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Les condensateurs en schéma

Généralités

Un condensateur est un composant électrique capable d’emmagasiner de l’énergie électrique et de la restituer lors de la décharge.
Il est composé de deux plaques métalliques appelées armatures placées en regard l’une de l’autre et séparées par un isolant d’épaisseur variable appelée diélectrique.

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Lorsqu’on applique entre les armatures d’un condensateur une tension U, il y’a accumulation de deux charges opposées +Q et -Q.
Dans tout condensateur, le rapport C=Q/U est constant quelques soit la valeur de Q et de U. Ce rapport s’appelle la capacité d’un condensateur. Plus cette capacité est grande plus l’énergie emmagasinée à une tension donnée est grande. C: en farad (F)
Q: en coulomb (c)
U: en volt (V)
La capacité put aussi s’exprimer par la relation:

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L’énergie emmagasinée par un condensateur est donnée par la relation W=½CU2
W: en J ; C en F ; U e n V.


Terminologie des condensateurs

Capacité nominale

C’est la capacité pour laquelle le condensateur a été fabriqué, ces valeurs sont généralement prises dans la série E12. LA valeur de la capacité peut être:

  • Soit marquée en clair sur le composant (condensateurs électrique et céramique)
  • Soit en code de couleur
  • Soit en code de lettre et de chiffre. On va distinguer 3 cas.
    • La valeur de la capacité nominale est représentée par 3 chiffres. Les deux premiers chiffres sont les chiffres significatifs et le troisième est le multiplicateur. L’unité est le pico farad.
    • La valeur de la capacité nominale est représentée par deux chiffres et une lettre ou un symbole. Ici les symboles sont (P, n, µ)
    • La valeur de la capacité est représentée par un nombre décimal. Ce nombre est représenté de la capacité en micro farad.

La tolérance

Voici le code de tolérance des condensateurs:

ToléranceSérie
ValeurCode 
1%FE96
2%GE48
5%JE24
10%KE12
20%ME6
0,1%B 
0,25%C 
0,5%DE192
30%N 

Tension nominale UN

Elle est encore appelée la tension de service du condensateur. C’est la valeur de tension continue ou alternative efficace à ne pas dépasser aux bornes d’un condensateur en service continu. Les tensions nominales généralement utilisées sont les suivantes: 10; 16; 25; 40; 63V ainsi que les multiples de « 10 » et sous multiples.

Résistance d’isolement

Un condensateur réel est équivalent au schéma suivant:

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Ri: Résistance d’isolement. Limite l’emploi au-dessous d’une certaine fréquence (courant de fuite importante).
Rp: Résistance de perte: Limite l’emploi au-dessus d’une certaine fréquence.
En continu un condensateur peut être utilisé comme:

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La résistance d’isolement est le rapport de la tension sur le courant de fuite Ri=U/If. Elle est très élevée de l’ordre de 108 à 1015ohm. Elle est liée aux matériaux utilisés.

Tangente de l’angle de perte

En régime alternatif sinusoïdal un condensateur C est assimilé à un condensateur parfois d’impédance 1/jcω en série avec une résistance Rp dite perte.
Il existe alors un déphasage entre la tension U et le courant I du fait de la fréquence de deux éléments.

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Un condensateur est de bonne qualité quand Rp est très faible devant 1/cω une valeur de quelques degrés. Les constructeurs fournissent des abaques donnant l’angle de perte en fonction de la fréquence et de la température.

Influence de la température

Tous les paramètres précédents varient avec la température. Lorsque T augmente CN augmente UN diminue Ri augmente.

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Rigidité du diélectrique

Elle détermine la tension de claquage du condensateur pour laquelle un isolant (diélectrique) perd ses propriétés et devient conducteur. Elle se mesure généralement en KV/Cm.

Remarque: Les caractéristiques de choix d’un condensateur sont:

  • Sa capacité nominale
  • Sa tension de service
  • Sa tolérance
  • La plage de fréquence d’utilisation
  • Le diélectrique

Technologie des condensateurs

On distingue les condensateurs par la nature de leur diélectrique (isolant) qui peut être au mica, on parlera du condensateur au mica, qui peut être céramique, au papier, film plastique, électrolytique.

Condensateur électrolytique

Les condensateurs électrolytiques ou polarisés sont très utilisés dans les alimentations continues comme condensateurs réservoirs (condensateur de charge et de décharge d’une tension unidirectionnelle) son symbole est le suivant:

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Les condensateurs électrolytiques les plus utilisés sont de deux types:

  • Les condensateurs au tantale
  • Et les condensateurs en aluminium

Un condensateur électrolytique possède une armature positive (Anode) et sur laquelle s’est déposée une mince couche d’oxyde du même métal par électrolyse qui forme le diélectrique. La cathode est généralement constituée de l’électrolyte.

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Condensateur électrolytique en aluminium

Constitution: L’armature positive (anode) est constituée d’une bande d’aluminium de quelques micros mètres d’épaisseur. L’armature négative est constituée par l’électrolyte (tétraborate d’aluminium). Le diélectrique est une mince couche d’oxyde d’aluminium (alumine) déposée sur l’anode par électrolyse. La permittivité relative est égale à 9. La protection est assurée par un boîtier étanche en aluminium, recouvert d’un film plastique.

Propriété:

  • C’est un élément polarisé
  • La capacité nominale varie de 1µ à près de 10000µF

La tolérance est généralement de 10% et 20%

  • La rigidité diélectrique 1000V/µm
  • La tension nominale varie de 2,5V à 1000V
  • La tangente de l’angle de perte est de 10-1
  • L’influence de la fréquence inférieure à 1KHz
  • La plage de température de 40°C à 85°C
  • Ces condensateurs sont employés sous des fréquences en basse fréquence

Condensateur au tantale

  • Constitution: L’anode est constituée par une bande de tantale de faible épaisseur 10µm.
  • La cathode est constituée par l’électrolyte et par le boîtier métallique en argent.
  • Le diélectrique est une couche d’oxyde de tantale. Ici la permittivité relative égal à 11
  • La protection est assurée par un verni.

Propriété:

  • Capacité nominale de 0,2µF à 4500µF
  • La tolérance ±10%; ±20%
  • Rigidité diélectrique 500V/m
  • UN de 6V à 150V
  • Tangente de l’angle de perte 10-2
  • Influence de la fréquence inférieure à 1KHz
  • Influence de la température de -55°C à 150°C

Ces condensateurs ont un volume plus important en aluminium, ils sont utilisés pour le filtrage et le découpage en basse fréquence

Remarque: Les condensateurs électrolytiques n’étant pas adaptés en haute fréquence pour filtrer les tensions continues en haute fréquence. On utilise le schéma suivant:

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1 décembre 2021
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