Capacitores

1) Dibujen la estructura tipica de un capacitor, indiquen que factores fisicos determinan la capacidad. defina matematicamente la capacidad en funcion de estos parametros y de la constante del dielectrico usado.




2) ¿Que es la constante dielectrica? Unidades.

La constante dieléctrica o permitividad relativa de un medio continuo es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico relacionado con la permitividad eléctrica del medio.

en relación la rapidez de las ondas electromagnéticas en un dieléctrico es:

donde k es la constante dieléctrica y km es la permeabilidad relativa

El nombre proviene de los materiales dieléctricos, que son materiales aislantes o muy poco conductores por debajo de una cierta tensión eléctrica llamada tensión de rotura. El efecto de la constante dieléctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador eléctrico. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dieléctrico diferente del aire (cuya permitividad es prácticamente la del vacío) la capacidad de almacenamiento de la carga del condensador aumenta. De hecho la relación entre la capacidad inicial C_i y la final C_f vienen dada por la constante eléctrica:

Donde ε es la permitividad eléctrica del dieléctrico que se inserta.

Además el valor de la constante dieléctrica K de un material define el grado de polarización eléctrica de la substancia cuando esta se somete a un campo eléctrico exterior. El valor de Kes afectado por muchos factores, como el peso molecular, la forma de la molécula, la dirección de sus enlaces (geometría de la molécula) o el tipo de interacciones que presente.

Cuando un material dieléctrico remplaza el vacío entre los conductores, puede presentarse la polarización en el dieléctrico, permitiendo que se almacenen cargas adicionales.

La magnitud de la carga que se puede almacenar entre los conductores se conoce como capacitancia ésta depende de la constante dieléctrica del material existente entre los conductores, el tamaño, la forma y la separación de los mismos.

Medición de la constante dieléctrica de los materiales

La constante dieléctrica puede ser medida de la siguiente manera, primero medimos la capacidad de un condensador de prueba en el vacío C_i (o en aire si aceptamos un pequeño error), luego usando el mismo condensador y la misma distancia entre sus placas se mide la capacidad con el dieléctrico insertado entre ellas C_f.

La constante dieléctrica puede ser calculada como:

Factores de disipación y pérdidas dieléctricas

Cuando aplicamos una corriente alterna a un dieléctrico perfecto, la corriente adelantará al voltaje en 90°, sin embargo debido a las pérdidas, la corriente adelanta el voltaje en solo 90°-δ, siendo δ el ángulo de pérdida dieléctrica. Cuando la corriente y el voltaje están fuera de fase en el ángulo de pérdida dieléctrica se pierde energía o potencia eléctrica generalmente en forma de calor.

El factor de disipación está dado por FD=Tan δ y el factor de pérdida dieléctrica es FP=K Tan δ.

K para diferentes materiales

Dieléctrico------K

Vacio---------------1.0

Aire----------------1.004

Teflon----------------2.1

(CH₂CH₂)_n----------------2.25

C₆H₆----------------2.28

PET((C₁₀H₈O₄)_n)----------------3.1

SiO₂ ------------3.9

Papel--------------4-6

Al₂-------------5.9

TiO₃------------100

BaTiO₃----------1500

PMN ---------------->10000

Pb(Mg_1/3 Nb_2/3)O₃

3) Defina la capacidad electrica, electricamente en funcion de las cargas acumuladas y la tension. efectuen un analizis dimencional.

En electromagnetismo y electrónica, la capacidad o capacitancia eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente ecuación:

donde:

•  es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.
•  es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios;
•  es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

6) ¿Para que se utilizan los capacitores en electronica? Dar ejemplos.

El símbolo del capacitor se muestra al lado derecho:

La capacidad depende de las características físicas del condensador:
- Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta
- Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad
- El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la capacidad
- Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada.

Dieléctrico o aislante

Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su función es aumentar la capacitancia del capacitor.

Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tiene diferentes grados depermitividad(diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico

Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador. Lacapacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d

donde:

- C = capacidad
- Er = permitividad
- A = área entre placas
- d = separación entre las placas

La unidad de medida es el faradio. Hay submúltiplos como el miliFaradio (mF), microFaradio (uF), el nanoFaradio (nF) y el picoFaradio (pF)

Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de aguantar sin dañarse).

7) Explique que limita el uso de los capacitores en altas frecuencias. ¿cuales de los capacitores son los mas adecuados para las altas frecuencias?

16) Resistores de Película Metálica:

Gama E96 de resistencias de precisión de película metálica, que ofrecen una tolerancia muy pequeña, un bajo

coeficiente de temperatura y una buena estabilidad a largo plazo. Fabricadas con película metálica depositada sobre

una matriz cerámica de gran pureza con tapas terminales de acero niquelado e hilos con terminales soldados, estando

protegido el cuerpo con un recubrimiento epoxidico de alta temperatura resistente a los disolventes. Ideales para

muchas aplicaciones industriales, donde se requieran tolerancias pequeñas y bajos coeficientes de temperatura, p.ej.

Atenuadores, comparadores, instrumentos, etc.

Una de sus principales caracteristicas es: La posibilidad de integración de redes de resistores.

17- Resistores no lineales: Caracterìsticas, usos y dibujos descriptivos

Resistores cuya resistencia no varia de forma lineal con:

• la temperatura, R = f(t)
• la tensión, R = f(V)
• la iluminación, R = f(L)
•campos magnéticos, tensiones
mecánicas, etc




18) Termistores NTC:

Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura.

Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, étc.

PTC:

Las Resistencias  PTC  (Positive Temperature Coefficient), también llamadas

termistores PTC, son resistencias cuyo coeficiente de temperatura es positivo,, es decir

que su valor óhmico depende de la temperatura, en las

resistencias NTC disminuye su valor óhmico al aumentar la temperatura, en las

resistencias PTC aumenta su valor óhmico al aumentar la temperatura.

Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo limitación de corrientes, como sensor de temperatura, para desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. 
También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardo en circuitos, termostatos, y como resistores de compensación.

19) LDR viene de la expresión inglesa Light Dependent Resistor, se caracterizan por ser componentes pasivos cuya resistencia varía en función de la luz que reciben. A medida que reciben más luz la resistencia disminuye notablemente como se muestra en el siguiente gráfico de valores típicos.
Muestran una gran sensibilidad a la luz, pero si la luz varía muy rápidamente, los valores de la resistencia varían mas lentamente (se dice que muestra inercia a las variaciones de la intensidad luminosa).
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz.                                                                                       Puede medir de 50 ohmios a 1000 ohmios (1K) en iluminación total y puede ser de 50K (50,000 Ohms) a varios megaohmios cuando está a oscuras.                El LDR es fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedadesfotoconductoras. Los cristales utilizados más comunes son: sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio.

20) Resistencias VDR:

Las iniciales VDR proceden del inglés «Voltage Dependent Resistor» y su traducción al castellano será por tanto  «Resistencia dependiente de la tensión»  o, mejor aún, «Resistencia variable con la tensión».  Se trata pues de un componente que, al aplicarle diferentes tensiones entre sus extremos, varía su resistencia de acuerdo con dichas tensiones. El material semiconductor utilizado en la fabricación de las resistencias VDR es, principalmente, el carburo de silicio.  La dependencia de la tensión es debida a la resistencia de contacto entre los cristales de carburo. Características: La resistencia óhmica de un VDR no es constante, sino que varía con la tensión aplicada a sus extremos.  De ello se deduce que la corriente que circula por una VDR no es, en modo alguno, proporcional a la tensión aplicada.  La curva característica de tensión en función de la corriente será pues la más importante de una VDR, sin embargo también han de tenerse en cuenta otras características que influyen sobre su funcinamiento, tales como la potencia disipada, el coeficiente de temperatura, tolerancia, etc.

Resistencias de Capa de Carbón
En este tipo de resistencias, la fabricación está basada en el deposito de la composición resistiva sobre un cuerpo tubular formado por materiales vítreos cerámicos. Como características más importantes:
- Elevado coeficiente de temperatura.
- Soportan mal las sobrecargas.
- Ruido y coeficiente de tensión prácticamente nulos.
- Mayor precisión y menores derivas que las aglomeradas.

Encontramos dos tipos: Las de carbón aglomerado y las de película. 

En las aglomeradas, el elemento resistivo es una masa homogénea de carbón, fuertemente prensada en forma cilíndrica. Los terminales se insertan en el cilindro así formado, y el conjunto es recubierto con una resina aislante con alta disipación térmica.

Resistencias de película de carbón.


Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.

Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo.
Su método de fabricación consiste en recubrir un cilindro de cerámica con una película de carbón, o se realiza una ranura en espiral en el cilindro de cerámica para cubrirla después con la película de carbón, lo que le da un aspecto semejante al de una bobina. Las resistencias fabricadas de este modo, tienen una baja disipación de potencia: 0.125, 0.25, 0.5, 1 y 2 Watts.

Resistencias de alambre

Estas son construidas con alambre de aleación níquel-cromo o alguno con características similares. El alambre es enrollado en un soporte de cerámica y después cubierto con un material aislante para proteger el alambre y la resistencia de los golpes y la corrosión. Esta clase de resistencias está diseñada especialmente para soportar altas temperaturas sin alterar significativamente el valor. Las potencias nominales de este tipo son de: 5, 10, 20, 25, 50 y más Watts.

Codigo de Colores

5) Es el código con el que se regula el marcado de el valor nominal y tolerancia para resistencias fijas de carbón y metálicas de capa fundamentalmente.
Tene mos que resaltar que con estos códigos lo que obtenemos es el valor nominal de la resistencia pero no el valor real que se situará dentro de un margen según la tolerancia que se aplique.

¡En el siguiente vídeo podemos ver explicado como resolver el código y el significado de cada color!

6) Resistores de montaje superficial

 

Los equipos mas modernos poseen resistores de montaje superficial que no tiene terminales o alambres de conexión. Por lo tanto solo se pueden conectar al circuito impreso por el lado de la impresión de cobre. El circuito impreso posee una extensión en donde apoya el resistor SMD que tiene forma de paralelepido (cubo alargado) con dos cabezas metalizas para su soldadura.

En la figura 4 se puede observar diferentes resistores SMD con su notación característica.

Identificar el valor de un resistor SMD es más sencillo que hacerlo en un resistor convencional, ya que las bandas de colores son reemplazadas por sus equivalentes numéricos y así se estampan en la superficie del resistor, la banda indicadora de tolerancia desaparece y se la “presupone” en base al número de dígitos alfanuméricos que se indican, es decir: un número de tres dígitos nos indica con esos tres dígitos el valor del resistor, y la ausencia de otra indicación nos dice que se trata de un resistor con una tolerancia del 5%. Un número de cuatro dígitos indica con los cuatro dígitos alfanuméricos su valor y nos dice que se trata de un resistor con una tolerancia de error del 1%.

Los parámetros minimos que debemos indicarle al vendedor, al comprar un resistor son:

El valor nominal, en OHM como por ejemplo 1K.

La tolerancia, como por ejemplo 10 %.

La potencia del resistor como por ejemplo ¼ Watts.

1) ¿Para que se utilizan los resiptores en electrónica?

 La función de estos componentes en un circuito eléctrico es limitar la cantidad de corriente o dividir el voltaje, y distribuir adecuadamente tensiones y corrientes en un circuito. La unidad de medida es el ohm (Ω). La corriente máxima de una resistencia viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más corrientes son 0.25 W, 0.5 W y 1 W. Las dos principales características de un resistor son  su resistencia R dada en ohms y la disipación de potencia W, se pueden encontrar en una amplia variedad de valores de R, desde unos cuantos ohms, hasta varios megaohms. La disipación de potencia es muy importante ya que indica  la máxima cantidad de potencia que un resistor puede disipar (generalmente en forma de calor) sin sufrir un calentamiento excesivo.


2) Definición de resistividad.

La resistividad es la inversa de la conductividad. Mide su capacidad para oponerse al flujo de carga eléctrica a través de ella. Un material con una resistividad eléctrica alta (conductividad eléctrica baja), es un aislante eléctrico y un material con una resistividad baja (conductividad alta) es un buen conductor eléctrico. Sus medidas son habituales en las prospecciones geofísicas. Su finalidad es detectar cuerpos y estructuras geológicas basándose en su contraste resistivo. Se mide en W (OHMS).

3) Tabla de resistividad de los elementos más comunes:

La resistividad de los metales aumenta al aumentar la temperatura al contrario de los semiconductores en donde este valor decrece.

4) Dado que el principal parametro de un resistor es la resistencia, definir la misma en funcion de sus caracteristicas fisicas. 

Podemos nombrar a la resistencia eléctrica, como la oposición que encuentra la corriente eléctrica para circular. Su valor se designa en Ohm. Por otra parte, se denomina “resistencia”, al componente eléctrico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito.

La resistencia eléctrica R de un componente depende de 3 factores, tales son, su resistividad, el largo y la sección. Definiendo así la formula de la resistencia:

R= ρ x (L/S)

R= Resistencia.

ρ = Resistividad del material.

L = Largo.

S = Sección.