Capacitores 1) Aplicações Práticas dos Capacitores

A- Filtros para Fontes

Após a retificacão da corrente AC, é preciso filtrar o sinal retificado através de capacitores de filtragem e armazenamento. O capacitor armazena carga elétrica, assim quando o pulso retificado tende a voltar ao zero para depois retomar a subida de voltagem o capacitor procura segurar a tensão no máximo para que o circuito veja uma tensão o mais constante possível. A isso chamamos de filtragem de fonte. Mesmo após a filtragem, em especial quando o amplificador trabalha com alta corrente, o capacitor pode não recarregar rápido o suficiente o que permite que ondulacões com frequência de 120 Hz existam e passem para o circuito de HT do amplificador. Essa ondulacão chamamos de "ripple AC". O ruído de ripple retificado tem 120 Hz e é facilmente distinguido do ruído natural de 60 Hz da corrente não retificada(ruído de geladeiras, algumas lâmpadas de neon ou transformadores de rua). Capacitores de qualidade utilizados em amplificadores Hi-Fi possuem tempo de carga centas, às vezes milhares, de vezes menor que capacitores de baixa qualidade.

B- Filtros para circuitos de áudio

Os capacitores apresentam diferentes impedâncias de acordo com a frequência dos sinais aplicados a eles. Assim, a combinacão de capacitores de vários valores com potenciômetros permite a modelagem passiva de áudio, permitindo ou não a livre passagem ou maior resistência para diversas frequências com compõem o espectro audível. A maioria dos amplificadores baseados nos designs Fender e Marshall utilizam uma variacão do tradicional circuito Baxandall, são 2 ou 3 capacitores e uma malha de 3 resistores e 3 potenciômetros que permitem uma boa modelagem de áudio através de controles de graves, médios e agudos. Vale ressaltar que os capacitores de controle de timbre são também capacitores de acoplamento nos designs Fender e Marshall. Eles recebem alta tensão de um circuito de baixa impedância "seguidor de cátodo" proveniente do segundo triodo da V2 e decoplam o sinal AC dessa fonte para então ser modelado.

C- Capacitores para partida de motores monofásicos

Método com capacitor de partida: Faz uso de um enrolamento auxiliar só que ligado em serie com um capacitor de partida, que faz com que o atraso entre as bobinas seja maior que no metodo de fase dividida, aumentando o conjugado de partida.

Método com capacitor de partida e capacitor de marcha: nesse metodo, como no outro, também se faz uso do enrolamento auxiliar, só que nesse caso o enrolamento auxiliar não é desligado. O funcionamento é o seguinte, quando o motor é ligado os dois capacitores estão ligado em paralelo ( partida e marcha) quando o motor atinge a velocidade 75% da nominal o interuptor desliga o capacitor de partida deixando sempre o ernrolamento ligado e com o capacitor de marcha ligado com ele.

Método com capacitor permanente: nesse caso o enrolamento auxiliar (junto com um capacitor de marcha) fica ligado permanetemente, esse metodo é empregado principalmente em ventiladores de teto.

Motor com capacitor permanente

D - Capacitores para Correção do Fator de Potência

É possível corrigir o fator de potência para um valor próximo ao unitário. Essa prática é conhecida como correção do fator de potência e é conseguida mediante o acoplamento de bancos de indutores ou capacitores, com uma potência reativa Q contrário ao da carga, tentando ao máximo anular essa componente. Por exemplo, o efeito indutivo de motores pode ser anulado com a conexão em paralelo de um capacitor (ou banco) junto ao equipamento.

E- Uma outra aplicação à escolha do aluno

Capacitores como "bypass" de resistores de cátodo Os cátodos das válvulas de pré-amplificacão são normalmente aterrados via um resistor que varia entre 800 Ohms a 1500 Ohms. Acontece que o resistor oferece a mesma resistência à DC e à AC. Mas é desejável que a AC resultante da amplificacão da válvula tenha um caminho de baixa impedância para o terra. Assim, em paralelo com o resistor de aterramento, coloca-se um capacitor de baixa tensão(até 63V) e capacitância até 47 nF para permitir a passagem livre de AC em áudio-frequência para o terra, porém bloquear o DC que determina o ponto de funcionamento do cátodo em relacão ao terra(BIAS de cátodo). Válvulas de potência em amps com BIAS de cátodo utilizam resistores de cátodo, porém não costumam empregar capacitores de bypass devido à alta potência dissipada nesse estágio. Capacitor de referência com o terra Amplificadores vintage e vários modelos feitos na atualidade no Brasil ainda empregam a "chave de terra". Essa chave liga um dos terminais da tomada de parede ao chassi do amplificador através do capacitor de referência de terra. Com o advento das tomadas de 3 pinos este capacitor se torna desnecessário, além de um grande perigo para seguranca do músico. Ao ligar a chave na posicão em que se acopla o chassi via a fase de 220V(em Brasília) ou 127V em outras capitais, estaríamos expondo o músico ao perigo de choque. É recomendado desativar o circuito da chave de terra e modificar o amplificador para utilizar tomada de 3 pinos como a 2P+T utilizada em computadores.

2) Tipos de Capacitores

Deverão ser analisados as seguintes famílias de capacitores: Poliéster

São fabricados com duas fitas finas de poliéster metalizadas numa das faces, deixando, porém, um trecho descoberto ao longo de um dos bordos, o inferior em uma das tiras, e o superior na outra. As duas tiras são enroladas uma sobre a outra, e nas bases do cilindro são fixados os terminais, de modo que ficam em contato apenas com as partes metalizadas das tiras. O conjunto é recoberto por um revestimento isolante. Estes capacitores são empregados em baixa e média freqüência e como capacitores de filtro e, às vezes, em alta freqüência. Têm a vantagem de atingir capacitâncias relativamente elevadas em tensões máximas que chegam a alcançar os 1000 V. Por outro lado, se ocorrer um perfuração no dielétrico por excesso de tensão, o metal se evapora na área vizinha à perfuração sem que se produza um curto-circuito, evitando assim a destruição do componente.

Na foto ao lado da esquerda para a direita: Capacitância: 0.001 µF (impresso 001K) Largura: 5 mm Altura: 10 mm Espessura: 2 mm

Capacitância : 0.1 µF (impresso 104K) Largura: 5 mm Altura: 11 mm Espessura: 5 mm Capacitância : 0.22 µF (impresso 22K) Largura: 13 mm Altura: 18 mm Espessura: 7 mm

Muito cuidado deve ser tomado pois diferentes fabricantes usam métodos diferentes para especificar a capacitância

Cerâmicos

Internamente esses capacitores não tem estrutura de bobinas, por isso mesmo podem ser usados em aplicações de alta freqüência. Tipicamente são usados em circuitos que aterram sinais de alta freqüência. Esses capacitores tem a forma de um disco. Na figura a seguir o capacitor à esquerda é de 100pF com diâmetro de cerca de 3mm. O capacitor da direita tem impresso 103, significando 10 x 103pF que é 0.01 µF, o disco tem cerca de 6mm.

Eletrolítico de alumínio

Alumínio é o material usado para os eletrodos. Grandes valores de capacitância podem ser obtidos em comparação com o tamanho do capacitor devido a pequena espessura do dielétrico ser extremamente fina. Uma das principais características de um capacitor eletrolítico é que eles tem polaridade (terminal positivo e terminal negativo). Isso significa que deveremos ter cuidado ao conecta-los ao circuito. Se o capacitor for submetido a uma tensão maior que a de trabalho ou se a polaridade for invertida ele pode ser danificado (ele pode explodir !!!). Tenha portanto muito cuidado para não cometer enganos. Geralmente em um diagrama o lado positivo é indicado com um "+" (mais), mas pode ser que o terminal com indicação seja o negativo. A faixa de valores pode variar de 1µF a milhares de µF. Esse tipo de capacitor é usado principalmente em fontes de alimentação, para diminuir o ripple. Como, construtivamente esse capacitor é similar a uma bobina (é uma fita de alumínio enrolada) ele não é adequado para se usado em altas freqüências. A figura seguirmostra de diversos tipos de eletrolíticos. Na Figura da esquerda para a direita: 1µF (50V) diâmetro 5 mm, altura 12 mm 47µF (16V) diâmetro 6 mm, altura5 mm 100µF (25V) diâmetro 5 mm, altura11 mm 220µF (25V) diâmetro 8 mm, altura12 mm 1000µF (50V) diâmetro18 mm, altura40 mm Eletrolítico de tântalo Capacitores de tântalo são capacitores eletrolíticos que usam um material chamado de tântalo para os eletrodos. Grandes valores der capacitância similares ao de alumínio podem ser obtidas. Capacitores de tântalo são superiores ao de alumínio no que se refere à temperatura e freqüência de operação. Usualmente o símbolo "+" é usado para indicar o pólo positivo. Capacitores de tântalo são um pouco mais caro que os de alumínio. São usados em circuitos que precisam que o valor da capacitância seja constante com a temperatura e freqüência A foto mostra capacitores de tântalo. Os valores são os seguintes da esquerda para a direita: 0.33 µF (35V)

0.47 µF (35V) 10 µF (35V O símbolo "+" é usado para mostrar o terminal positivo.