condensador cerámico

Los condensadores cerámicos de clase 1 son condensadores precisos con compensación de temperatura. Ofrecen la tensión, la temperatura y, en cierta medida, la frecuencia más estables. Tienen las pérdidas más bajas y, por lo tanto, son especialmente adecuados para aplicaciones de circuitos resonantes donde la estabilidad es esencial o donde se requiere un coeficiente de temperatura definido con precisión , por ejemplo, para compensar los efectos de la temperatura en un circuito. Los materiales básicos de los condensadores cerámicos de clase 1 están compuestos por una mezcla de gránulos finamente molidos de materiales paraeléctricos como el dióxido de titanio ( TiO₂).₂ ), modificado con aditivos de zinc,circonio,niobio, magnesio, tantalio, cobalto y estroncio, que son necesarios para lograr las características lineales deseadas del condensador. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El comportamiento general de la capacitancia con la temperatura de los condensadores de clase 1 depende del material paraeléctrico básico, por ejemplo TiO_2. Los aditivos de la composición química se utilizan para ajustar con precisión la característica de temperatura deseada. Los condensadores cerámicos de clase 1 presentan la menoreficiencia volumétricaentre los condensadores cerámicos. Esto se debe a lapermitividad(de 6 a 200) de los materiales paraeléctricos. Por lo tanto, los condensadores de clase 1 tienen valores de capacitancia en el rango inferior.

Los condensadores de clase 1 presentan un coeficiente de temperatura que suele ser bastante lineal con la temperatura. Estos condensadores tienen pérdidas eléctricas muy bajas, con un factor de disipación de aproximadamente el 0,15 %. No experimentan procesos de envejecimiento significativos y su capacitancia es prácticamente independiente de la tensión aplicada. Estas características permiten su uso en filtros de alto factor Q, circuitos resonantes y osciladores (por ejemplo, en circuitos de bucle de enganche de fase ).

La norma EIA RS-198 codifica los condensadores cerámicos de clase 1 con un código de tres caracteres que indica el coeficiente de temperatura. La primera letra indica la cifra significativa de la variación de la capacitancia con la temperatura (coeficiente de temperatura α) en ppm/K . El segundo carácter indica el multiplicador del coeficiente de temperatura. La tercera letra indica la tolerancia máxima con respecto a dicho coeficiente, también en ppm/K. Todas las clasificaciones abarcan el rango de 25 a 85  °C.

Además del código EIA, el coeficiente de temperatura de la dependencia de la capacitancia de los condensadores cerámicos de clase 1 se suele expresar en nombres de componentes cerámicos como "NP0", "N220", etc. Estos nombres incluyen el coeficiente de temperatura (α). En la norma IEC/EN 60384-8/21, el coeficiente de temperatura y la tolerancia se sustituyen por un código de dos letras (véase la tabla) al que se añade el código EIA correspondiente.

Por ejemplo, un condensador "NP0" con el código EIA "C0G" tendrá una deriva de 0, con una tolerancia de ±30  ppm/K, mientras que un "N1500" con el código "P3K" tendrá  una deriva de −1500 ppm/K, con una tolerancia máxima de ±250  ppm/K. Cabe destacar que los códigos de condensadores IEC y EIA son códigos industriales y no son los mismos que los códigos militares.

Los condensadores de clase 1 incluyen condensadores con diferentes coeficientes de temperatura α. En particular, los condensadores NP0/CG/C0G con un α ±0•10 ⁻⁶  /K y una tolerancia de α de 30 ppm son de gran interés técnico. Estos condensadores tienen una variación de capacitancia dC/C de ±0,54% dentro del rango de temperatura de −55 a +125 °C. Esto permite una respuesta de frecuencia precisa en un amplio rango de temperatura (en, por ejemplo, circuitos resonantes). Los otros materiales con su comportamiento térmico especial se utilizan para compensar la variación de temperatura de componentes conectados en paralelo, como bobinas en circuitos osciladores. Los condensadores de clase 1 presentan tolerancias muy pequeñas de la capacitancia nominal.  

• Curvas idealizadas de diferentes capacitores cerámicos de clase 1 y representación del rango de tolerancia del coeficiente de temperatura α.
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  Curvas idealizadas de diferentes capacitores cerámicos de clase 1.
• 
  representación del rango de tolerancia del coeficiente de temperatura α

Los condensadores cerámicos de clase 2 poseen un dieléctrico con una permitividad elevada y, por lo tanto, una mayor eficiencia volumétrica que los de clase 1, pero menor precisión y estabilidad. El dieléctrico cerámico se caracteriza por una variación no lineal de la capacitancia en función de la temperatura. El valor de la capacitancia también depende de la tensión aplicada. Son adecuados para aplicaciones de derivación, acoplamiento y desacoplamiento, o para circuitos de discriminación de frecuencia donde las bajas pérdidas y la alta estabilidad de la capacitancia son menos importantes. Suelen presentar microfonía .

Los condensadores de clase 2 están hechos de materiales ferroeléctricos como el titanato de bario ( BaTiO₃ ) ^{[ 13 ]} y aditivos adecuados comosilicato de aluminio,silicato de magnesioyóxido de aluminio. ^{[ 14 ]} Estas cerámicas tienen una permitividad muy alta (de 200 a 14 000), lo que permite uncampo eléctricoy, por lo tanto, capacitancia en paquetes relativamente pequeños: los condensadores de clase 2 son significativamente más pequeños que los condensadores de clase 1 comparables. Sin embargo, la permitividadno es linealcon respecto a la intensidad del campo, lo que significa que la capacitancia varía significativamente a medida que aumenta el voltaje a través de los terminales. Los condensadores de clase 2 también presentan una baja estabilidad térmica y se deterioran con el tiempo. ^{[ 11 ]}

Debido a estas características, los condensadores de clase 2 se utilizan normalmente en aplicaciones donde solo se requiere un valor mínimo de capacitancia (en lugar de un valor exacto), como el almacenamiento en búfer/filtrado de entradas y salidas de fuentes de alimentación y el acoplamiento de señales eléctricas.

Los condensadores de clase 2 se clasifican según la variación de capacitancia en función de la temperatura. La clasificación más utilizada se basa en la norma EIA RS-198 y emplea un código de tres dígitos. El primer carácter, una letra, indica la temperatura de funcionamiento más baja ; el segundo, un número, indica la temperatura más alta; y el tercer carácter, otra letra, indica la variación máxima de capacitancia permitida en todo el rango de temperatura especificado para el condensador.

Por ejemplo, un condensador Z5U funcionará desde +10  °C hasta +85  °C con una variación de capacitancia de entre +22 % y −56 % como máximo. Un condensador X7R funcionará desde −55  °C hasta +125  °C con una variación de capacitancia de ±15 % como máximo.

A continuación se enumeran algunos materiales comúnmente utilizados en condensadores cerámicos de clase 2:

• X8R (−55/+150, ΔC/C ₀ = ±15%),
• X7R (−55/+125  °C, ΔC/C ₀ = ±15%),
• X6R (−55/+105  °C, ΔC/C ₀ = ±15%),
• X5R (−55/+85  °C, ΔC/C ₀ = ±15%),
• X7S (−55/+125, ΔC/C ₀ = ±22%),
• Z5U (+10/+85  °C, ΔC/C ₀ = +22/−56%),
• Y5V (−30/+85  °C, ΔC/C ₀ = +22/−82%),

La norma IEC/EN 60384-9/22 utiliza otro código de dos dígitos.

En la mayoría de los casos, es posible traducir el código EIA al código IEC/EN. Se producen pequeños errores de traducción, pero normalmente son tolerables.

• X7R se correlaciona con 2X1
• Z5U se correlaciona con 2E6.
• Y5V similar a 2F4 , aberración: ΔC/C ₀ = +30/−80% en lugar de +30/−82%
• X7S similar a 2C1 , aberración: ΔC/C ₀ = ±20% en lugar de ±22%
• X8R sin código IEC/EN disponible

Debido a que los condensadores cerámicos de clase 2 tienen menor precisión y estabilidad de capacitancia, requieren una mayor tolerancia.

Para los tipos militares, los dieléctricos de clase 2 especifican la característica de temperatura (TC), pero no la característica de temperatura-tensión (TVC). Al igual que el X7R, el tipo militar BX no puede variar más del 15 % con la temperatura y, además, debe mantenerse dentro de un rango de +15 %/-25  % a la tensión nominal máxima. El tipo BR tiene un límite de TVC de +15 %/-40 %.

Los condensadores cerámicos semiconductores o de capa barrera de clase 3 presentan una permitividad muy alta, de hasta 50 000, y, por lo tanto, una mayor eficiencia volumétrica que los condensadores de clase 2. Sin embargo, estos condensadores tienen peores características eléctricas, incluyendo menor precisión y estabilidad. El dieléctrico se caracteriza por una variación no lineal muy elevada de la capacitancia en función de la temperatura. El valor de la capacitancia también depende de la tensión aplicada. Además, presentan pérdidas muy elevadas y se deterioran con el tiempo.

Los condensadores cerámicos de capa barrera están hechos de materiales ferroeléctricos dopados como el titanato de bario ( BaTiO₃ ). A medida que esta tecnología cerámica mejoró a mediados de la década de 1980, los condensadores de capa de barrera estuvieron disponibles en valores de hasta 100 μF, y en ese momento parecía que podían sustituir alos condensadores electrolíticos.

Debido a que no es posible construir condensadores multicapa con este material, solo se ofrecen en el mercado tipos monocapa con terminales. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Debido a los avances en los condensadores cerámicos multicapa, que permiten un rendimiento superior en un encapsulado más pequeño, los condensadores de capa barrera como tecnología se consideran ahora obsoletos y ya no están estandarizados por la IEC.

• Diferentes estilos de condensadores cerámicos para electrónica de potencia
• 
  Condensador cerámico de alto voltaje con forma de pomo de puerta.
• 
  condensador cerámico de potencia tipo disco
• 
  Condensador cerámico de potencia tubular o tipo olla

Aunque los materiales utilizados para los condensadores cerámicos de alta potencia suelen ser muy similares a los de los condensadores más pequeños, los condensadores cerámicos con potencias o tensiones elevadas o muy elevadas, destinados a aplicaciones en sistemas de potencia, transmisores e instalaciones eléctricas, se clasifican a menudo por separado, por razones históricas. La estandarización de los condensadores cerámicos de baja potencia se centra en los parámetros eléctricos y mecánicos propios de los componentes para equipos electrónicos. La estandarización de los condensadores de potencia, en cambio, se enfoca principalmente en la protección del personal y los equipos, según lo estipulado por la autoridad reguladora local.

A medida que los equipos electrónicos modernos adquirieron la capacidad de manejar niveles de potencia que antes eran dominio exclusivo de los componentes de "potencia eléctrica", la distinción entre las potencias "electrónicas" y "eléctricas" se ha vuelto menos marcada. En el pasado, el límite entre estas dos categorías se situaba aproximadamente en una potencia reactiva de 200 voltios-amperios, pero la electrónica de potencia moderna puede manejar cantidades de potencia cada vez mayores.

Los condensadores cerámicos de potencia se especifican principalmente para corrientes muy superiores a 200 voltios-amperios. La gran plasticidad de la materia prima cerámica y la alta rigidez dieléctrica de la cerámica ofrecen soluciones para numerosas aplicaciones y son la razón de la enorme diversidad de estilos dentro de la familia de condensadores cerámicos de potencia. Estos condensadores llevan décadas en el mercado. Se fabrican según los requisitos como condensadores cerámicos de potencia de clase 1, con alta estabilidad y bajas pérdidas, o condensadores cerámicos de potencia de clase 2, con alta eficiencia volumétrica.

Los condensadores cerámicos de potencia de clase 1 se utilizan en circuitos resonantes para estaciones transmisoras . Los condensadores cerámicos de potencia de clase 2 se utilizan en interruptores automáticos , líneas de distribución eléctrica , fuentes de alimentación de alta tensión para aplicaciones láser, hornos de inducción y circuitos duplicadores de tensión . Los condensadores cerámicos de potencia pueden suministrarse con tensiones nominales elevadas, desde 2  kV hasta 100  kV. ^{[ 47 ]}

Las dimensiones de estos condensadores cerámicos de potencia pueden ser muy grandes. En aplicaciones de alta potencia, las pérdidas de estos condensadores pueden generar mucho calor. Por esta razón, algunos modelos especiales de condensadores cerámicos de potencia incorporan conductos para refrigeración por agua.

Todas las características eléctricas de los condensadores cerámicos pueden definirse y especificarse mediante un circuito equivalente en serie compuesto por una capacitancia idealizada y componentes eléctricos adicionales, que modelan todas las pérdidas y parámetros inductivos de un condensador. En este circuito equivalente en serie, las características eléctricas de un condensador se definen mediante:

• C , la capacitancia del condensador,
• R _insul , la resistencia de aislamiento del dieléctrico, que no debe confundirse con el aislamiento de la carcasa.
• R _ESR , la resistencia serie equivalente , que resume todas las pérdidas óhmicas del condensador, generalmente se abrevia como "ESR".
• L _ESL , la inductancia serie equivalente , que es la autoinductancia efectiva del condensador, generalmente abreviada como "ESL".

El uso de un circuito equivalente en serie en lugar de un circuito equivalente en paralelo se define en la norma IEC/EN 60384-1.

La "capacitancia nominal" C _R o "capacitancia nominal" C _N es el valor para el cual se ha diseñado el condensador. La capacitancia real depende de la frecuencia de medición y de la temperatura ambiente. Las condiciones estandarizadas para condensadores son un método de medición de CA de bajo voltaje a una temperatura de 20  °C con frecuencias de

• Condensadores cerámicos de clase 1
  • C _R ≤ 100  pF a 1  MHz, voltaje de medición 5  V
  • C _R > 100  pF a 1  kHz, voltaje de medición 5  V
• Condensadores cerámicos de clase 2
  • C _R ≤ 100  pF a 1  MHz, voltaje de medición 1  V
  • 100 pF < C _R ≤ 10  μF a 1  kHz, voltaje de medición 1  V
  • C _R > 10  μF a 100/120  Hz, voltaje de medición 0,5  V

Los condensadores están disponibles en diferentes valores preferidos , que aumentan geométricamente según lo especificado en las normas de la serie E de la norma IEC/EN 60063. De acuerdo con el número de valores por década, estas series se denominaron E3, E6, E12, E24 , etc. Las unidades utilizadas para especificar los valores de los condensadores incluyen desde picofaradios (pF), nanofaradios (nF), microfaradios (μF) y faradios (F).

El porcentaje de desviación permitida de la capacitancia respecto al valor nominal se denomina tolerancia de capacitancia . El valor real de la capacitancia debe estar dentro de los límites de tolerancia; de lo contrario, el condensador no cumple con las especificaciones. Para el marcado abreviado en espacios reducidos, se especifica un código de letra para cada tolerancia en la norma IEC/EN 60062 .

La tolerancia de capacitancia requerida viene determinada por la aplicación específica. Las tolerancias estrechas de E24 a E96 se utilizan para condensadores de clase 1 de alta calidad en circuitos como osciladores y temporizadores de precisión. Para aplicaciones como circuitos de filtrado o acoplamiento no críticos, para condensadores de clase 2, la serie de tolerancias de E12 a E3 es suficiente.

La capacitancia de los condensadores cerámicos varía con la temperatura. Los diferentes dieléctricos de los diversos tipos de condensadores presentan grandes diferencias en su dependencia de la temperatura. El coeficiente de temperatura se expresa en partes por millón (ppm) por grado Celsius para los condensadores cerámicos de clase 1 o en porcentaje (%) en todo el rango de temperatura para los condensadores de clase 2.

La mayoría de los capacitores discretos presentan variaciones de capacitancia mayores o menores al aumentar la frecuencia. La rigidez dieléctrica de los capacitores cerámicos y de película plástica de clase 2 disminuye con el aumento de la frecuencia. Por lo tanto, su capacitancia disminuye con la frecuencia. Este fenómeno está relacionado con la relajación dieléctrica, donde la constante de tiempo de los dipolos eléctricos es la causa de la dependencia de la permitividad con la frecuencia . El gráfico de la derecha muestra el comportamiento típico en función de la frecuencia para capacitores de clase 2 frente a capacitores de clase 1.

La capacitancia de los capacitores cerámicos también puede cambiar con el voltaje aplicado. Este efecto es más frecuente en capacitores cerámicos de clase 2. El material ferroeléctrico depende del voltaje aplicado. ^{[ 48 ] [ 49 ]} Cuanto mayor sea el voltaje aplicado, menor será la permitividad. La capacitancia medida o aplicada con un voltaje más alto puede caer a valores de −80% del valor medido con el voltaje de medición estandarizado de 0,5 o 1,0  V. Este comportamiento es una pequeña fuente de no linealidad en filtros de baja distorsión y otras aplicaciones analógicas. En aplicaciones de audio, esto puede ser la razón de distorsiones armónicas .

• Dependencia de la capacitancia con respecto al voltaje para algunos capacitores cerámicos de clase 2 diferentes.
• 
  Diagrama simplificado de la variación de la capacitancia en función de la tensión aplicada para condensadores de 25 V fabricados con diferentes tipos de materiales cerámicos.
• 
  Diagrama simplificado de la variación de la capacitancia en función de la tensión aplicada para cerámicas X7R con diferentes tensiones nominales.

La dependencia de la capacitancia con respecto al voltaje en los dos diagramas anteriores muestra curvas de capacitores cerámicos con metalización NME. Para capacitores con metalización BME, la dependencia de la capacitancia con respecto al voltaje aumentó significativamente. ^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}

Para la mayoría de los condensadores, normalmente se puede especificar una rigidez dieléctrica o una tensión de ruptura para cada material y espesor dieléctrico. Esto no es posible con los condensadores cerámicos. La tensión de ruptura de una capa dieléctrica cerámica puede variar hasta diez veces, dependiendo del material del electrodo y de las condiciones de sinterización de la cerámica. Se requiere un alto grado de precisión y control de los parámetros del proceso para mantener la dispersión de las propiedades eléctricas de las capas cerámicas ultrafinas actuales dentro de los límites especificados.

La tensión de protección de los condensadores cerámicos se especifica como tensión nominal (UR). Esta es la tensión continua máxima que se puede aplicar al condensador de forma continua hasta el límite superior de temperatura. Esta tensión de protección garantizada se comprueba según las tensiones que se muestran en la tabla adjunta.

Además, en las pruebas periódicas de vida útil (pruebas de resistencia) se comprueba la resistencia a la tensión de los condensadores cerámicos con una tensión de prueba aumentada (del 120 al 150 % de U _R ) para garantizar una construcción segura.

La resistencia de CA dependiente de la frecuencia de un condensador se denomina impedancia.${\displaystyle Z}$La impedancia es una relación compleja entre voltaje y corriente en un circuito de corriente alterna. La impedancia extiende el concepto de la ley de Ohm a los circuitos de corriente alterna y posee magnitud y fase a una frecuencia determinada, a diferencia de la resistencia, que solo tiene magnitud.

La impedancia es una medida de la capacidad de un condensador para permitir el paso de corrientes alternas. En este sentido, la impedancia puede utilizarse como la ley de Ohm.

${\displaystyle Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath }}}={\frac {U_{\mathrm {AC} }}{I_{\mathrm {AC} }}}.}$

para calcular el valor pico o el valor efectivo de la corriente o el voltaje.

Como se muestra en el circuito equivalente en serie de un condensador, el componente del mundo real incluye un condensador ideal.${\displaystyle C}$, una inductancia${\displaystyle L}$y una resistencia${\displaystyle R}$.

Para calcular la impedancia${\displaystyle Z}$La resistencia y luego ambas reactancias deben sumarse geométricamente.

${\displaystyle Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}}$

donde la reactancia capacitiva ( Capacitancia ) es

${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$

y una reactancia inductiva ( inductancia ) es

${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$.

En el caso especial de resonancia , en el que ambas resistencias reactivas tienen el mismo valor (${\displaystyle X_{C}=X_{L}}$), entonces la impedancia solo estará determinada por${\displaystyle {ESR}}$.

Las hojas de datos de los condensadores cerámicos solo especifican la magnitud de la impedancia.${\displaystyle Z}$La curva de impedancia típica muestra que, al aumentar la frecuencia, la impedancia disminuye hasta alcanzar un mínimo. Cuanto menor sea la impedancia, más fácilmente podrán circular las corrientes alternas a través del condensador. En el punto mínimo de la curva, el punto de resonancia, donde X _C tiene el mismo valor que X _L , el condensador presenta su impedancia más baja. En este punto, la impedancia depende únicamente de la resistencia serie equivalente (ESR) óhmica. A frecuencias superiores a la resonancia, la impedancia vuelve a aumentar debido a la inductancia serie equivalente (ESL).

Las pérdidas resumidas en los condensadores cerámicos son pérdidas óhmicas de CA. Las pérdidas de CC se especifican como " corriente de fuga " o "resistencia de aislamiento" y son despreciables para una especificación de CA. Estas pérdidas de CA no son lineales y pueden depender de la frecuencia, la temperatura, la edad y, para algunos tipos especiales, de la humedad. Las pérdidas resultan de dos condiciones físicas,

• pérdidas de línea con resistencias internas de la línea de alimentación, la resistencia de contacto del contacto del electrodo, la resistencia de línea de los electrodos
• las pérdidas dieléctricas de la polarización dieléctrica

La mayor parte de estas pérdidas en condensadores de mayor tamaño suele corresponder a las pérdidas dieléctricas óhmicas dependientes de la frecuencia. Según la norma IEC 60384-1, las pérdidas óhmicas de los condensadores se miden a la misma frecuencia que la capacitancia. Estas son:

• 100  kHz, 1  MHz (preferible) o 10  MHz para condensadores cerámicos con C _R ≤ 1 nF:
• 1  kHz o 10  kHz para condensadores cerámicos con 1 nF < C _R ≤ 10 μF
• 50/60  Hz o 100/120  Hz para condensadores cerámicos con C _R > 10 μF

Los resultados de las pérdidas resistivas resumidas de un condensador pueden especificarse como resistencia serie equivalente (ESR), como factor de disipación (DF, tan δ) o como factor de calidad (Q), según los requisitos de la aplicación.

Los condensadores de clase 2 se especifican principalmente con el factor de disipación, tan δ. El factor de disipación se determina como la tangente de la reactancia.${\displaystyle X_{C}}$–${\displaystyle X_{L}}$y la ESR, y se puede mostrar como el ángulo δ entre los ejes imaginario y de impedancia en el diagrama vectorial anterior, véase el párrafo "Impedancia".

Si la inductancia${\displaystyle ESL}$Si es pequeño, el factor de disipación se puede aproximar como:

${\displaystyle \tan \delta =ESR\cdot \omega C}$

Los condensadores de clase 1 con pérdidas muy bajas se especifican con un factor de disipación y, a menudo, con un factor de calidad (Q). El factor de calidad se define como el recíproco del factor de disipación.

${\displaystyle Q={\frac {1}{\tan \delta }}={\frac {f_{0}}{B}}\ }$

El factor Q representa el efecto de la resistencia eléctrica y caracteriza el ancho de banda de un resonador.${\displaystyle B}$en relación con su centro o frecuencia de resonancia${\displaystyle f_{0}}$Un valor Q elevado es un indicador de la calidad de la resonancia en los circuitos resonantes.

De acuerdo con la norma IEC 60384-8/-21/-9/-22, los condensadores cerámicos no deben exceder los siguientes factores de disipación:

Las pérdidas óhmicas de los condensadores cerámicos dependen de la frecuencia, la temperatura y la tensión. Además, las mediciones de los condensadores de clase 2 varían con el envejecimiento. Los distintos materiales cerámicos presentan pérdidas diferentes en función de la temperatura y la frecuencia de funcionamiento. Las variaciones en los condensadores de clase 1 son de un solo dígito, mientras que en los de clase 2 son mucho mayores.

La resonancia eléctrica se produce en un condensador cerámico a una frecuencia de resonancia particular donde las partes imaginarias de la impedancia y la admitancia del condensador se cancelan entre sí. Esta frecuencia, donde X _C es tan alta como X _L , se denomina frecuencia de autorresonancia y se puede calcular mediante:

${\displaystyle \omega ={\frac {1}{\sqrt {LC}}}}$

donde ω = 2π f , en la que f es la frecuencia de resonancia en Hertz , L es la inductancia en henrios y C es la capacitancia en faradios .

Cuanto menores sean la capacitancia C y la inductancia L, mayor será la frecuencia de resonancia. La frecuencia de autorresonancia es la frecuencia más baja a la que la impedancia alcanza su valor mínimo. Para cualquier aplicación de corriente alterna, la frecuencia de autorresonancia es la frecuencia más alta a la que un condensador puede utilizarse como componente capacitivo. A frecuencias superiores a la de resonancia, la impedancia vuelve a aumentar debido a la inductancia serie equivalente (ESL): el condensador se comporta como un inductor con una inductancia igual a su ESL y una resistencia igual a su resistencia serie equivalente (ESR) a la frecuencia dada.

La inductancia serie equivalente (ESL) en los condensadores industriales se debe principalmente a los terminales y las conexiones internas que unen las placas al exterior. Los condensadores de mayor tamaño tienden a presentar una ESL más elevada que los pequeños, ya que la distancia a las placas es mayor y cada milímetro aumenta la inductancia.

Los condensadores cerámicos, disponibles en rangos de capacitancia muy pequeños (pF y superiores), ya superan sus valores de capacitancia más bajos, adecuados para frecuencias de hasta varios cientos de  MHz (véase la fórmula anterior). Debido a la ausencia de terminales y la proximidad a los electrodos, los chips MLCC presentan una inductancia parásita significativamente menor que los de tipo con terminales de hierro, lo que los hace idóneos para aplicaciones de alta frecuencia. Se logra una mayor reducción de la inductancia parásita al conectar los electrodos en el lado longitudinal del chip en lugar del lateral.

Las frecuencias de autorresonancia de muestra para un conjunto de condensadores cerámicos NP0/C0G y un conjunto de condensadores cerámicos X7R son: ^{[ 54 ]}

Cabe destacar que los condensadores X7R tienen una mejor respuesta en frecuencia que los C0G. Esto tiene sentido, ya que los condensadores de clase 2 son mucho más pequeños que los de clase 1, por lo que deberían tener una inductancia parásita menor.

En los capacitores cerámicos ferroeléctricos de clase 2, la capacitancia disminuye con el tiempo. Este comportamiento se denomina "envejecimiento". El envejecimiento se produce en los dieléctricos ferroeléctricos, donde los dominios de polarización contribuyen a la polarización total. La degradación de los dominios polarizados en el dieléctrico disminuye la permitividad con el tiempo, de modo que la capacitancia de los capacitores cerámicos de clase 2 disminuye a medida que el componente envejece. ^{[ 55 ] [ 56 ]}

El envejecimiento sigue una ley logarítmica. Esta ley define la disminución de la capacitancia como un porcentaje durante una década después del tiempo de recuperación de la soldadura a una temperatura determinada; por ejemplo, en el período de 1 a 10 horas a 20  °C. Dado que la ley es logarítmica, la pérdida porcentual de capacitancia se duplicará entre 1  h y 100  h, se triplicará entre 1  h y 1000  h, y así sucesivamente. Por lo tanto, el envejecimiento es más rápido al principio, y el valor de la capacitancia se estabiliza con el tiempo.

La tasa de envejecimiento de los condensadores de clase 2 depende principalmente de los materiales utilizados. Como regla general, cuanto mayor sea la dependencia de la temperatura de la cerámica, mayor será el porcentaje de envejecimiento. El envejecimiento típico de los condensadores cerámicos X7R es de aproximadamente un 2,5 % por década ^{[ 57 ].} La tasa de envejecimiento de los condensadores cerámicos Z5U es significativamente mayor y puede llegar hasta un 7 % por década.

El proceso de envejecimiento de los condensadores de clase 2 puede revertirse calentando el componente por encima del punto de Curie . ^{[ 2 ]}

Los condensadores de clase 1 no experimentan envejecimiento ferroeléctrico como los de clase 2. Sin embargo, factores ambientales como temperaturas elevadas, alta humedad y estrés mecánico pueden, con el tiempo, provocar una pequeña disminución irreversible de la capacitancia, también conocida como envejecimiento. La variación de la capacitancia para los condensadores de clase 1 con cerámica P  100 y N  470 es inferior al 1%, mientras que para los condensadores con cerámica N  750 a N  1500 es ≤ 2%.

La resistencia del dieléctrico nunca es infinita, lo que genera una corriente de fuga continua que contribuye a la autodescarga. En el caso de los condensadores cerámicos, esta resistencia, colocada en paralelo con el condensador en el circuito equivalente en serie, se denomina resistencia de aislamiento R _ins . La resistencia de aislamiento no debe confundirse con el aislamiento externo frente al entorno.

La tasa de autodescarga con la disminución del voltaje del condensador sigue la fórmula

${\displaystyle u(t)=U_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-t/\tau _{\mathrm {s} }},}$

Con el voltaje CC almacenado${\displaystyle U_{0}}$y la constante de autodescarga

${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }=R_{\mathrm {ins} }\cdot C}$

Eso significa que, después${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }\,}$voltaje del condensador${\displaystyle U_{0}}$Se redujo al 37% de su valor inicial.

La resistencia de aislamiento, expresada en MΩ (10⁶ ^ohmios ), así como la constante de autodescarga en segundos, son parámetros importantes para la calidad del aislamiento dieléctrico. Estos valores de tiempo son relevantes, por ejemplo, cuando se utiliza un condensador como componente de temporización para relés o para almacenar un valor de voltaje, como en circuitos de muestreo y retención o amplificadores operacionales .

De acuerdo con las normas aplicables, los condensadores cerámicos de Clase 1 tienen una R _ins ≥ 10 000  MΩ para condensadores con C _R ≤ 10  nF o τ _s ≥ 100  s para condensadores con C _R > 10  nF. Los condensadores cerámicos de Clase 2 tienen una R _ins ≥ 4000  MΩ para condensadores con C _R ≤ 25  nF o τ _s ≥ 100  s para condensadores con C _R > 25  nF.

La resistencia de aislamiento y, por lo tanto, la tasa de tiempo de autodescarga dependen de la temperatura y disminuyen con el aumento de la temperatura a razón de aproximadamente 1  MΩ por cada 60  °C.

La absorción dieléctrica es el efecto por el cual un condensador, cargado durante mucho tiempo, se descarga solo parcialmente. Si bien un condensador ideal permanece a cero voltios después de la descarga, los condensadores reales desarrollan una pequeña tensión debido a la descarga dipolar retardada, un fenómeno también conocido como relajación dieléctrica , "recolección" o "efecto de batería".

En muchas aplicaciones de condensadores, la absorción dieléctrica no representa un problema, pero en algunas, como integradores de constante de tiempo larga , circuitos de muestreo y retención , convertidores analógico-digitales de condensadores conmutados y filtros de muy baja distorsión , es importante que el condensador no recupere una carga residual tras su descarga completa, por lo que se especifican condensadores con baja absorción. La tensión en los terminales generada por la absorción dieléctrica puede, en algunos casos, causar problemas en el funcionamiento de un circuito electrónico o suponer un riesgo para la seguridad del personal. Para evitar descargas eléctricas, la mayoría de los condensadores de gran tamaño, como los de potencia, se suministran con cables de cortocircuito que se retiran antes de su uso. ^{[ 58 ]}

Todos los condensadores cerámicos de clase 2 que utilizan cerámica ferroeléctrica exhiben piezoelectricidad y tienen un efecto piezoeléctrico llamado microfonía , microfonía o, en aplicaciones de audio, chirrido. ^{[ 59 ]} La microfonía describe el fenómeno por el cual los componentes electrónicos transforman las vibraciones mecánicas en una señal eléctrica que, en muchos casos, es ruido no deseado . ^{[ 60 ]} Los preamplificadores electrónicos sensibles generalmente utilizan condensadores cerámicos y de película de clase 1 para evitar este efecto. ^{[ 60 ]}

En el efecto microfónico inverso, el campo eléctrico variable entre las placas del condensador ejerce una fuerza física, moviéndolas como un altavoz. ^{[ 60 ]} Las cargas de impulso de alta corriente o las corrientes de rizado elevadas pueden generar un sonido acústico audible proveniente del condensador, pero lo descargan y someten a tensión el dieléctrico. ^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]}

Los condensadores cerámicos pueden experimentar cambios en sus parámetros eléctricos debido a la tensión de soldadura. El calor del baño de soldadura, especialmente en los condensadores SMD, puede provocar cambios en la resistencia de contacto entre terminales y electrodos. En el caso de los condensadores cerámicos ferroeléctricos de clase 2, la temperatura de soldadura supera el punto de Curie . Los dominios polarizados en el dieléctrico se revierten y el proceso de envejecimiento de los condensadores cerámicos de clase 2 se reinicia. ^{[ 2 ]}

Por lo tanto, tras la soldadura, es necesario un tiempo de recuperación de aproximadamente 24 horas. Después de la recuperación, algunos parámetros eléctricos, como el valor de la capacitancia, la ESR y las corrientes de fuga, cambian irreversiblemente. Los cambios se sitúan en un rango porcentual bajo, dependiendo del tipo de condensador.

La estandarización de todos los componentes eléctricos y electrónicos y tecnologías relacionadas sigue las reglas dadas por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), ^{[ 64 ]} una organización internacional de estándares no gubernamental y sin fines de lucro . ^{[ 65 ] [ 66 ]}

La definición de las características y el procedimiento de los métodos de prueba para condensadores utilizados en equipos electrónicos se establecen en la especificación genérica:

• IEC 60384-1, Condensadores fijos para uso en equipos electrónicos – Parte 1: Especificación genérica

Las pruebas y los requisitos que deben cumplir los condensadores cerámicos para su uso en equipos electrónicos para su aprobación como tipos estandarizados se establecen en las siguientes especificaciones seccionales:

• IEC 60384-8, Condensadores fijos de dieléctrico cerámico, Clase 1
• IEC 60384-9, Condensadores fijos de dieléctrico cerámico, Clase 2
• IEC 60384-21, Condensadores multicapa de montaje superficial fijo con dieléctrico cerámico, Clase 1
• IEC 60384-22, Condensadores multicapa de montaje superficial fijo con dieléctrico cerámico, Clase 2

Los condensadores cerámicos multicapa se utilizan cada vez más para reemplazar a los condensadores electrolíticos de tantalio y aluminio de baja capacitancia en aplicaciones como fuentes de alimentación conmutadas de derivación o de alta frecuencia , ya que su costo, confiabilidad y tamaño se vuelven competitivos. En muchas aplicaciones, su baja ESR permite el uso de un valor de capacitancia nominal menor. ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]}

Para conocer las características y desventajas de los condensadores cerámicos, consulte el artículo principal Tipos de condensadores#Comparación de tipos.

Si el espacio lo permite, los condensadores cerámicos, al igual que la mayoría de los demás componentes electrónicos, llevan marcas impresas que indican el fabricante, el tipo, sus características eléctricas y térmicas y su fecha de fabricación. En el caso ideal, si son lo suficientemente grandes, el condensador estará marcado con:

• nombre o marca comercial del fabricante;
• designación del tipo del fabricante;
• capacitancia nominal;
• tolerancia en la capacitancia nominal
• Tensión nominal y tipo de alimentación (CA o CC)
• categoría climática o temperatura nominal;
• año y mes (o semana) de fabricación;
• Marcas de certificación de normas de seguridad (para condensadores de supresión de EMI/RFI de seguridad)

Los condensadores más pequeños utilizan una notación abreviada para mostrar toda la información relevante en el espacio limitado. El formato más común es: XYZ J/K/M VOLTS V, donde XYZ representa la capacitancia (calculada como XY × 10 ^Z pF), las letras J, K o M indican la tolerancia (±5%, ±10% y ±20% respectivamente) y VOLTS V representa la tensión de trabajo.

La identificación de los condensadores modernos no cuenta con un código de colores detallado.