Un certain nombre de composants passifs sont nécessaires au bon fonctionnement des appareils électroniques, dont les condensateurs.
Les condensateurs jouent un rôle clé dans le stockage et la libération de l’énergie électrique, remplissant diverses fonctions dans les circuits électroniques. Que vous soyez un professionnel chevronné ou un passionné d’électronique, il est essentiel de comprendre les fonctions de base, les différents types et les diverses applications des condensateurs. L’évolution des technologies et la popularité croissante des appareils électroniques entraînent une augmentation constante de la demande de condensateurs. Les prévisions indiquent que le marché des condensateurs connaîtra une croissance significative jusqu’en 2028, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6,1 %, pour une valeur de 31,7 milliards de dollars.
Dans cet article, nous décrivons les spécificités des condensateurs, en examinant de plus près leur composition, leurs types, leurs nombreuses applications et l’importance de choisir le bon condensateur pour vos besoins spécifiques. Si vous commencez à vous intéresser aux condensateurs ou si vous souhaitez rafraîchir vos connaissances, vous êtes au bon endroit.
Qu’est-ce qu’un condensateur ?
La fonction de base d’un condensateur est de stocker de l’énergie dans un champ électrique. Les condensateurs stockent l’énergie et la restituent en cas de besoin, contrairement aux résistances qui limitent le flux de courant. Un condensateur est constitué de deux plaques conductrices, séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. Les plaques sont généralement fabriquées à partir de matériaux tels que l’aluminium et le cuivre, et le diélectrique peut être fabriqué à partir de matériaux tels que la céramique, le plastique et le papier. Les condensateurs peuvent varier en termes de tension, de taille et de capacité en farads (F) Cependant, la structure de base du condensateur est toujours la même :
- Électrodes – deux plaques conductrices qui emmagasinent l’énergie.
- Diélectrique – détermine la capacité et la rigidité diélectrique du condensateur.
- Fils – les fils métalliques ou les broches qui relient le condensateur au circuit.
Comment fonctionne un condensateur ?
Lorsqu’un condensateur est connecté à une source de tension, comme une alimentation électrique ou une batterie, il provoque une différence de tension entre les plaques, créant ainsi un champ électrique. Comment cela se produit-il ?
Les électrons d’un conducteur connecté au pôle négatif d’une source de tension sont repoussés et se dirigent vers l’une des plaques conductrices, lui conférant ainsi une charge négative. Dans le même temps, les électrons du pôle positif passent sur l’autre plaque du condensateur, ce qui lui confère une charge positive. La différence de tension qui en résulte crée un champ électrique entre les deux plaques.
Un diélectrique est un isolant qui joue un rôle important dans le maintien du champ électrique entre les plaques. Il empêche le contact électrique direct entre les deux plaques, ce qui permet de stocker l’énergie. La quantité d’énergie pouvant être stockée dépend du matériau diélectrique utilisé et de ses propriétés. Lorsque l’énergie du condensateur est requise, celui-ci doit être déconnecté de la source de tension et un circuit fermé doit être créé. Lorsqu’un condensateur chargé est déconnecté de sa source de tension, l’énergie stockée reste dans le champ et peut fournir de l’énergie au circuit connecté.
Types de condensateurs
Les condensateurs ont une capacité fixe ou variable. Ils peuvent être constitués de différents matériaux et se présenter sous différentes formes et tailles, en fonction de l’application à laquelle ils sont destinés. Voici quelques-uns des types de condensateurs les plus courants.
Condensateurs céramiques
Il existe de nombreux types de condensateurs céramiques sur le marché. Un condensateur céramique multicouche (MLCC) est l’un des plus populaires et peut être utilisé dans une variété d’applications différentes, telles que le couplage et le découplage ou le filtrage. Un autre type de condensateur céramique est le condensateur à disque céramique, qui fonctionne bien dans les applications à haute fréquence et à haute tension.
Condensateurs électrolytiques
Les condensateurs électrolytiques en aluminium sont couramment utilisés dans les applications où une grande capacité est souhaitée. Ils sont souvent utilisés pour atténuer l’ondulation de la tension dans les circuits d’alimentation et sont également idéaux pour le couplage et le découplage. Les condensateurs électrolytiques au tantale sont un type de condensateur électrolytique fabriqué à partir du métal tantale. Ils sont parfaits pour les circuits où la précision et les performances à long terme sont essentielles.
Condensateurs à film
Les condensateurs à film utilisent un très fin morceau de plastique comme diélectrique, qui peut être métallisé ou laissé tel quel, selon les besoins du condensateur. Il existe plusieurs types de condensateurs à film, notamment les condensateurs à film polyester et les condensateurs à film polypropylène. Les condensateurs à film polyester sont idéaux pour les applications qui requièrent une précision modérée, comme les circuits de synchronisation. Les condensateurs à film polypropylène ont une grande stabilité et de faibles pertes diélectriques, ce qui en fait l’option parfaite pour les applications à haute performance, telles que l’équipement audio.
Condensateurs ajustables
Les condensateurs ajustables sont des composants réglables utilisés pour l’étalonnage initial de l’équipement et le réétalonnage, le cas échéant. Ils sont utilisés pour définir les valeurs initiales de l’oscillateur, les latences et les temps de montée et de descente, mais si ces valeurs dérivent, ils peuvent être recalibrés parce qu’ils sont variables.
Supercondensateurs
Les supercondensateurs sont idéaux pour les applications nécessitant une grande quantité de stockage d’énergie. En effet, ils ont une capacité très élevée et libèrent rapidement de l’énergie. Les supercondensateurs sont particulièrement adaptés au démarrage des moteurs et à l’accumulation de la charge dans les systèmes de freinage par récupération.
Applications des condensateurs
Les condensateurs sont des composants utiles dans de nombreuses applications dans un grand nombre d’industries. Voici quelques-unes de leurs applications les plus courantes :
- Stockage de l’énergie – les condensateurs sont un excellent outil de stockage de l’énergie et sont souvent utilisés comme batterie temporaire. Grâce à leur alimentation continue, ils sont parfaits en cas de coupure de courant, empêchant les appareils tels que les ordinateurs portables et les téléphones mobiles de s’éteindre et évitant ainsi la perte de données précieuses.
- Couplage – les condensateurs bloquent les signaux continus et laissent passer les signaux alternatifs ; ils peuvent donc être utilisés pour coupler une section d’un circuit avec une autre. Ils sont souvent utilisés dans les haut-parleurs.
- Découplage – les condensateurs peuvent bloquer les bruits indésirables et les pics de tension, stabilisant ainsi la tension d’alimentation des circuits intégrés.
- Capteurs – les condensateurs réagissent aux variations des facteurs externes, ils peuvent donc également être utilisés dans des applications de détection où ils peuvent mesurer toute variation de capacité.
- Démarrage des moteurs – les condensateurs peuvent fournir l’impulsion initiale nécessaire au démarrage des moteurs électriques et améliorer leur efficacité en cours de fonctionnement.
- Correction du facteur de puissance – les condensateurs permettent d’améliorer l’efficacité énergétique des équipements de correction du facteur de puissance.
- Temporisation et oscillation – les condensateurs sont utilisés pour contrôler la fréquence des signaux dans les circuits de temporisation et les oscillateurs.
Comment choisir le bon condensateur ?
Pour choisir un condensateur adapté aux exigences de votre circuit, vous devez tenir compte de plusieurs facteurs, notamment :
Capacité (farads)
Calculez la valeur de la capacité nécessaire en fonction des exigences de votre circuit. Les applications à haute fréquence nécessitent des valeurs de capacité plus faibles, tandis que les applications de stockage d’énergie et de filtrage bénéficient de valeurs de capacité plus élevées.
Tension nominale (volts)
Le condensateur doit avoir une tension nominale supérieure à la tension la plus élevée qui se produira dans le circuit. Si la tension nominale du condensateur est trop faible, elle peut entraîner une défaillance et poser un risque pour la sécurité.
Matériau diélectrique
Les matériaux diélectriques peuvent avoir des propriétés variables. Tenez compte de facteurs tels que la stabilité de la température, la constante diélectrique et les pertes diélectriques lorsque vous choisissez un diélectrique adapté à votre application.
Tolérance
La tolérance d’un condensateur indique dans quelle mesure sa capacité réelle correspond à la valeur souhaitée. Il existe deux tolérances courantes : +5% et +10%. Choisissez une tolérance compatible avec les exigences de votre circuit.
Taille
Assurez-vous que les dimensions physiques du condensateur choisi s’intègrent dans la conception de votre circuit. Alors que les condensateurs à trous traversants sont encore utilisés dans certaines applications, les condensateurs montés en surface sont fréquemment utilisés dans l’électronique actuelle.
Durée de vie et fiabilité
Dans les applications critiques, il faut tenir compte de la durée de vie estimée et de la fiabilité du condensateur. Certains condensateurs, tels que les condensateurs électrolytiques, ont une durée de vie limitée.
Outre ces considérations, d’autres facteurs doivent être pris en compte, tels que le coût, l’impact environnemental, la stabilité de la température et la résistance série équivalente (ESR).
Conclusion
Les condensateurs sont des pièces électroniques adaptables qui sont essentielles à de nombreux circuits et applications différents. Si vous voulez concevoir et mettre en œuvre efficacement des circuits électroniques, vous devez avoir une bonne connaissance des différents types de condensateurs disponibles, de leurs applications spécifiques et des facteurs à prendre en compte pour sélectionner le bon condensateur pour votre projet. Le choix des condensateurs peut faire une différence significative sur les performances et la fiabilité des circuits, que ce soit lors du couplage des signaux, de l’accord des oscillateurs ou du filtrage de l’alimentation.
