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LES CONDENSATEURS

 

RÔLE, EMPLOI

Le condensateur aussi appelé capacité, a pour but de stocker momentanément entre ses armatures le constituant, un potentiel électrique (d.d .p.) et de le restituer ensuite. Tout cela avec le moins de perte possible. Les valeurs stockées sont bien sûr très faibles et l’on ne peut le comparer à un petit accumulateur que par le fait qu’il se charge et se décharge.

Son emploi est assez courant, on utilise ses capacités(sans jeu de mots) aussi bien pendant son temps de charge que celui de décharge. On l’utilise comme filtre, anti-parasite, temporisateur, correcteur, doubleur de tension, protection, ligne de retard, condensateur de démarrage moteur, relèvement de cosinus fi, etc…

 

Condensateur de démarrage

 

CONSTITUTION

Un condensateur est constitué par deux armatures métalliques séparées par un isolant (diélectrique) auxquelles sont reliés les fils de connexions ; Si l’on établit le schéma électrique équivalent à un condensateur on obtient ceci :

Dans lequel, RI est une résistance faible comprenant les connexions, les armatures C ainsi que les caractéristiques du diélectrique. RT étant une résistance forte caractérisant les défauts d’isolement des armatures, considérant qu’il n’existe pas d’isolant parfait.

 

UN CONDENSATEUR SERA DONC DEFINI PAR :

 

SA CAPACITE

Son unité, le Farad, mais qui n’est pas employée car elle représenterait un condensateur énorme.

On emploie donc ses sous-multiples qui sont : Le microfarad (m F) 10-6, le nanofarad (nF) 10-9, et le picofarad (pF) 10-12.

 

SA TENSION D’UTILISATION

Ou tension de service, elle est indiquée sur le corps du condensateur par un ou deux chiffres, le plus faible indiquant la tension en service permanent, le plus fort indiquant la tension pouvant être dépassée brièvement par intermittence.

En aucun cas il ne faudra dépasser la tension de service, sinon on risque un amorçage entre ses armatures, endommageant le condensateur et pouvant même dans le cas des condensateurs électrochimiques provoquer leur explosion pure et simple avec projections d’électrolyte et dégagement de fumée nocive.

Certains condensateurs comme les papiers métallisés ont la particularité de s’auto-cicatriser en cas d’amorçage. On choisira donc lorsque l’encombrement du condensateur le permet, une tension supérieure à celle du montage afin d’avoir une marge de sécurité.

NOTA : La tension d’un condensateur influe plus sur ses dimensions que sa capacité.

 

DIFFERENTS TYPES DE CONDENSATEURS

 

CONDENSATEURS AU PAPIER

Ses armatures sont constituées par des feuilles de papier d’aluminium très pur (99,99%) dont l’épaisseur varie entre 6 et 10 microns pour les petites valeurs et 60 à 100 microns pour les grandes valeurs sous tension élevée. Son diélectrique est bien sûr du papier fabriqué très soigneusement.

Emploi : Liaison BF, filtres….

CONDENSATEURS AU PAPIER METALLISE

Celui-ci est beaucoup plus petit que le condensateur papier car ses armatures sont obtenues en déposant une couche de zinc ou d’aluminium d’épaisseur 0,02 à 0,06 micron sur une face du papier formant ainsi armature et diélectrique, ce qui permet de gagner une couche de papier.

Emploi : Idem condensateurs papiers

 

CONDENSATEURS A FILM PLASTIQUE

Grâce à la fabrication de films plastiques de bonne qualité, donc exempts de trous, ceux-ci sont donc de plus en plus utilisés. Les différentes matières employées sont : le styroflex, le téflon, le mylar…Ces films ont une épaisseur variant de 6 à 12 microns, un seul film permet l’isolement d’un condensateur de tension £ 250V, au-dessus on multipliera les couches de films.

On fabrique aussi des condensateurs à film plastique métallisé en mylar de 6 microns recouvert de 0,06 micron de zinc puis d’une couche d’acétobutyrate de 1 micron pour éviter l’oxydation.

Une des plus importantes caractéristiques des condensateurs à film plastique est leur stabilité dans le temps. Par contre il faut prendre une marge de sécurité quant à leur tension d’utilisation, 1,5 fois n’est pas un luxe.

Emploi : Accord de circuits HF, lignes à retard, tous usages électronique courant.

 

CONDENSATEURS AU MICA

Ils sont constitués par un empilage de feuilles de mica et de lames d’aluminium, laiton, étain ou cuivre. Les lames métalliques paires débordant d’un côté, les impaires de l’autre et ceci jusqu’à obtention de la valeur désirée, leur tension peut atteindre 500 V. Ils sont souvent marqués à l’aide de code par points. Ils ne sont plus guère utilisés de nos jours, car plus encombrants que les céramiques et plastiques. Leur principale qualité, la stabilité, leur valeur est irréprochable.

Emploi : Idem condensateurs plastiques.

CONDENSATEURS CERAMIQUES

Comme son nom l’indique, son diélectrique est un dérivé de la céramique et ses armatures sont constituées par un dépôt d’argent déposé directement sur la céramique, l’ensemble est ensuite revêtu de matière plastique, de peinture ou d’émail cuit au four.

Leur tension de service peut atteindre 5000V dans l’air et jusqu’à 17 000V dans l’huile.

Emploi : Circuit HF, découplage, souvent employé dans les montages miniaturisés.

 

 

CONDENSATEURS ELECTROCHIMIQUES POLARISES

Ils sont constitués par une électrode (anode) formée d’aluminium ou de tantale, recouverte d’une couche très fine de son oxyde, l’autre électrode (cathode) se compose du même métal et baigne dans l’électrolyte.

Du fait de sa conception ce type de condensateur est donc polarisé (sens de branchement) et ne doit donc être utilisé que sur du courant continu et la tension d’emploi devra être bien inférieure à celle marquée sur son corps (voir tension d’utilisation), soit avec superposition de tension alternative et continue (la tension de crête dans ce cas, ne devant aucunement dépasser la tension du condensateur et être bien entendu dans le bon sens).

L’électrolyte les composants est à base de glycol, d’acide borique et de borate d’ammonium. La couche d’oxyde d’alumine à une épaisseur de 0,01 micron à 0,7 micron pour ceux en aluminium.

Si le métal est au tantale, il se présente en feuilles de 12 microns d’épaisseur, recouvertes d’une couche d’oxyde de 10-3 microns/volt de tension de service. L’électrolyte dans un cas est composée de glycol, acide borique et sulfate d’ammonium ou chlorure de lithium, ou dans l’autre cas de bioxyde de manganèse (il est alors solide).

Le repérage de leurs polarités se fait soit par signes + et/ou – ou par un anneau de couleur rouge du côté du fil correspondant au +. En cas de doute examiner ses deux extrémités, le – est toujours relié à la carcasse alors que le + est relié au plot central. Lorsque ses dimensions ne le permettent pas (tantale par exemple) un point de repérage est alors placé au plus près du fil correspondant au +.

Ces condensateurs ont une gamme de valeur très étendue, de 0,1 microfarad à plusieurs milliers de microfarads et cela sous des tensions normalisées de 6V à 500V.

Ce type de condensateur ne supporte pas les surtensions, les inversions de polarités et encore moins le courant alternatif. Cela peut provoquer un échauffement voire même son explosion pure et simple (cela permet de voir l’impressionnante quantité de feuilles qui le compose…).

Emploi : Partout où une forte valeur est exigée, filtrage, découplage, lissage, ligne de retard…

Inconvénients : Tout comme nous, ce type de condensateur vieilli…et il faut se méfier particulièrement des récupérations, car on peut avoir des surprises, surtout si le montage effectué requiert de la précision.

 

CONDENSATEURS TANTALE

De la même famille que les condensateurs polarisés, ils sont utilisés principalement en faibles valeurs. Ils sont appréciés pour leur tolérance rigoureuse ainsi que pour leur faible courant de fuite. Ils sont de taille réduite et sont employés dans des montages où l’on recherche la précision et la miniaturisation.

Emploi : Temporisateurs de longue durée.

Inconvénient : Leur prix assez élevé.

 

CONDENSATEURS ELECTROCHIMIQUES NON POLARISES

Ceux-ci sont très proches et du même aspect que leurs cousins polarisés. Ils ont la particularité d’êtres équivalent à deux condensateurs électrochimiques polarisés que l’on aurait placé dans le même boîtier.

Leur principal avantage est de pouvoir êtres utilisés sur du courant alternatif, ils n’ont donc pas de sens de branchement. Ils possèdent en plus les avantages d’un condensateur électrochimique.

Leur aspect général est identiques aux électrochimiques, leur différence est visible à leur marquage NON POLARISE ou encore NP, ils peuvent également comporter un anneau de couleur rouge à chacune de leurs extrémités ou encore le symbole ~ (alternatif).

Emploi : réservé pour des tensions alternatives, antiparasite, démarrage moteur, filtre, lissage…

 

CONDENSATEURS VARIABLES ET AJUSTABLES

Principalement utilisés pour les circuits d’accord (émission-réception), ils sont que très rarement employés en modélisme, nous les laisserons donc de côté.

 

Les condensateurs les plus utilisés en modélisme sont : les électrochimiques polarisés et non polarisés, les céramiques et les plastiques.

 

LECTURE DES VALEURS

Les caractéristiques de la plupart des condensateurs actuels sont écrites en clair sur leur corps, à savoir :

Sa capacité : suivi de son unité, picofarad, nanofarad ou microfarad, lorsque l’unité n’est pas inscrite il faut comprendre picofarad.

Sa tension de service : Ou d’utilisation, exprimée en volt (V). On veillera tout particulièrement à ne jamais la dépasser. On prend toujours une tension supérieure à celle utilisée (exemple : un condensateur de 25V de tension de service pour un montage employant du 16V). Lorsque deux tensions sont indiquées, la plus basse indique la tension maximale en régime permanent, la plus haute indique la tension maximale en régime intermittent.

Sa tolérance : Elle est exprimée en % principalement sur les céramiques et les plastiques, elle est indiquée soit en clair soit sous forme de code de couleur.

Sa température : La capacité de certains condensateurs varie avec leur température, variation qui peut être négative (diminution) ou positive (augmentation), celle-ci sera sans grand effet dans la plupart des montages courants.

Ses polarités : Uniquement à respecter pour les électrochimiques polarisés.

Des mentions spéciales : Tel que NON POLARISE ou plus simplement NP, pour les électrochimiques non polarisés.

 

 

REPRESENTATIONS GRAPHIQUES 

 

 

GROUPEMENTS

Les types de groupements possibles pour les condensateurs sont les mêmes que pour ceux utilisés pour les résistances, à savoir série et parallèle, à la seule différence que les calculs sont inversés.

SERIE : Lorsque l’on couple des condensateurs en série, le condensateur équivalent sera égal à la somme des inverses des condensateurs.

Peu utilisé en modélisme ce groupement permet de fractionner la différence de potentiel lorsque celle-ci dépasse la tension d’utilisation d’un condensateur, évitant ainsi son claquage. Ce groupement permet donc lors d’emploi sous des tensions élevées de réaliser un condensateur de valeur voulue pour une tension donnée.

  

 

PARALLELE : Lorsque l’on couple des condensateurs en parallèle, le condensateur résultant est égal à la somme de ceux-ci.

Ce type de montage est souvent utilisé afin d’obtenir des valeurs précises ou lorsque l’on désire obtenir des valeurs importantes, (plusieurs milliers de microfarads).

 

 

CHARGE

On dit qu’un condensateur se charge lorsque l’on crée une différence de potentiel à ses bornes (ddp), entre ses armatures.

 

Le travail nécessaire à sa charge est donné par la formule :

W=1/2 C V²

W = en Joules

C = Farad

V = en Volts

 

Le Joule, unité de travail est produit par un Newton dont le point d’application se déplace de 1mètre dans le sens de la force.

1 Watt = 1 Joule/seconde

 

CODE DES COULEURS

Celui-ci est semblable à celui des résistances au niveau des couleurs. Il faut néanmoins bien faire attention lors du déchiffrage, au sens de lecture qui est parfois différent suivant le type de condensateurs. Le premier chiffre est situé à l’opposé des " pattes ".

Il existe des tableaux plus complexes, tenant compte des coefficients de température, mais pour notre usage celui-ci est largement suffisant.

 

 

 

1er CHIFFRE

2ème CHIFFRE

MULTIPLICATEUR

En pf

TOLERANCE

TENSION

en Volts

Noir

 

0

1

20%

 

Marron

1

1

10

1%

100

Rouge

2

2

1 00

 

200

Orange

3

3

1 000

 

300

Jaune

4

4

10 000

 

400

Vert

5

5

100 000

5%

500

Bleu

6

6

1000 000

 

600

Violet

7

7

10 000 000

 

700

Gris

8

8

 

 

800

Blanc

9

9

 

10%

900

Or

 

 

 

 

1000

 

 

EN RESUME

On veillera particulièrement lors de l’élaboration de montage à certaines règles :

Exemples :

0,1µF = 100nF = 100 000pF

10nF = 0,01µF = 10 000pF

100pF = 0,1nF

Pour sa soudure ce composant ne réclame aucun soin particulier.

 

 

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