Um capacitor é um dos componentes eletrônicos mais usados. Ele tem a capacidade de armazenar energia em seu interior, na forma de uma carga elétrica que produz uma voltagem estática (diferença de potencial) em suas placas. Simplesmente, um capacitor é semelhante a uma pequena bateria recarregável. Um capacitor é apenas uma combinação de duas placas condutoras ou de metal colocadas paralelas e separadas eletricamente por uma boa camada isolante (também chamada de dielétrica) feita de papel encerado, mica, cerâmica, plástico e etc.
Existem muitas aplicações de um capacitor em eletrônica, algumas delas estão listadas abaixo:
- Armazenamento de energia
- Condicionamento de energia
- Correção do fator de potência
- Filtração
- Osciladores
Agora, a questão é como funciona um capacitor ? Quando você conecta a fonte de alimentação ao capacitor, ele bloqueia a corrente CC devido à camada isolante e permite que uma tensão esteja presente nas placas na forma de carga elétrica. Então, você sabe como funciona um capacitor e quais são seus usos ou aplicações, mas você tem que aprender como usar um capacitor em circuitos eletrônicos.
Como conectar um capacitor em um circuito eletrônico?
Aqui, vamos demonstrar as conexões de um capacitor e o efeito devido a ele com exemplos.
- Capacitor em série
- Capacitor em Paralelo
- Capacitor no circuito AC
Capacitor em circuito em série
Em um circuito, quando você conecta capacitores em série, conforme mostrado na imagem acima, a capacitância total diminui. A corrente através dos capacitores em série é igual (isto é, i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Portanto, a carga armazenada pelos capacitores também é a mesma (isto é, Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), porque a carga armazenada por uma placa de qualquer capacitor vem da placa do capacitor adjacente no circuito.
Ao aplicar a Lei da Tensão de Kirchhoff (KVL) no circuito, temos
V T = V C1 + V C2 + V C3… equação (1)
Como sabemos, Q = CV Então, V = Q / C
Onde, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Agora, ao colocar os valores acima na equação (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Para n número de capacitores em série, a equação será
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Portanto, a equação acima é a Equação dos capacitores em série.
Onde, C T = capacitância total do circuito
C 1… n = capacitância dos capacitores
A equação de capacitância para dois casos especiais é determinada abaixo:
Caso I: se houver dois capacitores em série, com valores diferentes, a capacitância será expressa como:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Ou, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… equação (2)
Caso II: se houver dois capacitores em série, com o mesmo valor a capacitância será expressa como:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Ou C T = C / 2
Exemplo para circuito de capacitor em série:
Agora, no exemplo a seguir, mostraremos como calcular a capacitância total e a queda de tensão rms individual em cada capacitor.
Conforme o diagrama de circuito acima, existem dois capacitores conectados em série com valores diferentes. Portanto, a queda de tensão nos capacitores também é desigual. Se conectarmos dois capacitores com o mesmo valor, a queda de tensão também será a mesma.
Agora, para o valor total da capacitância, usaremos a fórmula da equação (2)
Assim, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Aqui, C 1 = 4,7uf e C 2 = 1uf C T = (4,7uf * 1uf) / (4,7uf + 1uf) C T = 4,7uf / 5,7uf C T = 0,824uf
Agora, a queda de tensão no capacitor C 1 é:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824 uf / 4,7 uf) * 12 VC 1 = 2,103 V
Agora, queda de tensão através do condensador C 2 é:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824 uf / 1 uf) * 12 VC 2 = 9,88 V
Capacitor em Circuito Paralelo
Quando você conecta capacitores em paralelo, a capacitância total será igual à soma de todas as capacitâncias dos capacitores. Porque a placa superior de todos os capacitores estão conectadas juntas e a placa inferior também. Assim, ao se tocarem, a área efetiva da placa também é aumentada. Portanto, a capacitância é proporcional à relação entre área e distância.
Ao aplicar a Lei Atual de Kirchhoff (KCL) no circuito acima, i T = i 1 + i 2 + i 3
Como sabemos, a corrente através de um capacitor é expressa como;
i = C (dV / dt) Então, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) E, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… equação (3)
Da equação (3), a equação da Capacitância Paralela é:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Para n número de capacitores conectados em paralelo, a equação acima é expressa como:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Exemplo para circuito de capacitor paralelo
No diagrama de circuito abaixo, existem três capacitores conectados em paralelo. Como esses capacitores são conectados em paralelo, a capacitância equivalente ou total será igual à soma das capacitâncias individuais.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Onde, C 1 = 4,7uf; C 2 = 1uf e C 3 = 0.1uf Assim, C t = (4,7 + 0,1 1) uf C t = 5.8uf
Capacitor em circuitos AC
Quando um capacitor é conectado à alimentação CC, ele começa a carregar lentamente. E, quando a tensão da corrente de carga de um capacitor é igual à tensão de alimentação, ele está totalmente carregado. Aqui, nesta condição, o capacitor funciona como fonte de energia, desde que seja aplicada tensão. Além disso, os capacitores não permitem que a corrente passe por ele depois de estar totalmente carregado.
Sempre que a tensão CA é fornecida ao capacitor, conforme mostrado no circuito puramente capacitivo acima. Em seguida, o capacitor carrega e descarrega continuamente a cada novo nível de tensão (carrega no nível de tensão positiva e descarrega no nível de tensão negativa). A capacitância do capacitor em circuitos CA depende da frequência da tensão de entrada fornecida ao circuito. A corrente é diretamente proporcional à taxa de variação da tensão aplicada ao circuito.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Diagrama de fasor para capacitor no circuito AC
Como você vê o diagrama fasorial para o capacitor CA na imagem abaixo, a corrente e a tensão são representadas em onda senoidal. Observando, a 0⁰ a corrente de carga está em seu valor de pico devido ao aumento constante da tensão na direção positiva.
Agora, a 90⁰, não há fluxo de corrente através do capacitor porque a tensão de alimentação atinge o valor máximo. Em 180⁰ a tensão começa a diminuir lentamente para zero e a corrente atinge o valor máximo na direção negativa. E, novamente, o carregamento atinge seu valor de pico em 360⁰, porque a tensão de alimentação está em seu valor mínimo.
Portanto, pela forma de onda acima, podemos observar que a corrente está levando a tensão em 90⁰. Portanto, podemos dizer que a tensão CA está atrasada em relação à corrente em 90⁰ em um circuito de capacitor ideal.
Reatância do capacitor (Xc) no circuito AC
Considere o diagrama de circuito acima, pois sabemos que a tensão de entrada CA é expressa como, V = V m Sin wt
E, carga do capacitor Q = CV, Então, Q = CV m Sin wt
E, corrente através de um capacitor, i = dQ / dt
Então, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 , portanto, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Como sabemos, w = 2πf
Então, Reatância capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Exemplo de reatância capacitiva em circuito CA
diagrama
Vamos considerar o valor de C = 2,2uf e a tensão de alimentação V = 230V, 50Hz
Agora, a reatância capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Aqui, C = 2,2uf, ef = 50Hz Então, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm