Introdução à Eletrônica - Capacitores

Os capacitores são componentes eletrônicos fundamentais, amplamente utilizados em circuitos para armazenar e liberar energia elétrica. Eles são usados em uma variedade de funções, como filtragem de sinais em fontes de alimentação, acoplamento e desacoplamento de sinais em circuitos de áudio e rádio, além de atuarem na suavização de variações de tensão.

Capacitores também desempenham papel crucial em temporizadores, osciladores e até em sistemas de armazenamento de energia. Graças a suas propriedades, são componentes indispensáveis no funcionamento de dispositivos como smartphones, computadores, sistemas de áudio e equipamentos de telecomunicação.

Os capacitores consistem em duas placas condutoras separadas por um material isolante, conhecido como dielétrico. A principal característica dos capacitores é sua capacidade de acumular carga elétrica quando submetidos a uma diferença de potencial (tensão), e liberá-la quando necessário.

O fato do capacitor ser separado por um dielétrico faz com que não haja efetivamente passagem de corrente entre seus terminais. Porém, ao aplicar uma diferença de potencial em um capacitor, a carga se acumula em uma de suas placas, gerando um campo elétrico. Esse campo acaba afetando também a outra placa do capacitor. Com o acúmulo de carga em um lado do componente, uma força eletromagnética é gerada no outro lado, fazendo a carga fluir.

Esse comportamento faz com que o capacitor tenha a capacidade de acumular carga. Além disso, esse acúmulo de carga pode demorar um certo tempo. Então as variáveis elétricas dos capacitores, como corrente e tensão, não são constantes como em um circuito puramente resistivo, mas sim variam de acordo com o tempo.

Fórmulas dos Capacitores

A variável utilizada para os capacitores se chama Capacitância. Essa grandeza se refere à quantidade de carga elétrica que o componente é capaz de armazenar. Sua unidade de medida no SI é Farad (F). A fórmula da capacitâcia é:

Onde:

• C - Capacitância, medida em F (Farad).

• Q - Carga elétrica acumulada, medida em C (Coulomb).

• U - Tensão aplicada, medida em V (Volt).

Ou seja, 1 Farad representa a capacidade do componente de armazenar 1 Coulomb para cada Volt aplicado.

Como comentado acima, os capacitores não tem um comportamento constante no tempo. A corrente consumida por um capacitor é dada em função da taxa de variação da tensão. Em outras palavras, a corrente depende da derivada da tensão. Esse comportamento é explicado pela fórmula abaixo, em que Ic representa a corrente do capacitor, Uc a sua tensão e C a capacitância.

Para entender melhor, vamos simular um circuito capacitivo simples, que é composto de uma fonte de tensão, um resistor e um capacitor.

Ao aplicar 10V de entrada no circuito, o capacitor começa a se carregar. Ele demora em torno de 7 segundos para se carregar completamente. O gráfico abaixo mostra a tensão do capacitor ao longo do tempo.

Já a corrente do capacitor é mostrada no gráfico abaixo. Logo no início, a corrente é máxima, com valor de 10mA. Mas conforme o capacitor é carregado, a corrente vai baixando, até zerar.

A tensão máxima do circuito é de 10mA, isso porque foi aplicada uma tensão de 10V e há um resistor de 1kΩ. Então a tensão no início é dada por:

Ou seja, no início do processo, o capacitor age como um curto circuito. Como se não houvesse a presença dele. Sua tensão é 0V e ele não interfere na corrente.

Depois de um tempo, a corrente chega a zero e a tensão do capacitor chega ao valor máximo de 10V. Nesse estágio, o capacitor age como um circuito aberto, impedindo a passagem da corrente.

Capacitores Reais

Existem diversos modelos de capacitores, feitos de materiais e com formatos diferentes. Um dos tipos mais comuns de ser encontrado são os capacitores eletrolíticos, mostrados na figura abaixo. Esse tipo de capacitor é formado por duas folhas de alumínio separadas por uma camada muito fina de óxido de alumínio, que atua como dielétrico. Esse componente ainda está banhado em um eletrólito líquido.

Capacitores eletrolíticos apresentam uma alta capacitância comparado aos demais, porém não suportam tensões muito altas. Esses componentes tem polaridade, ou seja, possuem terminais positivo e negativo, diferente dos outros tipos de capacitores. O lado negativo tem o terminal mais curto e é marcado por uma faixa branca com sinais de negativo.

Associação de Capacitores

Assim como com os resistores, é possível fazer associações de capacitores em série e em paralelo.

Associação em Paralelo

Ao associar capacitores em paralelo, sua capacitância é somada. Portanto, a capacitância equivalente do circuito acima é:

Associação em Série

Ao associar capacitores em série, sua capacitância equivalente segue a fórmula abaixo.

Nota-se que capacitores tem as relações contrárias dos resistores, diminuindo sua capacitância ao serem botados em série e aumentando ao serem conectados em paralelo.

Conclusões

Em conclusão, os capacitores desempenham um papel essencial no campo da eletrônica, sendo componentes fundamentais em uma ampla gama de circuitos e dispositivos. Sua capacidade de armazenar e liberar energia de maneira controlada permite que desempenhem funções cruciais, como filtragem, suavização de sinais, armazenamento de energia temporária e estabilização de voltagem.

Além disso, os capacitores são indispensáveis em sistemas de acoplamento e desacoplamento, otimizando o funcionamento e a eficiência dos circuitos eletrônicos. Sua versatilidade e importância são evidentes em praticamente todos os dispositivos eletrônicos modernos, desde os mais simples até os mais complexos, o que os torna componentes indispensáveis para o avanço da tecnologia.