Accueil

CONDENSATEURS

Les condensateurs sont capables d'accumuler une certaine quantité d'électricité exprimée par la capacité C (en Farad, mais on utilise des sous multiples de cette unité énorme : microFarads et picoFarads) puis de la libérer progressivement .

Ils servent donc de réservoirs tampon pour lisser les variations de tension dans un circuit.

Alors qu'ils stockent le courant continu ils laissent passer le courant alternatif (pour des fréquences qui varient selon la capacité du condensateur) on peut donc les utiliser comme filtres entre des courants de fréquences faibles et ceux de fréquences élevées.

En général il est prudent d'en mettre un entre le plus et le moins de l'alimentation générale du circuit (300 a 2000 microfarad) pour lisser les variations de courant produites lors d'une demande brutale de puissance telle qu'on en a au démarrage d'un moteur et quelques autres plus petits au voisinage de composants qu'on veut protéger tels un microcontroleur (40 a 100 nanofarad = 0.1 microfarad) .

Ils sont contitués de deux plateaux conducteurs séparés par un isolant :le diélectrique(ce peut être du mica, du papier paraffiné, du plastique...). En général, les condensateurs de faible capacité sont céramiques et non polarisés , les fortes capacités sont chimiques et polarisés. Si on relie les 2 plaques d'un condensateur a une source de courant continu (pile) un certain nombre d'électrons passent d'une armature a l'autre : il se charge. Une fois que la tension entre les 2 armatures a atteint celle présente aux bornes de la pile, le condensateur est chargé et il ne laisse plus passer de courant.Mais si on remplace la pile par une résistance , le condensateur se décharge plus ou moins rapidement selon sa capacité et selon la valeur de la résistance. Un condensateur peut donc servir a mesurer la résistance (ou le voltage) d'un circuit électrique en mesurant le temps de décharge .

Les capacités de 2 condensateurs montés en paralléle s'aditionnent.

Les capacités de 2 condensateurs montés en série la capacité equivalente cest: C=( C1*C2)/(C1+C2)

Un condensateur a une résistance propre qui s'oppose au passage du courant alternatif : pour la distinguer des vraies résistances on parle de capacitance ou de résistance capacitive.

Quelques applications :

• condensateurs de liaison : séparer un courant continu d'un courant alternatif :il arrive qu'un montage électronique recoive un courant alternatif ( par exemple un signal audio envoyé vers un ampli / haut parleur) . Mais ce montage est alimenté par un courant continu : sur certaines parties du circuit on ne veut garder que le courant alternatif. Pour cela on met un condensateur de quelques microFarad sur la liaison entre le générateur audio et le montage: le courant alternatif le traversera mais pas le courant continu du montage.
• Dans d'autres cas on veut éliminer certaines fréquences du courant alternatif qui va a un haut parleur , on peut utiliser des filtres passe haut ou passe bas constitués d'un condensateur et d'une résistance .Si le courant de sortie est prélevé aux bornes de la résistance c'est un circuit CR (filtre passe haut); si le courant de sortie est pris aux bornes du condensateur c'est un circuit RC(filtre passe bas). La fréquence de coupure pour ces 2 types de filtres est f=1/2*pi*R*C (donc avecR=200Ohms et C=5ùF -> f=159 Hertz (plus RC est bas plus la coupure est haute)
• élimination des parasites (créés par exemple par des démarrages ou arrets de moteurs) : Souvent on associe pour cela un condensateur chimique de 2200 microfarads (et 16 a 25 volts) qui élimine les grosses variations de tension et un condensateur céramique d'environ 100 nanoFarad pour éliminer les variations de hautes fréquences (de cette façon on peut éliminer des fréquences élevés qui correspondent a des sons aigus) on appelle ces petits condensateurs céramique <condensateurs de découplage>.On monte ces 2 condensateurs en paralléle sur l'alimentation de l'électronique. Noter que si on pense qu'un circuit intégré est géné par des parasites venant dune autre partie du circuit on peut le protéger par un condensateur de découplage de 0,1 microFarad = 100 nanoFarad (céramique numéro 104 : non polarisé) qu'on branche entre la patte du composant reliée au + et la masse du circuit. Pour être efficace il faut que la longueur des pattes qui le relient au circuit soit la plus courte possible. Les anglo saxons les appellent <decoupling capacitors> (=réduction des parasites) ou <bypass capacitors> (= courcircuitant un long trajet a partir d'une alim éloignée). Une utilisation typique en robotique est sur l'alimentation d'un circuit intégré (par exemple un SN754410) contenant des ponts H pour commander des moteurs a courant continu , donc exposé a des parasites.
• filtres dans les alimentations: généralement un électrochimique de forte capacité appelé <condensateur de filtrage> qui réduit l'ondulation d'une tension redressée par un pont a 4 diodes.
• mesure du temps : monté en série avec une résistance R un condensateur se charge et est rempli environ au 1/3 de sa capacité aprés un temps égal à R*C et au moment de sa décharge est vide aux 2/3 aprés ce temps R * C (on peut choisir des RC différents pour les circuits de charge et de décharge)
• Transformation simple d'un signal analogique, par exemple fourni par d'une photodiode de détection Infra Rouge, en une valeur numérique (un temps) utilisable par un microcontroleur : on branche en paralléle sur les bornes de la photodiode un condensateur céramique (non polarisé) d'environ 10 nanofarads et l'ensemble est connecté entre la masse et une patte du microcontroleur (pour relier la patte au circuit on met une résistance talon d'environ 470 Ohms). Le programme du microcontroleur permet d'abord d'envoyer sur la patte du 3,3 volts (ou du 5 volts) , on attend un instant pour que le condensateur se charge, puis on met la patte a zéro volts et en réception (ce qui réalise un circuit RC qui se décharge d'autant plus lentement que sa résistance est plus grande) : on note le temps que met le voltage pour descendre au dessous d'une valeur seuil: ce temps permet de calculer la résistance de la photodiode qui est d'autant plus faible que la photodiode reçoit plus de lumiére.
• les flashs d'appareils photos utilisent la capacité de stockage d'électricité puis la décharge brutale d'un condensateur.En robotique on récupére parfois les condensateurs d'appareils photo jettables pour alimenter des solénoides qui permettent de projeter des objets métalliques. Cette manipulation est dangereuse a cause des décharges brutales obtenues.
• mesure de variations d'éclairement (pour faire déplacer un robot vers ou loin d'une source de lumiére): on monte une photorésistance en paralléle avec un petit condensateur et on relie le circuit a la patte d'un microprocesseur. Dans un premier temps la patte est mise a 5 volts pour charger le condensateur , puis on la met a zéro: le condensateur se décharge . On note le temps de décharge et on en tire la résistance du circuit qui dépend de l'éclairement de la photorésistance.

Il existe des condensateurs variables dont on peut faire varier la capacité avec un bouton.

Attention

• les condensateurs capables de supporter de fortes puissances sont électrochimiques; ils sont polarisés et doivent être branchés dans le bon sens , sinon ils seront détériorés et risquent d'exploser.En général la patte positive est plus longue et une marque sur le corps du condensateur indique la patte négative.Pour les condensateurs ou les connecteurs sont axiaux il y a un collier d'étranglement dans le corps du condensateur au voisinage du pole positif.
• un condensateur a un voltage limite en dessous duquel il faut nettement rester
• un condensateur garde de l'électricité stockée même aprés arret de l'alimentation : il est prudent de ne pas toucher aux gros condensateurs : avant il faut les décharger au travers d'une résistance reliée a la masse.
• un condensateur chimique viellit: il perd de ses propriétés avec le temps