Capacitores Explicados: Como Armazenam Energia e Alimentam a Eletrónica Moderna

Neste tutorial, vamos aprender o que é um capacitor, como funciona e ver alguns exemplos de aplicações básicas. Pode assistir ao vídeo seguinte ou ler o tutorial escrito abaixo.

Visão Geral

Praticamente não existe circuito que não tenha um capacitor, e juntamente com resistores e indutores, são os componentes passivos fundamentais que utilizamos em eletrónica.

O que é um Capacitor?

Um capacitor é um dispositivo capaz de armazenar energia sob a forma de carga elétrica. Comparado a uma bateria do mesmo tamanho, um capacitor consegue armazenar uma quantidade de energia muito menor, cerca de 10.000 vezes menor, mas ainda assim útil o suficiente para inúmeros projetos de circuitos.

Construção do Capacitor

Um capacitor é construído a partir de duas placas metálicas, separadas por um material isolante chamado dielétrico. As placas são condutoras e geralmente feitas de alumínio, tântalo ou outros metais, enquanto o dielétrico pode ser feito de qualquer tipo de material isolante, como papel, vidro, cerâmica ou qualquer coisa que obstrua o fluxo de corrente.

A capacitância de um capacitor, medida em farads, é diretamente proporcional à área de superfície das duas placas, bem como à permissividade ε do dielétrico, enquanto a menor distância entre as placas resulta em maior capacitância. Dito isto, vamos ver como um capacitor funciona.

Como Funciona um Capacitor

Primeiro, podemos notar que um metal tipicamente tem uma quantidade igual de partículas carregadas positiva e negativamente, o que significa que é eletricamente neutro.

Se conectarmos uma fonte de alimentação ou uma bateria às placas metálicas do capacitor, uma corrente tentará fluir, ou seja, os eletrões da placa conectada ao terminal positivo da bateria começarão a mover-se para a placa conectada ao terminal negativo. No entanto, devido ao dielétrico entre as placas, os eletrões não conseguem passar através do capacitor, então começam a acumular-se na placa.

Após um certo número de eletrões se acumularem na placa, a bateria não terá energia suficiente para empurrar novos eletrões para entrar na placa devido à repulsão dos eletrões que já lá estão.

Neste ponto, o capacitor está efetivamente totalmente carregado. A primeira placa desenvolveu uma carga líquida negativa, e a segunda placa desenvolveu uma carga líquida positiva igual, criando um campo elétrico com uma força atrativa entre elas que mantém a carga do capacitor.

Princípio de Funcionamento do Dielétrico do Capacitor

Vamos ver como o dielétrico pode aumentar a capacitância do capacitor. Um dielétrico contém moléculas que são polares, o que significa que podem mudar a sua orientação com base nas cargas nas duas placas. Assim, as moléculas alinham-se com o campo elétrico de forma a permitir que mais eletrões sejam atraídos para a placa negativa, enquanto repelem mais eletrões para fora da placa positiva.

Assim, uma vez totalmente carregado, se removermos a bateria, ele manterá a carga elétrica por muito tempo, atuando como armazenamento de energia.

Agora, se encurtarmos as duas extremidades do capacitor através de uma carga, uma corrente começará a fluir através da carga. Os eletrões acumulados na primeira placa começarão a mover-se para a segunda placa, até que ambas as placas voltem a ser eletricamente neutras.

Este é o princípio básico de funcionamento de um capacitor. Agora vamos ver alguns exemplos de aplicações.

Aplicações dos Capacitores

Capacitores de Desacoplamento (Bypass)

Capacitores de desacoplamento ou bypass são um exemplo típico. São frequentemente usados junto com circuitos integrados e colocados entre a fonte de alimentação e o terra do CI.

A sua função é filtrar qualquer ruído na alimentação, como ondulações de tensão que ocorrem quando a fonte de alimentação, por um período muito curto, cai a sua tensão ou quando uma parte do circuito é comutada, causando flutuações na alimentação. No momento em que ocorre a queda de tensão, o capacitor atua temporariamente como fonte de alimentação, contornando a fonte principal.

Conversor CA para CC

Outro exemplo de aplicação típico são capacitores usados em adaptadores CC. Para converter a tensão CA em tensão CC, um retificador de diodo é geralmente usado, mas sem a ajuda dos capacitores não conseguiria fazer o trabalho.

A saída do retificador é uma forma de onda. Assim, enquanto a saída do retificador sobe, o capacitor carrega, e enquanto a saída do retificador desce, o capacitor descarrega e, dessa forma, suaviza a saída CC.

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Filtragem de Sinais

A filtragem de sinais é outro exemplo de aplicação de capacitores. Devido ao seu tempo de resposta específico, conseguem bloquear sinais de baixa frequência enquanto permitem que frequências mais altas passem.

Isto é usado em receptores de rádio para sintonizar frequências indesejadas e em circuitos crossover dentro de altifalantes, para separar as baixas frequências para o woofer e as frequências mais altas para o tweeter.

Capacitores como Armazenamento de Energia

Outra utilização bastante óbvia dos capacitores é para armazenamento e fornecimento de energia. Embora possam armazenar consideravelmente menos energia comparados a uma bateria do mesmo tamanho, a sua vida útil é muito melhor e são capazes de fornecer energia muito mais rapidamente, o que os torna mais adequados para aplicações onde é necessário um pico alto de potência.

É tudo por este tutorial. Sinta-se à vontade para fazer qualquer pergunta na secção de comentários abaixo.