Un condensador variable es un condensador cuya capacidad puede modificarse de forma intencionada y repetida de forma mecánica o electrónica. Los condensadores variables se utilizan a menudo en circuitos L/C para establecer la frecuencia de resonancia, por ejemplo, para sintonizar una radio (por lo que a veces se los denomina condensadores de sintonización o condensadores de sintonización ), o como reactancia variable , por ejemplo, para la adaptación de impedancias en sintonizadores de antena .
En los capacitores variables controlados mecánicamente, se puede cambiar la distancia entre las placas, o la cantidad de área de superficie de las placas que se superponen.
La forma más común organiza un grupo de placas metálicas semicirculares sobre un eje rotatorio (" rotor ") que se colocan en los huecos entre un conjunto de placas estacionarias (" estator ") de modo que el área de superposición se puede cambiar al girar el eje. Se pueden utilizar láminas de aire o plástico como material dieléctrico . Al elegir la forma de las placas rotatorias, se pueden crear varias funciones de capacitancia frente a ángulo, por ejemplo, para obtener una escala de frecuencia lineal. A menudo se utilizan varias formas de mecanismos de engranajes reductores para lograr un control de ajuste más fino, es decir, para distribuir la variación de capacidad en un ángulo mayor, a menudo varias vueltas. La capacitancia máxima se logra cuando las placas están "engranadas" entre sí, es decir, están entrelazadas. La capacitancia mínima se logra cuando las placas están "desengranadas", es decir, no están entrelazadas.
Un condensador variable de vacío utiliza un conjunto de placas hechas de cilindros concéntricos que se pueden deslizar dentro o fuera de un conjunto opuesto de cilindros [1] (manguito y émbolo). Luego, estas placas se sellan dentro de una envoltura no conductora, como vidrio o cerámica, y se colocan bajo un alto vacío . La parte móvil (émbolo) está montada sobre una membrana metálica flexible que sella y mantiene el vacío. Un eje de tornillo está unido al émbolo; cuando se gira el eje, el émbolo se mueve dentro o fuera del manguito y el valor del condensador cambia. El vacío no solo aumenta el voltaje de trabajo y la capacidad de manejo de corriente del condensador , sino que también reduce en gran medida la posibilidad de arco a través de las placas. El uso más común de las variables de vacío es en transmisores de alta potencia, como los que se utilizan para radiodifusión , radio militar y amateur , así como redes de sintonización de RF de alta potencia . Las variables de vacío también pueden ser más convenientes; Como los elementos están al vacío, el voltaje de trabajo puede ser mayor que una variable de aire del mismo tamaño, lo que permite reducir el tamaño del capacitor de vacío.
Los condensadores variables muy económicos se construyen a partir de láminas de aluminio y plástico en capas que se presionan de forma variable entre sí mediante un tornillo. Sin embargo, estos denominados exprimidores no pueden proporcionar una capacitancia estable y reproducible. También se utiliza una variante de esta estructura que permite el movimiento lineal de un conjunto de placas para cambiar el área de superposición de las placas y que podría denominarse deslizador . Esto tiene ventajas prácticas para la construcción improvisada o casera y se puede encontrar en antenas de bucle resonante o radios de cristal.
Los condensadores variables pequeños que se accionan con un destornillador (por ejemplo, para fijar con precisión una frecuencia de resonancia en la fábrica y luego no volver a ajustarse nunca más) se denominan condensadores de ajuste . Además de aire y plástico, los condensadores de ajuste también se pueden fabricar con un dieléctrico sólido, como la mica .
Muy a menudo, se disponen varias secciones de estator/rotor una detrás de otra en el mismo eje, lo que permite ajustar varios circuitos sintonizados utilizando el mismo control, por ejemplo, un preselector, un filtro de entrada y el oscilador correspondiente en un circuito receptor. Las secciones pueden tener capacidades nominales idénticas o diferentes, por ejemplo, 2 × 330 pF para el filtro AM y el oscilador, más 3 × 45 pF para dos filtros y un oscilador en la sección FM del mismo receptor. Los condensadores con varias secciones a menudo incluyen condensadores de ajuste en paralelo a las secciones variables, que se utilizan para ajustar todos los circuitos sintonizados a la misma frecuencia.
Un condensador de mariposa es una forma de condensador variable rotatorio con dos conjuntos independientes de placas de estator opuestas entre sí y un rotor en forma de mariposa dispuesto de manera que al girar el rotor varíen las capacitancias entre el rotor y cualquiera de los estatores por igual.
Los condensadores de mariposa se utilizan en circuitos sintonizados simétricamente, por ejemplo, etapas de amplificadores de potencia de RF en configuración push-pull o sintonizadores de antena simétricos donde el rotor debe estar "frío", es decir, conectado al potencial de tierra de RF (pero no necesariamente de CC ) . Dado que la corriente de RF pico normalmente fluye de un estator al otro sin pasar por contactos de limpiaparabrisas, los condensadores de mariposa pueden manejar grandes corrientes de RF de resonancia, por ejemplo, en antenas de bucle magnético .
En un capacitor mariposa, los estatores y cada mitad del rotor solo pueden cubrir un ángulo máximo de 90° ya que debe haber una posición sin superposición rotor/estator correspondiente a la capacidad mínima, por lo tanto un giro de solo 90° cubre todo el rango de capacitancia.
El condensador variable de estator dividido, estrechamente relacionado con el anterior , no tiene la limitación del ángulo de 90°, ya que utiliza dos paquetes separados de electrodos de rotor dispuestos axialmente uno detrás del otro. A diferencia de un condensador con varias secciones, las placas del rotor en un condensador de estator dividido están montadas en lados opuestos del eje del rotor. Si bien el condensador de estator dividido se beneficia de electrodos más grandes en comparación con el condensador de mariposa, así como de un ángulo de rotación de hasta 180°, la separación de las placas del rotor genera algunas pérdidas, ya que la corriente de RF tiene que pasar por el eje del rotor en lugar de fluir directamente a través de cada álabes del rotor.
Los condensadores variables diferenciales también tienen dos estatores independientes, pero a diferencia del condensador de mariposa, donde las capacidades de ambos lados aumentan por igual a medida que gira el rotor, en un condensador variable diferencial la capacidad de una sección aumentará mientras que la de la otra sección disminuirá, manteniendo constante la suma de las dos capacitancias del estator. Por lo tanto, los condensadores variables diferenciales se pueden utilizar en circuitos potenciométricos capacitivos.
El condensador variable con dieléctrico de aire fue inventado por el ingeniero húngaro Dezső Korda , que obtuvo una patente alemana por su invención el 13 de diciembre de 1893. [1]
El espesor de la capa de agotamiento de un diodo semiconductor con polarización inversa varía con el voltaje de CC aplicado a través del diodo. Cualquier diodo exhibe este efecto (incluidas las uniones p/n en transistores), pero los dispositivos que se venden específicamente como diodos de capacitancia variable (también llamados varactores o varicaps ) están diseñados con un área de unión grande y un perfil de dopaje diseñado específicamente para maximizar la capacitancia.
Su uso está limitado a amplitudes de señal bajas para evitar distorsiones obvias ya que la capacitancia se vería afectada por el cambio de voltaje de la señal, lo que impide su uso en las etapas de entrada de receptores de comunicaciones RF de alta calidad, donde agregarían niveles inaceptables de intermodulación . En frecuencias VHF / UHF , por ejemplo, en sintonizadores de radio FM o TV, el rango dinámico está limitado por el ruido en lugar de los requisitos de manejo de grandes señales, y los varicaps se usan comúnmente en la ruta de la señal.
Los varicaps se utilizan para la modulación de frecuencia de osciladores y para crear osciladores controlados por voltaje (VCO) de alta frecuencia , el componente principal de los sintetizadores de frecuencia de bucle de enganche de fase (PLL) que son omnipresentes en los equipos de comunicaciones modernos.
Los dispositivos BST se basan en titanato de bario y estroncio y varían la capacitancia al aplicar alto voltaje al dispositivo. Tienen una entrada de control analógica dedicada y, por lo tanto, introducen menos no linealidades que los diodos varactores, especialmente para voltajes de señal más altos. Las limitaciones de los BST son la estabilidad con respecto a la temperatura y la linealidad en aplicaciones exigentes.
Un condensador sintonizado digitalmente es un condensador variable de circuito integrado basado en varias tecnologías. Los dispositivos MEMS , BST y SOI / SOS están disponibles en varios proveedores y varían en rango de capacitancia, factor de calidad y resolución para diferentes aplicaciones de sintonización de RF.
Los dispositivos MEMS tienen el factor de calidad más alto y son altamente lineales, por lo que son adecuados para la sintonización de apertura de antena, adaptación de impedancia dinámica, adaptación de carga de amplificadores de potencia y filtros ajustables. Los MEMS de sintonización de RF son todavía una tecnología relativamente nueva y aún no han sido ampliamente aceptados.
Los dispositivos de sintonización SOI/SOS están construidos como interruptores FET de estado sólido construidos sobre obleas CMOS aisladas y utilizan condensadores MIM dispuestos en valores ponderados en binario para lograr diferentes valores de capacitancia. Los interruptores SOI/SOS tienen una alta linealidad y son adecuados para aplicaciones de baja potencia donde no hay altos voltajes. La resistencia a altos voltajes requiere múltiples dispositivos FET en serie, lo que agrega resistencia en serie y reduce el factor de calidad.
Los valores de capacitancia están diseñados para la adaptación de la impedancia de la antena en teléfonos celulares LTE GSM /WCDMA multibanda y receptores de TV móvil que operan en amplios rangos de frecuencia, como los sistemas de TV móvil DVB-H europeo y ISDB-T japonés . [2]
A veces se utiliza la capacitancia variable para convertir fenómenos físicos en señales eléctricas.
