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Calculadora de red de capacitores

Calcula la capacitancia equivalente total de capacitores en serie o paralelo, con resultados paso a paso de la suma y los recíprocos. Al instante.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se combinan los capacitores en paralelo?

En paralelo la capacitancia total es la suma directa de los valores individuales, porque el área efectiva de las placas se suma.

¿Cómo se combinan los capacitores en serie?

En serie se suman los recíprocos y la capacitancia total es menor que el capacitor más pequeño, lo opuesto a los resistores.

¿Por qué pondría capacitores en serie en lugar de en paralelo?

Los capacitores en serie reducen la capacitancia total pero reparten la tensión aplicada a lo largo de la cadena, de modo que cada componente solo ve una fracción del total. Esto permite que una pila en serie soporte una tensión mayor que la que cualquier capacitor individual podría por sí solo, razón por la que las redes en serie aparecen en snubbers de alta tensión y en circuitos de marcha de motores. La conexión en paralelo se usa en cambio cuando el objetivo es aumentar la capacitancia total.

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Estimaciones solo con fines informativos.

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Esta calculadora ofrece estimaciones con fines informativos. Los resultados se basan en supuestos y pueden no reflejar resultados reales. Consulta a profesionales calificados en las áreas correspondientes antes de tomar decisiones importantes basadas en estos resultados.

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Cómo funciona esta calculadora

Los capacitores se combinan de forma opuesta a los resistores. En paralelo la capacitancia total es la suma directa de los valores, porque las áreas de las placas se suman efectivamente. En serie se suman los recíprocos y el total es menor que el capacitor más pequeño, porque la misma carga debe pasar por cada capacitor uno a uno.

Cómo usarla

Elige paralelo o serie y luego ingresa al menos dos valores de capacitor en microfaradios. El tercer y el cuarto campo son opcionales y solo se usan cuando proporcionas un valor positivo. La calculadora devuelve la capacitancia equivalente total de la red en microfaradios.

Ejemplo resuelto

Toma un capacitor de 6 µF y otro de 3 µF. En paralelo los valores simplemente se suman: C = 6 + 3 = 9 µF. En serie se suman los recíprocos: 1 ÷ C = 1⁄6 + 1⁄3 = 1⁄6 + 2⁄6 = 3⁄6 = 1⁄2, por lo que C = 2 µF. Observa que el total en serie (2 µF) es menor que el capacitor más pequeño (3 µF), justo como se espera, mientras que el total en paralelo es mayor que cualquiera de los dos.

Serie frente a paralelo

Los capacitores en paralelo almacenan más carga a la misma tensión, por lo que los diseñadores los usan para aumentar la capacitancia. Los capacitores en serie reducen el total pero pueden repartir una tensión mayor a lo largo de la cadena, lo que es útil cuando un solo componente no puede soportar por sí mismo la tensión completa.

Consejos

El paralelo suma; la serie usa recíprocos.
El total en serie queda por debajo del capacitor más pequeño.
Deja vacíos los campos opcionales para una red de dos capacitores.

Serie frente a paralelo: intuición física

Colocar capacitores en paralelo conecta ambos juegos de placas lado a lado. El área efectiva de las placas se duplica con dos capacitores idénticos, y la capacitancia escala directamente con el área, por lo que la capacitancia total simplemente se suma. Piénsalo como un solo capacitor más grande con más espacio para almacenar carga. La energía almacenada en la combinación es E = ½CV², y como la capacitancia aumenta, se almacena más energía a la misma tensión. La tensión nominal de la red es igual a la del capacitor más débil, porque cada componente ve la tensión completa del riel. La capacidad de corriente se suma efectivamente, ya que cada rama lleva su propia corriente.

Colocar capacitores en serie apila las separaciones del dieléctrico. Dos capacitores idénticos en serie actúan como un solo capacitor cuya separación es el doble de ancha, lo que reduce la capacitancia a la mitad. La fórmula 1/C_total = 1/C1 + 1/C2 + ... siempre produce un resultado menor que el capacitor individual más pequeño. La ventaja es que la tensión nominal de la cadena en serie se suma: cada capacitor solo ve una fracción de la tensión total aplicada, por lo que una pila en serie puede soportar rieles de alimentación más altos que cualquier componente por sí solo. Esta es la razón por la que las redes de capacitores en serie aparecen en snubbers de alta tensión y en circuitos de marcha de motores.

Combinaciones de capacitores en circuitos reales

Los rieles de alimentación reales necesitan capacitancia en un amplio rango de frecuencias, y ningún tipo de capacitor maneja bien todo el espectro. Una estrategia común es colocar un gran capacitor electrolítico de masa (100 µF o más) en paralelo con un pequeño capacitor cerámico (100 nF). El electrolítico se encarga del almacenamiento de carga de masa a baja frecuencia y de los grandes escalones de carga; el cerámico, con su baja resistencia serie equivalente y baja inductancia serie equivalente, se encarga del desacoplo de alta frecuencia, donde el electrolítico se vuelve inductivo. Juntos cubren varias décadas de frecuencia.

Para el filtrado de EMI, un capacitor en serie puede bloquear la CC mientras que un capacitor de derivación a tierra deriva el ruido de alta frecuencia. Los bancos de corrección del factor de potencia usan capacitores grandes en paralelo con cargas inductivas de motores para reducir el consumo de corriente reactiva y mejorar la eficiencia.

ESR y ESL

Los capacitores reales no son ideales. Cada capacitor tiene una resistencia serie equivalente (ESR) y una inductancia serie equivalente (ESL). El ESR causa pérdidas de potencia (P = I² × ESR) y limita la rapidez con que un capacitor puede entregar carga. El ESL fija una frecuencia de autorresonancia; por encima de esa frecuencia el componente se comporta más como un inductor que como un capacitor. Los capacitores cerámicos tienen ESR y ESL muy bajos, lo que los convierte en la mejor opción para el bypass de alta frecuencia cerca de los pines de alimentación de los circuitos integrados. Los capacitores electrolíticos tienen ESR y ESL más altos pero ofrecen mucha mayor capacitancia por unidad de volumen, lo que los hace ideales para el almacenamiento de energía de masa. Al seleccionar capacitores para rieles de alimentación, revisa siempre la especificación de ESR y elige componentes de bajo ESR cerca de los reguladores de tensión y los núcleos de los procesadores.

Selección de capacitores y tolerancias

Los capacitores cerámicos están disponibles en varios grados de dieléctrico que afectan la estabilidad y la precisión. Los dieléctricos X5R y X7R ofrecen tolerancias de capacitancia de aproximadamente ±15% pero son lo suficientemente estables para la mayoría de las aplicaciones de bypass y acoplamiento. Los dieléctricos C0G (NP0) tienen un coeficiente de temperatura por debajo de ±30 ppm/°C y mantienen su valor con precisión a lo largo de la temperatura, lo que los convierte en la primera opción para circuitos de temporización, osciladores y filtros de precisión donde importa una capacitancia estable.

Los capacitores electrolíticos normalmente tienen una tolerancia de ±20% y son polarizados: invertir la polaridad puede destruirlos en segundos. Observa siempre las marcas de polaridad y deja un margen adecuado entre la tensión de operación y la tensión nominal. Los capacitores de película (poliéster, polipropileno) ofrecen tolerancias de ±1 a ±5% y envejecen con mucha elegancia, lo que los hace populares para crossovers de audio, redes de temporización y acoplamiento de señal donde se requiere estabilidad a largo plazo.

Un factor crítico pero a menudo pasado por alto en los capacitores cerámicos es la reducción por polarización de CC (DC bias derating). Los cerámicos de alta K (X5R, X7R) pierden una capacitancia significativa cuando se les aplica una tensión continua, a veces el 50% o más a la tensión nominal. El enfoque más seguro es seleccionar un capacitor cerámico con una tensión nominal del doble de la tensión de operación para garantizar que la capacitancia real en el circuito se mantenga cerca del valor nominal.

Modos de fallo comunes

Los capacitores cerámicos pueden fracturarse por choque térmico durante la soldadura si se calientan o enfrían demasiado rápido; el resultado es una grieta latente que puede no aparecer de inmediato pero que con el tiempo causa cortocircuitos intermitentes. Los capacitores electrolíticos fallan cuando operan cerca de su temperatura nominal durante periodos prolongados: el electrolito se evapora, el ESR sube, la capacitancia cae y el capacitor puede acabar venteando gas a través de la válvula de seguridad superior. Los capacitores de película son los más tolerantes: tienden a fallar en circuito abierto en lugar de en cortocircuito y se degradan gradualmente, lo que los hace predecibles para aplicaciones de temporización críticas para la seguridad.