Les condensateurs simplifiés à la manière Hackaday

Nov 03, 2023

Si vous construisez régulièrement des circuits électroniques, il est probable que vous ayez utilisé des condensateurs plusieurs fois. Ils constituent un composant standard avec la résistance dont les valeurs sont retirées du marché sans arrière-pensée. Nous les utilisons pour le lissage et le découplage de l'alimentation électrique, le blocage du courant continu, les circuits de synchronisation et bien d'autres applications.

Il est préférable de commencer par les bases et de décrire la capacité à partir des premiers principes avant d'examiner les vrais condensateurs. Un condensateur idéal se compose de deux plaques conductrices séparées par un diélectrique non conducteur. Des charges peuvent s'accumuler sur les plaques, mais ne peuvent pas circuler entre elles en raison de la nature isolante du diélectrique. Le condensateur peut donc stocker la charge.

La capacité est mesurée en farads : un condensateur d'un farad maintient une tension d'un volt lorsqu'il détient un coulomb de charge. Un farad est comme tant d'unités SI, de taille plutôt peu pratique, donc en dehors du domaine étroit des supercondensateurs qui dépassent le cadre de cet article, vous êtes plus susceptible de rencontrer des micro, nano ou picofarads. Vous pouvez déduire la capacité d'un condensateur donné à partir de ses dimensions et des propriétés de son diélectrique en utilisant une formule pour laquelle cela vaut probablement la peine de vous envoyer sur Wikipédia si vous êtes intéressé. Vous n'avez pas besoin de le mémoriser, sauf si vous préparez un examen de physique au lycée, mais il cache un point important à retenir. La capacité est proportionnelle à la constante diélectrique εr du diélectrique utilisé, ce qui a donné naissance à une grande variété de condensateurs disponibles dans le commerce utilisant différents matériaux diélectriques pour atteindre des plages de capacité plus élevées ou de meilleures caractéristiques de gestion de tension.

Il y a un problème à utiliser des matériaux diélectriques dans un condensateur, et les caractéristiques souhaitables d'un diélectrique s'accompagnent d'une multitude d'effets secondaires gênants. Tous les condensateurs du monde réel ont une résistance et une inductance parasites internes et, bien que minuscules, ils peuvent parfois avoir un effet sur le fonctionnement du condensateur. Les constantes diélectriques peuvent varier en fonction de la température ou de la tension, de la piézoélectricité ou du bruit. Différents types de condensateurs peuvent avoir des modes de défaillance alarmants ou même simplement être extrêmement coûteux. Nous arrivons donc à la partie principale de cet article, la section dans laquelle nous vous présenterons certains des types de condensateurs que vous pourriez rencontrer et vous présenterons leurs différentes propriétés, bonnes et mauvaises. Nous ne prétendrons pas couvrir toutes les technologies de condensateurs possibles, mais nous passerons en revue les technologies de condensateurs courantes et examinerons tous les sous-types que vous pourriez trouver.

Les condensateurs électrolytiques pratiques ont leurs plaques sous la forme d'un sandwich en feuille d'aluminium enroulé dans un cylindre et logé dans une boîte en aluminium. Ils auront une tension de fonctionnement indiquée qui dépend de la profondeur de la couche anodisée.

Les condensateurs électrolytiques ont la capacité la plus élevée parmi les types que vous rencontrerez en utilisation normale, allant d'environ 0,1 à plusieurs milliers de µF. En raison de cette cellule électrochimique étroitement enroulée, ils ont une inductance série équivalente élevée, ils ne conviennent donc pas à une utilisation à hautes fréquences. Vous les trouverez généralement utilisés pour le lissage et le découplage de l’alimentation, ainsi que pour le couplage aux fréquences audio.

Les condensateurs au tantale sont disponibles avec des valeurs allant d'environ 0,1 à plusieurs centaines de µF. Ils ont une résistance aux fuites bien inférieure et une résistance en série équivalente à celle de leurs homologues en aluminium. Vous les trouverez donc dans les domaines des tests et mesures, de l'audio haut de gamme et dans d'autres applications où ces propriétés sont avantageuses.

Les condensateurs au tantale ont un mode de défaillance à surveiller, ils ont la réputation de prendre feu. L'oxyde de tantale amorphe est un bon diélectrique, tandis que la forme cristalline de l'oxyde de tantale est un bon conducteur. Un mauvais traitement d'un condensateur au tantale, par exemple en lui appliquant trop de courant d'appel, peut faire passer le diélectrique d'une forme à une autre, provoquant une énorme augmentation du courant à travers le condensateur. Heureusement, toutes les nouvelles ne sont pas mauvaises, leur réputation en matière d'incendie vient d'une génération beaucoup plus ancienne de condensateurs au tantale, et les techniques de fabrication améliorées ont permis d'obtenir un produit beaucoup plus fiable.