Capacitores ligados em serie - resultante é diferente nos polarizado?

[xformer]

Se em dois testes realizados por duas pessoas diferentes o resultado foi idêntico,
eu me pergunto como um cara, que aparentemente tem bagagem para saber o
que esta dizendo, é diretamente contrariado assim tão facilmente?

Se fosse um cara com pouco conhecimento, como eu, faria mais sentido, mas porque
ele diria algo assim que é contraditório com o conhecimento mais difundido?

Fico com a impressão de que: ou ele esta ficando gagá, ou há mais detalhes no
como este teste deve ser feito.

Porque precisamos ver e saber sob quais condições um experimento e conclusão foram realizados. Dependendo de como o negócio é feito, dá resultados diferentes (vide teste com medidor LCR e teste de transiente RC).

Pra quem quiser entender o que eu fiz e ter um entendimento mais teórico é o seguinte:

Um circuito RC submetido a uma tensão DC, estando o capacitor inicialmente descarregado, faz circular uma corrente pelo resistor que vai carregando o capacitor de forma exponencial (não linear, mais rapidamente no começo e mais lentamente a medida que fica mais carregado).
A tensão sobre o capacitor segue a equação:

Vc = Vcc x (1 - e ^ (-t / RC))

Onde Vc = tensão sobre o capacitor
Vcc = tensão da fonte
e = 2,718281  base dos logaritmos naturais
t = tempo  (em segundos)
R = valor do resistor em série (em ohms)
C = valor do capacitor em série (em farads)

Assim temos o valor da tensão sobre o capacitor em função do tempo (t).

Acontece que o valor de R x C é chamado de constante de tempo da rece RC. A unidade de R x C dá uma unidade de tempo (segundos) porque:
 ohm = volt / ampere = volt / (coulomb por segundo) = V / ( C / s)
e
farad = coulomb por volt  =  C / V

Quando multiplicamos ohm por farad temos: V / (C / s) x C / V = s  

Seguindo a equação, a carga do capacitor sempre vai depender do tempo passado, e da constante de tempo RC.  Usando a fórmula, passado um tempo equivalente a uma constante de tempo RC, teremos que a tensão sobre o capacitor deverá ser de 63% da tensão máxima (da fonte). Com um tempo igual a 2 x RC, a tensão subirá pra 86%, com 3RC teremos 95%, com 4RC 98% e com 5RC chega a 99% praticamente carregado.

Então usei exatamente essa correlação entre o tempo de carga e o valor do capacitor (dado que o R seria constante). Quanto mais tempo pra carregar, maior a capacitância. Se o tempo pra carregar for metade, então o capacitor terá metade da capacitância.
Como a margem era muito grande, não há muita preocupação com precisão na medição do tempo, e era apenas pra verificar a ordem de grandeza dos valores (se ficava na metade ou na mesmo período de tempo).

Esse cálculo é muito importante pra se projetar circuitos com temporização e delays usando redes RC.

Parece que aqui temos ótimos "Caçadores de Mitos" para resolver esses debates.

Sou fã dos Myth Busters, assisto sempre que possível. Eles não duvidam de nada, até comprovar ou não a veracidade do mito.

[Ledod]

 Vamos lá:

 Em DC o comportamento esperado é este dos testes, o gerador irá ver o arranjo como um capacitor apenas, como foi constatado nestes dois testes simples.

 Em AC o que acontece? Hora um capacitor se carrega, hora outro capacitor e o efeito observado é de um capacitor com metade do valor (como o teste do xformer com o capacímetro mostrou).

 Agora vem a questão! Em um estágio que possui um capacitor de acoplamento, não temos apenas tensão DC ou AC, temos tensão AC + DC! Ou seja, o comportamento dinâmico dele será o de um capacitor em DC (pois o outro capacitor nunca iria se carregar, pois estaria sempre conduzindo), que pelos testes, será o valor nominal de apenas um deles.

 A questão é que não é puro e simplesmente o mesmo valor (na verdade os dois efeitos são sobrepostos), deve-se analisar o circuito onde está sendo utilizado este arranjo. Por ex, em um estágio que não há componente DC, ele se comporta como um capacitor de metade do valor nominal (como por ex, em um filtro passivo ou estágio de amp-op com fonte simétrica).

 Deve-se tomar cuidado com respostas que, apesar de corretas, não foram dadas as explicações do fenômeno como um todo, gerando divagações e todo tipo de pensamento. Disto, para virar mito é um passo!!!

 Um abraço,

 Eduardo
 

[xformer]

Não diria que usar esse arranjo no acoplamento seria trivial (apesar de que eu uso capacitores NP na entrada de amplificadores, e por isso meu interesse nesse tópico) pois pelo valor baixo necessário no acoplamento de estágios, dá pra usar de poliéster.   Mas os NPs são muito usados em proteção de tweeters e nos circuitos de crossovers (divisores passivos de frequência) para caixas acústicas. Meu irmão vende sacos desses capacitores NP para o pessoal que instala som automotivo, onde servem de proteção para as altas potências envolvidas, mas acho que os que já são NP são de outra forma de construção. Mas já vi projetos de crossovers usando os caps em série de forma a não ficarem polarizados. Nesse caso é importante observar como será o comportamento da capacitância equivalente (podem não proteger devidamente o falante ou ficar com a frequência de corte em valor errado).

[Ledod]

 Outro teste é criar um filtro RC passa altas com um capacitor eletrolítico NP (e medir a f de corte), mas com duas configurações diferentes:

 1- Tradicional, C conectado ao R e este conectado ao terra.

 2- Polarizar o Capacitor com dois resistores que possuem o valor de 2*R, sendo que um resistor conectado a uma tensão DC qualquer e o outro conectado ao terra.
 Deste modo, analisando em AC a fonte de tensão DC estaria curto circuitada (ou seja, os dois resistores em paralelo terão o valor de R).

 Se a frequência de corte for diferente, então, o valor de efeito do capacitor será diferente!

 Eduardo
 

[Ferro_Velho]

Esperem um pouco.

Eu reli o tópico e parece que há uma confusão aqui.

O texto do Keen diz:

"Normally caps in series are a smaller capacitance than either cap by itself. If you had two 3.3uF polyester caps, then the expected value for two of them in series is 1.65uF. However, electrolytic caps actually conduct in the reverse direction, so two 3.3uF polarized aluminum electrolytic caps act like they each have a diode in parallel with them that conducts when the voltage is backwards for that one cap. So two 3.3uF caps hooked up as series non polar (i.e. negative to negative) look like a single 3.3uF NP cap."

E o experimento do Xformer provou exatamente isso, ou seja, a associação de dois caps em série "normal"
resultaria em um capacitor de mais ou menos a metade da capacitância de um deles.

Já a associação em série "oposta" (negativo com negativo) não só funcionaria como um capacitor bi-polar,
mas também resultaria numa capacitância da metade da soma deles dois, como seria de se esperar numa
associação em paralelo e não em série.

Portanto o teste do Xformer prova o que o R.G. Keen postula.

Ou estou delirando?


Abraço.

[Matec]

Esperem um pouco.


Portanto o teste do Xformer prova o que o R.G. Keen postula.

Ou estou delirando?

É isso mesmo Ferro_Velho, nas últimas 6 ou 7 postagens está sendo provado que o R.G. tem alguma razão. (Pessoalmente acho ele muito enrolado).
Sempre soube que os eletrolíticos têm polaridade por algum motivo, mas nunca havia lido qual era exatamente o comportamento deles com tensão inversa.

Abs

[Ferro_Velho]

No experimento do Xformer o tempo para um único cap
alcançar a tensão foi mais ou menos o mesmo que os dois
caps ligados pelo negativo.

Ou seja, o que ele diz é que dois caps ligados pelo negativo
funcionam como um só, apenas não é mais polarizado.

Na prática, se você necessita de um cap de, digamos, 47uF
bi-polar, você associa dois caps de 47uF (polarizados) pelos
polos negativos e você tem um cap de 47uF bi-polar.


Abraço.

[Matec]

Não creio que deva ser essa a conclusão.
Mas:
"Um capacitor eletrolítico deixa de funcionar como tal quando polarizado inversamente."
Algo assim...

[xformer]

Em AC puro (sem nível DC ou offset), os dois capacitores eletrolíticos associados em série ligados pelos terminais negativos (pra ficar  1 capacitor não polarizado), o valor equivalente será de 1/Ceq = 1/C1 + 1/C2     Se ambos forem iguais, a capacitância equivalente será de metade de 1 capacitor somente

Em DC, os dois capacitores iguais associados dessa forma, se comportarão como se fosse apenas um capacitor de mesmo valor de um dos dois, só que sem polaridade. Não vejo utilidade alguma em se fazer essa associação para uso em DC (dá na mesma usar só um capacitor).

Em AC com nível DC, precisaria fazer o experimento que o Eduardo sugeriu.

[Ferro_Velho]

Então resumindo, até aqui podemos dizer que para DC o postulado
pelo R.G.Keen é verdadeiro.

Certo?

Muito bom, obrigado ao Xformer e ao Eduardo pelos esclarecimentos.

Abraço.

[xformer]

Então resumindo, até aqui podemos dizer que para DC o postulado
pelo R.G.Keen é verdadeiro.
Certo?
Muito bom, obrigado ao Xformer e ao Eduardo pelos esclarecimentos.
Abraço.

Certo, mas sem aplicação prática em DC.  É só desperdício de capacitor (usado a toa).

[Patines]

Em AC puro (sem nível DC ou offset), os dois capacitores eletrolíticos associados em série ligados pelos terminais negativos (pra ficar  1 capacitor não polarizado), o valor equivalente será de 1/Ceq = 1/C1 + 1/C2     Se ambos forem iguais, a capacitância equivalente será de metade de 1 capacitor somente

Em DC, os dois capacitores iguais associados dessa forma, se comportarão como se fosse apenas um capacitor de mesmo valor de um dos dois, só que sem polaridade.

Em AC com nível DC, precisaria fazer o experimento que o Eduardo sugeriu.

Dependendo do nível de tensão aplicado, todos são o mesmo caso!

As conclusões mais óbvias:
1) Em tensões baixas, os eletrolíticos em série se comportam muito parecido a outros capacitores em associação
2) Em tensões(DC) acima da tensão reversa de condução do eletrólito, um dos capacitores em série passa a conduzir, e o conjunto se comporta como um diodo em série com um capacitor.

O seu R.G. Keen tá certo!!

T+ Saúde e amor!

[Ferro_Velho]

Certo, mas sem aplicação prática em DC.  É só desperdício de capacitor (usado a toa).

Eu nem saberia onde usar, mas o que estava me encucando era
desmerecer uma afirmação de um cara com aparentemente
tanta experiência, e já seria a segunda vez se contarmos o assunto
dos resistores de composto de carbono.

Abraço.

[felix]

Botando mais lenha na fogueira, dependendo da orientação dos polos, se juntos pelo negativo ou juntos pelo positivo, também teremos diferenças.

Vimos isso na prática ao montamos o PT-909, quando o LFO não funcionava a contento com uma determinada posição e funcionava muito bem com a outra posição.

Com C113 e C114 como está no esquemático o LFO não funcionava:



Entretanto invertendo eles como no PT-9 o LFO funcionava muito bem:

[xformer]

Bom, a última experiência do dia.

Meu gerador de funções tem como adicionar um offset (nível DC) ao sinal da senóide, então fica mais fácil fazer a experiência.

Ajustei o sinal para 10Vpp sem nível DC.  Liguei a dois capacitores de 1uF ligados pelo negativo e mais um resistor de 1k (isso daria uma frequência de corte de mais ou menos 320Hz = 1 /(2 x pi x 1000 x 0,0000005) ).  A frequência de corte é onde a tensão sobre cada elemento (cap e resistor) são iguais e de valor igual a 70,7% do máximo (ou seja metade da potência e 7Vpp).  Achei mais ou menos 270Hz.   Apenas puxei o botão de offset (já ajustado pra adicionar 5Vdc) e a amplitude do sinal sobre o resistor não se alterou. Ou seja os capacitores se comportam igualmente em AC puro ou AC com offset, dessa forma valendo a regra da metade da capacitância e associação em série de capacitores.

Usando um só capacitor nesse filtro passa altas, a frequência de corte ficou em 125Hz mais ou menos (calculado 160Hz).

Conclusão: usar dois capacitores eletrolíticos de mesmo valor ligados em série pelos terminais negativos, funcionam como se fossem um de metade do valor num circuito AC com ou sem offset, que é a aplicação prática  normalmente usada nos acoplamentos de estágios de áudio.  Ah, sem aparente distorção (olhômetro no osciloscópio).