Si buscamos cables capaces de tolerar altos voltajes, necesitaremos que lleven un buen aislante. Asimismo, los cables suelen incorporar el valor de voltaje de ruptura en su aislante.
Véase también
Para una tabla comparativa de las secciones o calibres de los cables, vea http://bit.ly/2lOyPIh.
Para aprender más sobre las corrientes toleradas por los distintos cables, vea http://bit.ly/2mbgZS8.
Capítulo 3
Condensadores y bobinas inductoras
3.0 Introducción
En la electrónica digital, los condensadores son casi un seguro de vida porque ofrecen un almacenamiento de carga de forma temporal que mejora la fiabilidad de los circuitos. Por tanto, la mejor manera de usarlos consiste en seguir las recomendaciones que aparecen en las hojas de especificaciones de los CI, sin necesidad de cálculo alguno.
Sin embargo, en electrónica analógica, el uso de condensadores admite mucha más variación. Su capacidad de almacenar pequeñas cantidades de carga durante cortos periodos de tiempo se puede usar para establecer la frecuencia en osciladores (vea el Ejercicio 16.5). Se pueden utilizar para suavizar los rizos en una fuente de alimentación (vea el Ejercicio 7.2) o para acoplar dos circuitos de audio sin transferir el componente de CC de la señal (vea el Ejercicio 17.9).
De hecho, los condensadores se utilizarán a todo lo largo del libro de múltiples maneras, así que es importante entender bien su funcionamiento, cómo elegir los más adecuados y cómo usarlos.
Las bobinas inductoras no resultan tan comunes como los condensadores, pero se utilizan ampliamente en determinadas funciones, por ejemplo en fuentes de alimentación (vea el Capítulo 7).
3.1 Cómo almacenar temporalmente energía en nuestros circuitos
Problema
Necesitamos un componente electrónico capaz de almacenar energía durante breves periodos de tiempo, tal vez para crear pulsos, o bien para aislar otros componentes de picos de voltaje.
Solución
Usar un condensador.
Por construcción, los condensadores no son más que dos superficies conductoras separadas por una capa aislante (Figura 3-1).
Figura 3-1. Esquema de un condensador.
De hecho, la capa aislante situada entre las superficies conductoras puede no ser más que aire, si bien un condensador que utilice aire como aislante tendrá un valor nominal muy bajo. De hecho, el valor del condensador depende del área de las placas conductoras, de su proximidad y de la capacidad aislante de la capa intermedia. Así pues, cuanto mayor sea el área de las placas y menor sea la distancia entre ellas, mayor será la capacitancia del condensador, es decir, mayor cantidad de carga podrá guardar.
Los electrones individuales no fluyen a través de un condensador, pero los que están en un lado de este influyen sobre los que están en el otro. Si aplicamos un voltaje desde una fuente como una batería a un condensador, la placa conectada al polo positivo de aquella acumulará carga positiva y el campo eléctrico que esto genera creará una carga negativa de la misma magnitud en la placa opuesta.
Siguiendo con el símil del agua, podemos visualizar un condensador como una membrana elástica en una tubería (Figura 3-2) que impide que el agua la atraviese, pero que puede estirarse y permitir que el condensador se cargue. Si el condensador se estira demasiado, la membrana elástica se romperá. Esto es lo que pasa en un condensador cuando se excede el voltaje de ruptura.
Análisis
Cuando aplicamos un voltaje a través de un condensador, se cargará de forma casi instantánea. Sin embargo, si lo aplicamos a través de una resistencia, tardará un tiempo en cargarse por completo. La Figura 3-3 muestra cómo un condensador se puede cargar y descargar mediante el uso de los interruptores S1 y S2.
Figura 3-2. Analogía del agua y la tubería para un condensador.
Figura 3-3. Carga y descarga de un condensador.
Cuando cerramos el interruptor S1, C1 se carga a través de R1 hasta que C1 alcance el voltaje de la batería. Abrimos S1 de nuevo y el condensador recién cargado retendrá su carga. En un cierto momento, el condensador perderá su carga por el mecanismo de autodescarga.
Si ahora cerramos S2, C1 se descargará a través de R2 y LED1, que emitirá una luz muy brillante al principio, para ir apagándose a medida que se descarga C1.
Si queremos experimentar con el esquema de la Figura 3-3, podemos construir en una placa de pruebas el montaje del diagrama mostrado en la Figura 3-4. Para una introducción al uso de la placa de pruebas, vea el Ejercicio 20.1. Utilizaremos resistencias de 1 kΩ y un condensador de 100 μF.
Figura 3-4. Diagrama para experimentación con un condensador en la placa de pruebas.
Pulsamos el botón con la etiqueta CHARGE (CARGA) durante un segundo o dos para cargar el condensador y, luego, lo soltamos y pulsamos el botón DISCHARGE (DESCARGA). El LED debería brillar mucho durante un segundo más o menos, para luego oscurecerse progresivamente hasta apagarse al cabo de otro segundo.
Si pudiéramos monitorizar el voltaje a través del condensador durante su carga y posterior descarga, veríamos algo similar a lo mostrado en la Figura 3-5.
Figura 3-5. Carga y descarga de un condensador.
En la Figura 3-6 la forma de onda cuadrada es el voltaje aplicado al condensador a través de una resistencia de 1 kΩ. Durante los primeros 400 ms es de 9 V. Sin embargo, como podemos ver, el voltaje a