¿Qué es un condensador cerámico? El capacitor cerámico es uno de los tipos más comunes de capacitores utilizados en la mayoría de los instrumentos eléctricos debido a su alta confiabilidad y bajo costo. De esta forma, los discos de cerámica o porcelana se utilizan para fabricar condensadores no polarizados y se utilizan en diversas industrias. La baja conductividad de los materiales cerámicos los convierte en excelentes  dieléctricos, así como en eficientes defensores de los campos electrostáticos.

Fundamentos de condensadores cerámicos

Los condensadores cerámicos son condensadores de valor fijo hechos de material cerámico como dieléctrico. Está formado por dos o más capas de cerámica y una capa de metal que actúan como  electrodos. El comportamiento eléctrico y, por lo tanto, las aplicaciones de los materiales cerámicos están determinados por la composición del material cerámico. Los cerámicos son compuestos inorgánicos, no metálicos, de óxido cristalino, nitruro o carburo, como el carbono y el silicio. Un capacitor cerámico, especialmente un capacitor cerámico multicapa (MLCC), es uno de los componentes eléctricos más comunes en la actualidad.

Los condensadores cerámicos suelen tener un rango de capacitancia de 10 pF a 0,1 μF.

La siguiente figura muestra el símbolo de un capacitor cerámico:

Símbolo de un capacitor cerámico (Referencia:elprocus.com)

El capacitor cerámico de tres dígitos, 101, 102, 103, etc., indica que se mide en Picofaradios. Sin embargo, cuando el mismo capacitor usa letras en lugar de dígitos, el valor es AB x 10C Picofarad.

Tipos de condensadores cerámicos

Hay cuatro tipos principales de condensadores cerámicos:

Condensadores cerámicos de clase 1

Estos capacitores son altamente estables y tienen bajas pérdidas en circuitos resonantes. Debido a su baja pérdida, se pueden utilizar en osciladores y filtros. Sus coeficientes de temperatura estables los hacen adecuados para capacitores de alta tolerancia.

Condensadores cerámicos de clase 2

Según el voltaje aplicado, los capacitores tienen una cierta capacitancia. El coeficiente de temperatura de los dieléctricos de clase 2 no es lineal. Las aplicaciones de estos condensadores incluyen acoplamiento y desacoplamiento.

Condensadores cerámicos de clase 3

Los dieléctricos de clase 3 tienen valores de permitividad que son hasta 50.000 veces mayores que los dieléctricos de clase 2. Los condensadores dependen de la tensión y tienen grandes pérdidas.

Condensadores cerámicos de clase 4

Los condensadores de clase 4 también se denominan condensadores de capa de barrera.

La polaridad de los capacitores cerámicos 

La polaridad de un capacitor es una de las consideraciones más importantes cuando se conectan capacitores en un circuito eléctrico. Según su polaridad, los condensadores se pueden dividir en dos grupos:

Condensadores polarizados 

Los condensadores polarizados tienen dos terminales, conocidos como ánodo y cátodo.

Condensadores no polarizados 

A diferencia de los capacitores polarizados, los capacitores no polarizados tienen un terminal y, por lo tanto, se pueden usar en cualquier dirección. El dispositivo sin polaridad se refiere a la ausencia de polaridad en el capacitor.

Construcción de capacitores cerámicos

Los condensadores cerámicos están compuestos por gránulos de materiales paraeléctricos o  ferroeléctricos  , que se combinan con otros materiales para producir el comportamiento deseado. A altas temperaturas, estas mezclas de polvo se sinterizan en cerámica. Las cerámicas dieléctricas se utilizan para servir como portadores de electrodos metálicos. El tamaño de grano de un polvo cerámico determina el espesor mínimo de la capa dieléctrica. Para capacitores con voltajes más altos, la rigidez dieléctrica del capacitor determina el espesor del dieléctrico.

Se aplica una temperatura alta después de la estratificación y el material se sinteriza, dando como resultado un material cerámico con las propiedades deseadas. Como resultado, se forma un capacitor conectando muchos capacitores más pequeños en paralelo, lo que resulta en un aumento de la capacitancia.

Un capacitor cerámico viene en tres formas básicas, aunque existen otros tipos:

Condensadores cerámicos de disco con plomo 

Están recubiertos de resina para montaje de orificio pasante. Los discos cerámicos están revestidos por ambos lados con contactos plateados. Los capacitores de disco tienen valores de capacitancia entre 10pF y 100μF con rangos de voltaje que van desde 16V a 15KV. Los dispositivos pueden estar formados por múltiples capas para obtener mayores capacidades.

El tipo de disco de condensador cerámico consta de dos discos conductores a cada lado del aislador cerámico. Estas placas están recubiertas de una composición cerámica resistente al agua, a la que se unen los cables. Este tipo de condensador cerámico está disponible hasta el valor de 0,01 F. Pueden soportar un voltaje de CC de 750 voltios y un voltaje de CA de 350 voltios.

Condensador cerámico de disco con plomo (Referencia: electronics-notes.com)

Condensadores cerámicos multicapa (MLCC) 

Los MLCC son bloques rectangulares compuestos por una combinación de componentes paraeléctricos y ferroeléctricos en capas con contactos metálicos y diseñados para montaje en superficie. Más de 500 capas están presentes en los MLCC, con un espesor de capa mínimo de aproximadamente 0,5 micras. Es tecnológicamente posible disminuir el espesor de la capa mientras se incrementa la capacitancia en el mismo volumen.

Estructura de un condensador cerámico multicapa (Referencia: pasiva-componentes.eu)

Los capacitores MLCC tienen una capacitancia (C) que usa una fórmula de capacitor de placa con el número de capas aumentado.

En la ecuación anterior, ε representa la permitividad dieléctrica; A representa el área de superficie del electrodo; n es el número de capas y d muestra la distancia entre los electrodos.

Condensadores cerámicos de disco sin plomo

Los condensadores cerámicos de microondas especialmente diseñados encajan en las ranuras de las PCB.

Tipos dieléctricos cerámicos 

A diferencia de los condensadores electrolíticos y de tantalio, los condensadores cerámicos se pueden fabricar a partir de una variedad de materiales dieléctricos. Diferentes dieléctricos imparten propiedades muy diferentes a los capacitores. Entonces, además de seleccionar un capacitor cerámico, también puede ser necesaria una segunda decisión sobre qué tipo de dieléctrico usar. Muchos dieléctricos de capacitores cerámicos se mencionan en las listas de distribuidores, incluidos C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U y muchos más. El mejor tipo, sin embargo, necesita más investigación.

Aplicaciones de condensadores cerámicos 

Los capacitores cerámicos tienen numerosas aplicaciones, que incluyen:

• En estaciones transmisoras en el circuito resonante
• En Fuentes de alimentación láser de alto voltaje
• Hornos de inducción
• Disyuntores de potencia
• Placas de circuito impreso
• Aplicaciones de alta densidad
• Estos condensadores también se pueden utilizar como condensadores de uso general y como escobillas para motores de CC para reducir el ruido de RF.

Ventajas de los condensadores cerámicos

Los condensadores cerámicos tienen las siguientes ventajas:

• Es confiable y tiene buenas características de respuesta de frecuencia incluso cuando opera a frecuencias más altas.
• Pueden soportar voltajes más altos de hasta 100 voltios.
• Pesan menos que otros condensadores.
• Los costos son bajos para estos artículos.
• Una variedad de formas y tamaños están disponibles.
• Tienen baja ESR (resistencia en serie efectiva) y baja ESL (inductancia en serie efectiva) en comparación con otros condensadores.

Desventajas de los condensadores cerámicos 

A continuación se presentan algunas de las desventajas de los condensadores cerámicos:

• Con su diseño, no es posible construir capacitores de valores más altos. Hay un valor máximo de capacitancia de 150 µF.
• Los capacitores cerámicos con construcciones similares a las anteriores no están disponibles en voltajes más altos. Los condensadores cerámicos de potencia se construyen con formas y tamaños más grandes. Pueden manejar voltajes desde 2 kV hasta 100 kV.
• Tienen un coeficiente de temperatura más alto.
• Los valores de tolerancia de los condensadores cerámicos son más altos.
• Algunos circuitos de suministro de energía pueden tener problemas con capacitores cerámicos como capacitores de salida.
• Se utiliza una serie de condensadores más pequeños en paralelo porque las unidades más grandes se agrietan con la flexión de la placa de circuito impreso.

Fuente: Linquip