Por que usar capacitores?

Por que você precisa armazenar a tensão por algum tempo em um capacitor? Eu sempre assumi que os circuitos funcionavam quando você o liga e para quando você o desliga.

Por que o circuito inteiro não pode ser extraído do capacitor? Se é para armazenamento, por que não usar um flip-flop?

Se tudo o que você queria construir fosse um circuito digital, e suas fontes de tensão realmente mantivessem tensão constante, independentemente da quantidade de corrente extraída e nada produzisse ruído elétrico, você não precisaria de capacitores.

Mas as fontes de tensão cedem quando você extrai corrente delas. As escovas do motor (e muitos outros componentes) produzem picos de tensão horrendos que você deseja filtrar do seu circuito digital. Algumas pessoas também lidam com circuitos analógicos, onde os sinais de tensão e corrente variam continuamente em uma ampla faixa. Para esse tipo de circuito variável no tempo, são necessários capacitores.

Os circuitos digitais podem ser especialmente ruins, mas, em geral, você está tentando fazer com que o trilho de energia permaneça uma fonte de energia DC. a maioria dos circuitos, quando repentinamente extraem energia do trilho de força, não seria muito feliz se o trilho de força reagisse mergulhando.

À medida que você aumenta a velocidade, a indutância causa um problema maior que a resistência. O capacitor atua como uma fonte muito próxima de energia. Você extrai sua energia de alta velocidade do capacitor e a fonte de energia carrega lentamente o capacitor.

Quando feito corretamente, tudo funciona conforme as especificações. Ao fazer um produto comercial e ser feito de forma inadequada, você obtém um produto com bugs muito estranhos, normalmente vinculados a cargas elevadas à medida que a tensão realmente diminui (afundamentos = fica abaixo do que precisa ser). Na pior das hipóteses, os sinais de alta velocidade atravessam suas linhas de energia e a FCC não aprova o seu produto, pois está irradiando energia de alta frequência.

Os capacitores também são amplamente utilizados em circuitos de oscilador , filtro e temporização , porque sua taxa de carga e descarga pode ser calculada com precisão.

Em um circuito RC , o valor da constante de tempo (em segundos) é igual ao produto da resistência do circuito (em ohms) e da capacitância do circuito (em farads), ou seja, R × C. É o tempo necessário para carregar o capacitor, através do resistor, para 63,2% da carga total; ou descarregá-lo para 36,8% de sua tensão inicial. Essas porcentagens de aparência ímpar são derivadas da constante matemática e (2,71828, a base para logaritmos naturais), especificamente 1 - 1 / e e 1 / e, respectivamente.

Os circuitos do oscilador e do tempo são comumente usados ​​em sistemas digitais para fornecer geradores de frequência e tempo. Osciladores e filtros são normalmente encontrados em circuitos analógicos, como áudio ou radiofrequência (RF).

Uma das aplicações mais populares de capacitores na engenharia elétrica industrial é fornecer a correção do fator de potência. Os capacitores armazenam energia e a liberam a cada ciclo em uma rede de distribuição de energia CA para compensar o fato de que cargas altamente indutivas, como motores elétricos, consomem uma corrente que fica atrasada em relação à tensão aplicada. Isso resulta em um fator de potência fraco na rede de distribuição elétrica, o que normalmente significa que os ativos da rede não podem ser utilizados para sua classificação de potência aparente.

Usando a correção do fator de potência, que para cargas indutivas significa trocar capacitores na rede de suprimento, o fator de potência pode ser aumentado próximo à unidade, o que significa que ativos de rede, como transformadores de grande porte, não precisam ser desnecessariamente excedidos.

Além disso, a maioria das autoridades de fornecimento de energia elétrica penalizará os usuários que possuem um fator de potência muito baixo, uma vez que geralmente suportam o custo adicional de ativos de distribuição de tamanho grande e subutilizados. Existe, portanto, um incentivo financeiro para grandes usuários industriais instalarem equipamentos de correção de fator de potência.

Os capacitores também são usados ​​para filtrar a ondulação ao retificar a energia CA para CC (por exemplo, no estágio de entrada de um inversor de velocidade variável ou circuito do inversor).

Além disso, os capacitores são usados ​​para 'amplificar' as fontes de alimentação DC (por exemplo: para converter uma fonte de alimentação de 5VDC em 9VDC). Estes são chamados de circuitos 'chopper'.

Olá user1424 Parece que você está fazendo muitas perguntas sobre muitas coisas eletrônicas. Posso recomendar que você encontre um bom livro como "The Art of Electronics", de Horowitz e Hill, e faça uma boa leitura dele.

Por que o circuito inteiro não pode ser extraído do capacitor?

Os circuitos são ocasionalmente desenhados sem capacitores, pois está implícito que eles serão incluídos em todos os pinos de energia lógicos. Obviamente, se estiver usando uma ferramenta EDA, eles devem estar no esquema em algum lugar (geralmente desencarnados em algum canto), mas está implícito que haverá pelo menos um em cada pino (vários caps podem cobrir uma faixa mais ampla de frequências) e, como o mais próximo possível.

Para protótipos - especialmente para protótipos - os capacitores de derivação são ainda mais importantes. Muitas vezes haverá muito mais indutância na bola de fios do que o normal. Mesmo se a frequência de sua comutação for baixa, o conteúdo espectral das bordas pode ser extremamente alto.

Veja esta pergunta:
O que é um capacitor de desacoplamento e como sei se preciso de um?

Os capacitores de desacoplamento servem a vários propósitos. Primeiro, eles são uma proteção contra variações na fonte de alimentação. O capacitor não estava lá um mergulho poderia reiniciar todo o circuito. Da mesma forma, algumas partes do circuito que consomem muita energia podem ligar e desligar durante a operação. Ligar também cria uma queda; muita corrente de repente necessária em um lugar significa que ela não está mais disponível em outro lugar. O capacitor é um armazenamento de buffer que garante que haja corrente suficiente para todos os componentes nesses momentos de comutação.

Um bom exemplo são as telas de toque capacitivas (por exemplo, tela de toque no iPhone).

As telas de toque capacitivas usam uma camada de material capacitivo para reter uma carga elétrica. Tocar na superfície da tela resulta em uma distorção do campo eletrostático da tela, criando uma queda de tensão, que é mensurável como uma alteração na capacitância. Esse local exato da queda de tensão é captado por um controlador e transmitido ao processador.