidades de armazenamento de energia, supressão de ruído) para obter um desempenho ótimo.