Guia do Capacitor – Capacitor de ar

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Capacitor de ar

 

 

 

O que são capacitores de ar?

Os capacitores de ar são capacitores que usam o ar como seu dielétrico. Os capacitores de ar mais simples são feitos de duas placas condutoras separadas por uma folga de ar. Os capacitores de ar podem ser fabricados em uma forma de capacitância variável ou fixa. Capacitores de ar com capacitância fixa raramente são usados, pois existem muitos outros tipos com características superiores. Capacitores de ar variáveis ​​são usados ​​com mais frequência devido à sua construção simples. Eles geralmente são feitos de dois conjuntos de placas de metal semicirculares separadas por intervalos de ar. Um conjunto é fixo e o outro é fixado a um eixo que permite ao usuário girar o conjunto, alterando a capacitância conforme necessário. Quanto maior a sobreposição entre os dois conjuntos de placas, maior a capacitância. O estado máximo de capacitância é alcançado quando a sobreposição entre os dois conjuntos de placas é maior, enquanto o estado mais baixo de capacitância é alcançado quando não há sobreposição.

Capacitores de ar variáveis ​​são usados ​​em circunstâncias em que a capacitância precisa ser variada. Às vezes, são usados ​​em circuitos ressonantes, como sintonizadores de rádio, mixers de frequência ou aplicações de correspondência de impedância de antena. Outro uso para capacitores variáveis ​​é a prototipagem de um projeto de circuito eletrônico. Às vezes, é simplesmente mais fácil encontrar o valor apropriado do capacitor por tentativa e erro, em vez de calculá-lo exatamente.

 

Definição do capacitor de ar

Capacitores de ar são capacitores que usam o ar como meio dielétrico localizado entre placas condutoras.

 

Características

O valor constante dielétrico de um material é uma medida da quantidade de energia elétrica armazenada em um material para uma dada tensão. Como os capacitores são dispositivos usados ​​para armazenar energia elétrica, constantes dielétricas mais altas são favoráveis. No entanto, o valor dielétrico do ar é aproximadamente o do vácuo, que é a menor constante dielétrica possível para um material e é igual a εo = 8,854 * 10-12 F / m. Isso significa que, para atingir grandes valores de capacitância, é necessário um capacitor fisicamente grande. Outro fator importante é a força dielétrica. A resistência dielétrica limita a tensão máxima que pode ser aplicada a um material antes que ele perca suas propriedades isolantes e dielétricas e comece a agir como um condutor. A resistência dielétrica do ar é inferior a muitos outros materiais, o que torna os capacitores de ar inadequados para altas tensões.

Os capacitores de ar possuem uma capacitância pequena, que geralmente fica entre 100pF e 1nF. A tensão máxima de trabalho depende das dimensões físicas do capacitor. Uma alta voltagem operacional requer que a distância entre as placas seja suficiente para evitar a quebra elétrica do ar. Se ocorresse uma avaria, isso causaria faíscas entre as placas, o capacitor não funcionaria corretamente e poderia ser danificado pelo arco elétrico. Portanto, capacitores que trabalham em tensões mais altas geralmente são fisicamente maiores para permitir espaço suficiente entre as placas. As tensões operacionais típicas estão entre algumas dezenas e alguns milhares de volts. Para tensões operacionais mais altas, às vezes é usado um capacitor de construção semelhante, no entanto o ar é evacuado do dispositivo e o vácuo é usado como dielétrico. A constante dielétrica do vácuo é quase a mesma que a do ar, mas a tensão de ruptura é maior e não depende da umidade do ar e da poluição por partículas.

Os capacitores de ar não são polares. Isso significa que os capacitores de ar podem ser usados ​​com segurança, independentemente da polaridade DC, o que é útil em algumas aplicações. Eles são seguros para uso em aplicações de CA, desde que a tensão máxima não seja excedida.

 

Construção e propriedades dos capacitores de ar

Os capacitores de gap de ar variável geralmente são feitos de dois grupos de placas de metal semicirculares. Um grupo é fixo, enquanto o outro pode ser girado usando um eixo conectado a ele. Os dois grupos são imprensados ​​com um espaço de ar entre cada um dos dois pratos. O usuário altera a capacitância girando o eixo e aumentando ou reduzindo a quantidade de sobreposição entre os dois grupos de placas. Mecanismos de engrenagem de redução podem ser usados ​​para aumentar a precisão e permitir um ajuste mais preciso e melhor controle de capacitância. Ao projetar cuidadosamente o formato das placas, é possível obter, por exemplo, uma função linear ou logarítmica do ângulo de rotação versus capacitância. Para melhorar as características dos capacitores de ar, às vezes o ar é evacuado de uma câmara selada e isso cria um capacitor de vácuo. Outros materiais, como folhas plásticas, também podem ser usados ​​como material dielétrico.

Apesar da tensão de ruptura relativamente baixa e constante dielétrica baixa de ar e vácuo, eles ainda têm algumas vantagens sobre outros materiais. A vantagem mais importante é a baixa corrente de vazamento, o que significa que as perdas operacionais dentro de um capacitor de ar são mínimas, especialmente se a umidade for baixa.

Capacitor variável de várias seções

Existem vários tipos especiais de capacitores variáveis, considerando sua construção. Um tipo é o capacitor variável de seção múltipla, que possui dois ou mais capacitores de capacitâncias iguais ou diferentes conectados ao mesmo eixo. A rotação do eixo de controle afetará as capacitâncias de todos os capacitores e, através de um design cuidadoso, é possível usar um capacitor variável para ajustar vários circuitos ao mesmo tempo, como um pré-seletor, um filtro de entrada e o oscilador em uma unidade receptora.

Capacitor variável borboleta

Os capacitores variáveis ​​borboleta têm dois estatores e um rotor dispostos de tal maneira que girar o rotor variará igualmente a capacitância entre o rotor e o estator.

Capacitor variável diferencial

Os capacitores variáveis ​​diferenciais também usam dois estatores; no entanto, girar o eixo de controle aumenta a capacitância em um estator e reduz a capacitância no outro. A capacitância entre dois estatores é assim mantida constante.

Aplicações para capacitores variáveis

As solicitações de capacitores variáveis ​​são restritas principalmente aos circuitos CA. A maioria das aplicações exige propriedades de alta frequência, alta potência e baixa perda. Eles são usados ​​em aplicações de sintonia de rádio, sintonia de antena e assim por diante. Os capacitores de ar são interessantes para aplicações militares devido à sua resistência inerente aos pulsos eletromagnéticos, que podem ser criados intencionalmente para destruir equipamentos eletrônicos, mas também são um subproduto de uma explosão nuclear. As aplicações modernas incluem redes de correspondência de RF para controle de plasma na deposição de material condutor em pastilhas de silício, bem como scanners médicos para ressonância magnética, que requerem capacitores variáveis ​​não magnéticos. Como os capacitores de ar são feitos de alumínio, que não é magnético, eles funcionam muito bem em campos magnéticos fortes.

 

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