Fundamentos dos Capaciitores

Um capacitor (ou condensador) é um dispositivo eletro-eletrônico que serve para armazenar energia elétrica no campo elétrico existente no seu interior.
Para entendermos o seu funcionamento, vamos inicialmente considerar um corpo carregado ou um gerador de cargas elétricas conectado a uma esfera condutora de raio R, imersos num meio cuja constante Eletrostática é k, conforme indica a figura 1.

O Capacitor de Placas Paralelas

O Capacitor de Placas Paralelas é composto por duas placas condutoras paralelas ou eletrodos (também chamadas de Armaduras) separadas por um material dielétrico de espessura uniforme. As placas condutoras podem ser de qualquer material bom condutor de Eletricidade. É comum o uso do alumínio e do cobre. O dielétrico deve ser um material mau condutor (um isolante). É comum o uso de materiais plásticos e cerâmicos e de óxidos isolantes.
O capacitor elementar (básico) de placas planas e paralelas e sua simbologia, usada nos diagramas de circuitos eletrônicos, são mostrados na figura 2.

O Carregamento de um Capacitor

O que acontece no interior do capacitor? Como ele se carrega?
Consideremos a figura 3, onde um capacitor está conectado a uma fonte de corrente contínua. De acordo com a Teoria Atômica já estudada, sabemos que os materiais são compostos de átomos cuja estrutura é semelhante ao Sistema Solar (núcleo e órbitas).
Sabemos que os materiais isolantes são compostos por átomos com elétrons intimamente ligados ao núcleo, razão pela qual não facilitam o deslocamento de elétrons (corrente Elétrica).
Também sabemos que a estrutura dos metais é característica porque os seus átomos têm elétrons que saem facilmente de suas órbitas e se convertem em elétrons-livres.
. O pólo positivo da bateria atrai os elétrons de uma placa deixando-a mais positiva (perdeu elétrons). Esta placa, por sua vez, atrai os elétrons do pólo negativo da bateria para a outra placa, deixando-a mais negativa (recebe elétrons). Desta forma estabelece-se um fluxo de elétrons (corrente elétrica) no circuito, apesar de não haver a passagem de cargas elétricas através do dielétrico do capacitor. As duas placas ficam carregadas com iguais quantidades de carga, porém de sinais contrários. A figura 4 indica esta situação.
Este processo continua até que o capacitor esteja plenamente carregado, quando então o fluxo de elétrons se interrompe.

Carga do capacitor

... No instante em que a chave é fechada, há um máximo de repulsão eletrostática (fluxo de elétrons máximo) e, portanto, a corrente é máxima enquanto a tensão sobre o capacitor é nula.
O capacitor inicia o processo de carga e o fluxo de elétrons (corrente) tende a diminuir enquanto a tensão sobre ele se eleva. Quando o capacitor estiver completamente carregado, é como se fosse um tanque fechado (lacrado) completamente cheio e não circula mais corrente. Neste instante, a tensão sobre o capacitor é máxima e igual à tensão da fonte (bateria).
Portanto, a tensão sobre o capacitor aumenta desde zero (completamente descarregado) até igualar-se à tensão da fonte, seguindo uma curva pré-determinada com relação ao tempo. A corrente no circuito sofre uma variação instantânea desde zero até um valor máximo (dependente da resistência do circuito) e decai a zero, enquanto o capacitor se carrega.

Uso do Capacitor como Filtro

Os Capacitores podem ser definidos basicamente da seguinte maneira:
• São componentes que armazenam energia na forma de Campo Eletrostático;
• São componentes que se opõem às variações de tensão em seus terminais;
• São componentes capazes de deixar passar sinais elétricos de freqüências elevadas e de se opor à passagem de sinais de baixas freqüências.
A capacidade de armazenamento do capacitor é usada para obter-se bons efeitos em filtros.
Um retificador de meia onda oferece um bom exemplo, como indica a figura 13. Este retificador fornece uma tensão de saída (isto é, a tensão sobre uma carga, aqui representada como um resistor) que é contínua pulsante, como indica a figura 14 ...

Associação de capacitores

Da mesma forma que podemos associar resistores, também podemos associar capacitores com a finalidade de obermos valores de  capacitâncias equivalentes diferentes dos valores comerciais em que os capacitores são fabricados.
Associação em série:
Uma ligação em série de capacitores diminui a capacitância total porque
efetivamente aumenta o espaçamento entre as placas, como podemos perceber pela figura 17 ...

Associação em paralelo:
A ligação em paralelo de capacitores aumenta a capacitância total porque aumenta
a área de placas recebendo cargas, como podemos perceber pela figura 18...

Tipos de Capacitores

Existem muitos tipos de capacitores para as mais diversas aplicações.
Os capacitores são classificados, geralmente, com relação ao material do seu dielétrico. Os tipos mais comuns são:
• Capacitores Cerâmicos (disco cerâmico, tipo “plate” e multicamadas);
• Capacitores de Filme Plástico (de poliéster, policarbonato, polipropileno e poliestireno);
• Capacitores Eletrolíticos de Alumínio;
• Capacitores Eletrolíticos de Tântalo;
• Capacitores Variáveis;
• Etc.

Capacitores Cerâmicos Multicamadas

Os capacitores cerâmicos multicamadas (multilayer) são construídos a partir da superposição de finas camadas de material dielétrico cerâmico com metal depositado sobre suas superfícies formando uma espécie de “sanduíche”. Daí a denominação de multicamadas.
As camadas metálicas individuais são conectadas umas às outras através de uma terminação metálica onde são soldados os terminais de capacitor, como indica a figura 23 ...

Capacitores Eletrolíticos de Alumínio

Basicamente, todo capacitor é constituído de duas armaduras com um dielétrico entre estas.
Embora este princípio também seja válido para os capacitores eletrolíticos, a principal diferença entre estes e os demais tipos de capacitores reside no fato de que um dos eletrodos - o cátodo - é constituído de um fluído condutor - o eletrólito - e não somente uma armadura metálica como se poderia supor. O outro eletrodo, o ânodo, é constituído de uma folha de alumínio em cuja superfície é formada, por processo eletroquímico, uma camada de óxido de alumínio servindo como dielétrico, como indica a figura 25.
O método de bobinagem é o mais empregado na fabricação de capacitores eletrolíticos de alumínio. A bobina contém, além da folha de ânodo já descrita, uma segunda folha de alumínio, conhecida por folha de cátodo, que não é oxidada e tem a função de servir como eletrodo à substância líquida condutora. Ambas as folhas são separadas uma da outra por algumas camadas de papel poroso que tem por função armazenar o eletrólito. As figuras 25 e 26 ilustram os aspectos construtivos dos capacitores eletrolíticos.

Capacitores Variáveis

Capacitores variáveis são aqueles que permitem que o seu valor de capacitância seja variado dentro de uma determinada faixa de valores.

Geralmente são construídos com dielétrico de ar ou de filme plástico e sua capacitância pode ser variada por meio de um eixo ou parafuso, no qual estão montadas as placas ou grupos de placas móveis.
Um outro grupo de placas é fixo e é montado sobre um material isolante, o corpo ou chassi do componente.
O grupo de placas móveis que constitui o capacitor variável é formado por placas metálicas em forma de segmentos, unidas a um eixo central de movimento rotativo ou a um parafuso de aperto que permitem, em ambos os casos, variar a posição ou distância entre as placas móveis e fixas. Variando a distância entre as placas ou a área superposta das placas, variamos a capacitância.