Unidad 3 Cap e Ind

7/23/2019 Unidad 3 Cap e Ind

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3.1

CAPACITORES

Los capacitores están construidos con 2 placas metálicas(normalmente aluminio) colocadas frente a frente pero separadas porun dieléctrico o un aislante, precisamente el dieléctrico le da elcalificativo o los diferentes tipos de capacitores, por ejemplo:

a)

Capacitor cerámico (Aislante de cerámica)

Fig 3.1 Capacitor cerámico

b) Capacitor de poliéster (Aislante de poliéster)

Fig 3.2 Capacitor de poliéster

c) Capacitor electrolítico (Aislante de papel con aceite de

Boro)

Fig 3.3 Capacitor Electrolítico



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d)

Capacitor electrolítico de tantalio (usa como placas el

tantalio)

Fig 3.4 Capacitor Electrolítico de Tantalio

El valor de un capacitor depende de las dimensiones de sus placas yla separación entre ellas, por ejemplo los capacitores

electrolíticos son de alto valor (µFd) y los capacitores cerámicosson de bajo valor (nFd y pFd).

*NOTA: Ver simbología en Unidad I

-NEUTRALIZACIÓN DE CAPACITORES POLARIZADOS-

Fig.3.5 a polarización en serie; b polarización en paralelo

-ESTRUCTURA DE UN CAPACITOR

Fig 3.6 Estructura del capacitor



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-CAPACIDAD POR PLACAS EN DIMENSION Y SEPARACIÓN

Fig 3.7 Capacidad por dimencion y separación de placas

3.2 CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR

Fig 3.8 Carga y descarga de un capacitor

-CONSTANTE DE TIEMPO-

Existen unos parametros que nos permiten definir el tiempo de cargao descarga de un condensador o capacitor conectado a una fuentecontinua mediante una resistencia. A esta se le denomita constantede tiempo.

Un capacitor requiere una cierta cantidad de tiempo para cargarse alvalor del voltaje aplicado. El tiempo depende de la capacidad y dela resistencia total del circuito. El tiempo necesario para que lacarga alcance el 65% de su valor final se llama constante de tiempo

capacitiva y esta dada por:

= × Donde Ct está dada en segundos, R en ohms y C en faradios.Si C–pF, R-TΩ

Si C–nF, R-GΩ Si C–µF, R-MΩ Si C–mF, R-KΩ



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Para que un capacitor se cargue o descargue en su totalidad (100%)se requiere de 5 veces la constante de tiempo, por ejemplo:

= × = (100Ω)(. 01) = 1. = (1. )(5) = 5.

Fig 3.9 Diagrama y graficas de la constante de tiempo

3.3 ARREGLOS CAPACITIVOS

Los arreglos capacitivos también se usan para igualar un determinadovalor o para sustituir una capacidad utilizando 2 o más capacitoresy se pueden emplear arreglos en serie, en paralelo y mixto.

La capacidad en paralelo aumenta pues equivale a ir extendiendo lasplacas capacitivas, pero en serie disminuye debido a que las placasse van alejando.

-CIRCUITO CAPACITIVO CONEXIÓN PARALELO-

La capacidad de un circuito capacitivo en paralelo esta dada por la sig. ecuación:

= + + … +

= .47µ + .33µ + .1µ

= 0.9µ

CT



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-CIRCUITO CAPACITIVO CONEXIÓN PARALELO-

La capacidad de un circuito capacitivo en serie esta dado por:

PARA CAPACITORES DEL MISMO VALOR:

=

PARA DOS CAPACITORES DE DIFERENTE VALOR:

= ×

+

PARA CAPACITORES DE DIFERENTE VALOR:

=1

1

+ 1

+ 1

… + 1

Ejemplos:

=

=300µ

3 = 110µ

= ×

+

=(10µ)(100µ)

10µ + 100µ = 9.09µ

=1

110 + 150 + 160

= 7.31



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3.4

CÓDIGO DE COLORES PARA CAPACITORES

COLOR 1°LINEA

VALOR

2°LINEA

VALOR

3°LINEA

MULTIPLICADOR

4°LINEA

TOLERANCIA

5°LINEA

VOLTAJE

NEGRO s/valor 0 s/valor + 20 ---

CAFÉ 1 1 x10 --- 100V

ROJO 2 2 X100 --- 200V

NARANJA 3 3 X1000 --- ---

AMARILLO 4 4 X10000 --- 400V

VERDE 5 5 X100000 + 5 ---

AZUL 6 6 X1000000 --- 600v

VIOLETA 7 7 --- --- ---

GRIS 8 8 --- --- ---

BLANCO 9 9 --- + 10 ---

Tabla 3.1 Codigo de colores para capacitores. El resultado será en picofaradios.

Ejemplos:

4

6 000 +20% 200v

46nF +20% a 200v

5 6 0000 +20% 200v

.56nF +20% a 200v

-COMPLEMENTO DEL CÓDIGO JIS PARA CAPACITORES-

LETRA TOLERANCIA LETRA VOLTAJE

D +.5% 1H 50VF +1% 2A 100VG +2% 2T 150VH +3% 2D 200VJ +5% 2E 250V

K +10% 2G 400VL +20% 2J 630V

Tabla 3.2 Complemento del código JIS

250V 1.5µf +5% 630V 22Nf +3%



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3.5 REACTANCIA CAPACITIVA (Xc)

Cuando un capacitor se monta en serie en algún circuito y recibecorriente variable acopla esta corriente, pues se comporta como unconductor, pero si es corriente directa entonces se comporta como

aislante.El efecto que realiza el capacitor a los voltejes variables se lellama reactancia capacitiva cuyos efectos son aprovechados paraeliminar, amortiguar o acoplar señales eléctricas o bien, parareforzar voltejes de corriente directa.

Fig.3.10 Reactancia Capacitiva

La reactancia capacitiva puede calcularse con la siguiente fórmula:

=1

2

Si C–pF, F-TΩ

Si C–nF, F-GΩ Si C–µF, F-MΩ Si C–mF, F-KΩ

Ejemplos:

=1

2(. 01)(10µ) = 1.59Ω

=1

2(500)(. 00001) = 31.83Ω

=1

2(60)(227µ) = 11.68Ω

=

=

100

120 = .85 = = (11.68Ω)(.85)

= 9.9

*En la reactancia capacitiva el voltaje es inversamente proporcionala la capacitancia.



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3.6 MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO.

El magnetismo es una fuerza de atracción que se puede sentir pero nose observa y se encuentra en todos los imanes. Un imán estáconstituido por dos polos magnéticos en donde se concentra mayorenergía y una línea neutra donde no se define la fuente de atracción;

también existe un campo magnético formado por las líneas de fuerzaque fluyen del polo sur al polo norte dentro del imán y del polonorte al polo sur fuera de él.Prácticamente existen dos tipos de magnetismo, el magnetismo naturaly el magnetismo artificial.

-MAGNETISMO NATURAL-

El magnetismo natural se puede encontrar a flor de tierra en algunoslugares del planeta y fue descubierto hace más de 2000 años en unlugar llamado magnesia ubicado en Asia menor cuyos imanes reciben elnombre de magnetitas.Prácticamente el magnetismo existe en toda la materia, de hecho latierra y todos los astros son imanes naturales.

Fig.3.11 La tierra como un grande imán natural

-MAGNETISMO ARTIFICIAL-

Este tipo de magnetismo es creado por el hombre y podemossubdividirlo en dos tipos:

a)

Magnetismo permanenteb) Magnetismo temporal



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-MAGNETISMO PERMANENTE-

El magnetismo permanente existe en los imanes que se utilizan enalgunos motores de corriente directa, en algunos sensores, bocinas,micrófonos, puertas herméticas, etc.

Además acoplando dos o más imanes se puede reforzar o neutralizar elcampo magnético.

Fig.3.12 Reforzamiento y neutralización de campos magnéticos

-LEY DE LOS IMANES-

La ley de los imanes indica que polos diferentes se atraen y polosiguales se repelen, esto se debe a la dirección de las líneas defuerza que fluyen en el imán.

Fig.3.13 Ley de los imanes

-IMANES MÁS COMUNES

Fig.3.14 Imán tipo barra, cilindro, herradura, anular



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-CARACTERÍSTICAS FERROMAGNÉTICAS-

Todos los materiales tienen cierto comportamiento para con elmagnetismo y gracias a ello en electricidad y electrónica se utilizanciertos materiales aprovechando dicho comportamiento.

a) RETENTIVIDAD.- La tienen todos los materiales que orientansus partículas magnéticas al ser influenciadas por un campomagnético externo, quedando magnetizado por mucho tiempo.(Acero y Níquel).

b) PERMEABILIDAD.- Las materias permeables son aquellos quepermiten el paso de líneas de fuerza y además se magnetizan,pero solamente cuando reciban un campo magnético externo.(Hierro y Ferrita).

c)

RELUCTANCIA.- Son los materiales que se oponen al magnetismoy se usan aislantes magnéticos. (Aluminio y Cromo).

d)

TRANSPARENCIA MAGNÉTICA.- La tienen los materiales quepermiten el paso de líneas de fuerza sin magnetizarse. (Papel,

mica, vidrio, madera, etc.).

-MAGNETISMO PERMANENTE-

Este magnetismo solo existe un tiempo y luego desaparece y por loregular para este efecto se utilizan núcleos de hierro o ferrita.Los electroimanes se caracterizan por ser imanes temporales, puessolo producen magnetismo cuando sus embobinados reciben corrienteeléctrica.

Todos los imanes que se usan en relevadores, contactores, grúasmagnéticas, etc. Cuando son energizados producen polaridades

magnéticas como cualquier imán y para identificar estos polos seaplica la regla de la mano izquierda que consiste en posar la manosobre el embobinado y el dedo pulgar indicara la ubicación del polonorte y los demás dedos indicaran la dirección de la corriente.

Fig.3.15 Regla de la mano izquierda



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3.7 INDUCTORES

La bobina o inductor por su forma (alambre enrollado) almacenaenergía en forma de campo magnético.

A diferencia del capacitor que almacena energía en forma de campoeléctrico, el inductor al ser circulado por una corriente eléctrica,genera a su alrededor un campo magnético.

Una de las aplicaciones de los inductores consiste en bloquear lasseñales de CA de alta frecuencia en circuitos de radio.

Básicamente todo inductor consiste en un arrollamiento de hiloconductor. La inductancia resultante es directamente proporcional alnúmero y diámetro de las espiras y la permeabilidad del interior yes inversamente proporcional a la longitud de la bobina.

Los símbolos más comunes son:

En la siguiente tabla se pueden observar los inductores máscomunes:

Tipo Formato

Valorestípicos

Aplicaciones

Solenoides:

núcleo deaire

núcleo deferrita

1nH a15mH

generales, filtros,

convertidoresDC/DC



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Toroides

1uH a30mH

para filtrartransitorios

Encapsuladoso moldeados

0.1uH a1mH

osciladores yfiltros

Chips

1nH a1mH

aplicacionesgenerales

Ajustables

1nH a7mH

osciladores ycircuitos de RF

comotransmisores y

receptores

-REACTANCIA INDUCTIVA (XL)-

La reactancia inductiva es la oposición de las bobinas al voltajevariable y para conocerla se multiplica el doble de pi por lafrecuencia y por la inductancia.

Las bobinas tienen un efecto contrario a la reactancia capacitiva,pues cuando reciben altas frecuencias las rechazan y lasfrecuencias bajas las acoplan con facilidad.

La reactancia capacitiva puede calcularse con la siguiente fórmula: = 2

Si L–pHy, F-TΩ Si L–nHy, F-GΩ Si L–µHy, F-MΩ Si L–mHy, F-KΩ

Ejemplo:

= 2 − = 2(10)(10)

− = 628.31Ω

− = 2(0.1)(10) − = 6.28Ω

Como se observa, hay mayor resistencia a las altas frecuencias ymenor resistencia a las bajas frecuencias por lo que las acopla.



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-AUTOTRANSFORMADOR-

Todos los autotransformadores están construidos con una sola bobinaenrollada en un núcleo de hierro o en un núcleo de ferrita y alaplicarle energía eléctrica se produce una autoinducción cuyosefectos se propagan en todas las espiras de la bobina.

El autotransformador basa su funcionamiento en la ley de Lenz, lacual indica que si a una bobina o inductor se le aplica energíaeléctrica al suspenderse aparecerá en sus extremos una FEMautoinducida que se propagara en todo el embobinado.En un autotransformador el voltaje autoinducido depende de lacantidad de espiras de la bobina, del nivel de voltaje aplicado y dela frecuencia.

Fig.3.16 Autotransformador

-TRANSFORMADORES-

Un transformador está formado por 2 o más bobinas enrolladas en un

solo núcleo, compartiendo la misma energía magnética. Estosdispositivos funcionan gracias a la influencia de las leyes deFaraday.Cuando dos inductores comparten el mismo núcleo, al aplicarlecorriente a la bobina primaria, la secundaria producirá una FEM consignos contrarios a la inicial.Cabe mencionar que la cantidad de energía inducida depende de lacantidad de espiras de las bobinas, de la tensión primaria, lafrecuencia del voltaje aplicado y el tipo de núcleo.Prácticamente de acuerdo al núcleo, los transformadores se dividenen 2 grupos:

1)

Transformador de alta frecuencia y baja corriente. Normalmentese usan en fuentes conmutadas o bien para inducir o acoplarseñales de una etapa a otra, estos transformadores tienennúcleo de ferrita.

2)

Transformador de baja frecuencia y alta corriente. Su núcleoes de hierro laminado y normalmente se usan en fuentes dealimentación para equipos que consuman corrientes altas.

*Ver simbología en unidad 1



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-CIRCUITOS RESONANTES-

Cuando se combina una bobina con un capacitor se forma un circuitoresonante que puede oscilar cuando sea energizado; estos circuitosse utilizan para acoplar señales eléctricas, como trampas de onda obien como osciladores para producir señales eléctricas.

Existen otros equipos resonantes formados con materialespiezoeléctricos, estos son cristales de cuarzo, cristales de sal derochelle o bien cristales cerámicos que se ponen a vibrar cuando sonafectados por una presión mecánica o eléctrica.

Los circuitos resonantes inductivo-capacitivos tienen uncomportamiento que depende de su conexión, por ejemplo, si estánconectados en paralelo acoplan la frecuencia de resonancia y eliminanlas antiresonantes.

Los circuitos LC serie de acuerdo a su conexión, es decir, si sumontaje es serie eliminan frecuencias antiresonantes y si se montan

en paralelo las acoplan.

Fig.3.17 Circuito resonante

-CIRCUITOS RESONANTES LC-



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-CIRCUITOS RESONANTES PIEZOELÉCTRICOS-

Piezoelectricidad

: La piezoelectricidad puede definirse como la propiedad que poseen algunas sustancias no conductoras, cristalinas(que no poseen centro de simetría), de presentar cargas eléctricasde signo contrario, en caras opuestas, cuando están sometidas a

determinadas deformaciones mecánicas. El fenómeno es reversible, pues aplicando a las caras, una tensióneléctrica, se produce una deformación mecánica proporcional al potencial eléctrico.

Fig.3.18 Cristales resonantes

Las literales para estos elementos son:

X, XT, XTAL – Para cristales de cuarzo. Se usan comúnmente para circuitosdigitales y microprocesadores.

CFR – Para cristales de cerámica. Se usan para acoplamientos de señales enla recepción.

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