Como Funcionam - Os capacitores variáveis (ART4657)

Um componente eletrônico importante para muitas aplicações é o capacitor variável. Apresentando em diversas formas, dependendo da época, no entanto eles não mudaram o princípio de funcionamento desde sua criação, no início da eletrônica, no século passado. Neste artigo tratamos do funcionamento desse componente e damos algumas informações importantes para quem os utiliza.

O princípio de funcionamento dos capacitores fixos comuns é bem conhecido de todos que estudam eletrônica. Duas placas ou armaduras condutoras são montadas de modo a ter entre elas um isolante, denominado dielétrico, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – O capacitor fixo tradicional.
Figura 1 – O capacitor fixo tradicional.

 

A capacitância obtida dependerá da área das armaduras, da natureza (material) do dielétrico e também da sua espessura que dará a separação das armaduras.

Assim, numa estrutura como essa temos uma capacitância fixa que é determinada pelos fatores analisados.

É claro que podemos ter outras formas de montar o capacitor. As armaduras e o dielétrico não precisam ser planos, como no caso do capacitor que vimos, denominado “capacitor plano”. Eles podem ser montados com materiais flexíveis e enrolados, como nos capacitores tubulares, mostrados na figura 2.

 

Figura 2 – Capacitores tubulares
Figura 2 – Capacitores tubulares

 

Podemos até ter o empilhamento das estruturas planas que teriam suas capacitâncias somadas, como nos capacitores modernos MLCC (Multi Layer Ceramic Capacitor ou Capacitor Cerâmico multicamadas), mostrado na figura 3.

 

Figura 3 – Os capacitores MLCC
Figura 3 – Os capacitores MLCC

 

No entanto, existe aplicações em que se necessita variar a capacitância de um capacitor. Por exemplo, num circuito sintonizado em que temos uma bobina e um capacitor em paralelo, conforme mostra a figura 4, é muito mais simples mudar a capacitância do que a indutância, se quisermos mudar a sua frequência de ressonância.

 

Figura 4 – O circuito sintonizado
Figura 4 – O circuito sintonizado

 

Desta forma, uma aplicação importante para um capacitor que possa variar sua capacitância seria num circuito de sintonia como o mostrado e isso tem sido a principal aplicação desse tipo de componente.

Como obter um componente desse tipo? Um capacitor que através de uma ação externa possa mudar a capacitância que apresenta?

Podemos obter um componente desse tipo de diversas formas. Podemos mudar a distância que separa as placas. Podemos movimentar um dielétrico entre duas placas ou ainda podemos movimentar as placas de modo que a área efetiva mude.

Esta última técnica é a que vamos analisar, por ser a mais utilizada na maioria dos capacitores variáveis que usamos hoje.

Conforme mostra a figura 5, a capacitância que obtemos de duas placas separadas de uma certa distância fixa depende da superfície segundo a qual elas se defrontam. Denominamos de área efetiva ou superfície efetiva (overlap).

Assim se deslocarmos uma das placas lateralmente, mantendo a distância, a superfície efetiva se altera, diminuindo a medida que ela diminui e assim, mudamos a capacitância apresentada.

 

Figura 5 – Área ou superfície efetiva
Figura 5 – Área ou superfície efetiva

 

 

Na prática, uma maneira de se conseguir um arranjo eficiente para este tipo de componente, consiste em se ter uma ou mais placas fixas e uma ou mais placas móveis.

Veja que é muito importante termos formatos de placas que, ao se girar possam variar linearmente a capacitância apresentada. O motivo, é que a frequência de ressonância de um circuito LC precisa variar de forma a se obter uma cobertura de frequências que seja fácil de se prever.

Lembramos que a frequência de ressonância do circuito LC é dada por:

Assim, num circuito de sintonia de 550 a 1600 kHz temos uma variação não linear da frequência, com maior separação no extremo inferior e menor separação no extremo superior, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Escala de AM
Figura 6 – Escala de AM

 

Isso se deve à geometria dos capacitores variáveis usados.

Na figura 7 mostramos então uma maneira tradicional de se construir esse tipo de capacitor, como encontramos nos rádios antigos.

 

Figura 7 – Montagem do conjunto de placas fixas e placas móveis
Figura 7 – Montagem do conjunto de placas fixas e placas móveis

 

Neste tipo de montagem temos então um conjunto de placas fixas e um conjunto de placas que se movem, penetrando (sem encostar) no conjunto de placas fixas. Na figura 8 temos o funcionamento do capacitor na posição de capacitância mínima (a), capacitância intermediária (b) e capacitância máxima (c).

 

Figura 8 – A faixa de capacitâncias
Figura 8 – A faixa de capacitâncias

 

Encontramos então em muitos equipamentos antigos, pincipalmente valvulados, capacitores variáveis denominados “de uma seção” que têm o símbolo e aspecto mostrados na figura 9.

 

Figura 9 – O capacitor variável simples
Figura 9 – O capacitor variável simples

 

As capacitâncias típicas desses capacitores variavam entre algumas dezenas de picofarads até 410 pF que era um valor padronizado para rádios AM.

Eles eram especificados pela capacitância máxima, ou seja, “todo fechado”. A capacitância mínima não era zero, pois sempre existe uma capacitância residual quando estão abertos.

A separação entre as placas era um fator importante a ser considerado no uso desse tipo de componente.

Os circuitos valvulados trabalhavam com tensões elevadas. Placas muito próximas significava a possibilidade de saltarem faíscas. Assim, para circuitos de alta tensão, como transmissores, havia a possibilidade de se obter capacitores de alta tensão com separação maior entre as placas, conforme mostra a figura 10.

 

Figura 10 – Variável de alta tensão para transmissores
Figura 10 – Variável de alta tensão para transmissores

 

Indo além, nos receptores de rádio encontrávamos eventualmente dois ou mais circuitos ressonantes que deveriam trabalhar em conjunto, ou seja, suas frequências deveriam ser variadas simultaneamente. Isso ocorria em receptor com etapas diretas sintonizadas e receptores super-heteródinos.

Para estes aparelhos havia o capacitor variável de sintonia duplo ou triplo, conforme mostra a figura 11.

 

Figura 11 – Duplo ou triplo
Figura 11 – Duplo ou triplo

 

Ainda hoje você pode obter este tipo de capacitor e usá-lo em seus projetos, é claro, tendo o cuidado de testá-los.

Conforme podemos ver pela figura, existe um terminal comum a todas as três seções que está ligado a carcaça e com isso fazendo contato com o eixo e as placas móveis.

Este pode ser considerado o terra do componente. Veja o terminal em A na figura 9. Por outro lado, cada terminal B está ligado a uma seção.

Para testar, basta usar o multímetro numa escala baixa de resistências. Ligue uma ponta em A e outra no B de cada seção que deve ser testada.

Girando-se o eixo do variável, a resistência deve ser infinita em todo o percurso. Se houver um salto da agulha do multímetro (analógico) indicando zero em algum ponto é porque existe curto-circuito, conforme mostra a figura 12.

 

Figura 12 - Teste
Figura 12 - Teste

 

Isso pode significar uma placa torta, algum resíduo de metal entre elas ou ainda um desalinhamento. Os variáveis possuem um parafuso de alinhamento das placas, conforme mostra a figura 13.

 

Figura 13 – Alinhamento das placas
Figura 13 – Alinhamento das placas

 

Makers habilidosos conseguem, não apenas desentortar as placas, como também retirar placas com cuidado, mudando a capacitância desse componente.

Atualmente os capacitores variáveis mecânicos têm uma construção compacta com placas plásticas em diversas configurações, como os usados em rádios transistorizados e outras aplicações, mostrados na figura 14.

 

Figura 14 – tipos modernos
Figura 14 – tipos modernos

 

O princípio de funcionamento é o mesmo. No tipo mostrado na figura temos o terminal B comum e os terminais A e C para dois conjuntos de placas. Podemos ter tipos quádruplos para receptores AM e FM , por exemplo com 4 conjuntos de placas e 6 terminais, conforme mostra a figura 15.

 

Figura 15 – Variável quádruplo
Figura 15 – Variável quádruplo

 

Para estes variáveis devemos considerar que a capacitância dos variáveis de um lado (AM) são maiores do que a do outro lado (FM). Um modo de se saber qual é cada um é usando um capacímetro.

Nota: como testar os capacitores variáveis é explicado no artigo INS664.

E, para aplicações recentes temos a considerar os variáveis de estado sólido ou varicaps que explicamos no artigo ART126 e ART2254.

 

 


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