Diviseur de tension capacitif

Dans cet article, nous apprenons comment les circuits diviseurs de tension capacitifs fonctionnent dans les circuits électroniques, à travers des formules et des exemples résolus.

Par: Dhrubajyoti Biswas

Qu'est-ce qu'un réseau diviseur de tension

Parlant d'un circuit diviseur de tension, il est important de noter que la tension dans le circuit diviseur est également répartie entre tous les composants existants associés au réseau, bien que la capacité puisse varier en fonction de la constitution des composants.

Un circuit diviseur de tension peut être construit à partir de composants réactifs ou même de résistances fixes.

Cependant, lorsque l'on compare aux diviseurs de tension capacitifs, les diviseurs résistifs ne sont pas affectés par le changement de fréquence de l'alimentation.

Le but de cet article est de fournir une compréhension détaillée des diviseurs de tension capacitifs. Mais pour mieux comprendre, il est essentiel de détailler la réactance capacitive et son effet sur les condensateurs à des fréquences variées.

Un condensateur est constitué de deux plaques conductrices, placées parallèlement l'une à l'autre, séparées en plus par un isolant. Ces deux plaques ont une charge positive (+) et une autre négative (-).

Lorsqu'un condensateur est complètement chargé via un courant continu, le diélectrique [communément appelé isolant] bloque le flux de courant à travers les plaques.

Une autre caractéristique importante d'un condensateur par rapport à une résistance est: Un condensateur stocke de l'énergie sur les plaques conductrices pendant la charge, ce que la résistance ne fait pas, car elle a toujours tendance à libérer l'excès d'énergie sous forme de chaleur.

Mais l'énergie stockée par un condensateur est transmise aux circuits qui lui sont connectés pendant son processus de décharge.

Cette caractéristique d'un condensateur pour stocker la charge est appelée réactance, et également appelée réactance capacitive [Xc] pour laquelle Ohm est l'unité standard de mesure de la réactance.

Un condensateur déchargé lorsqu'il est connecté à une alimentation en courant continu, la réactance reste faible à l'étage initial.

Une partie substantielle du courant circule via le condensateur pendant une courte durée, ce qui oblige les plaques conductrices à se charger rapidement, ce qui empêche finalement tout passage supplémentaire de courant.

Comment le condensateur bloque-t-il le courant continu?

Dans un réseau en série de résistances et de condensateurs lorsque la période de temps atteint une magnitude de 5RC, les plaques conductrices du condensateur sont complètement chargées, ce qui signifie que la charge reçue par le condensateur est égale à la tension d'alimentation, ce qui arrête tout flux de courant supplémentaire.

De plus, la réactance du condensateur dans cette situation sous l'influence de la tension continue atteint l'état maximal [méga-ohms].

Condensateur dans l'alimentation CA

En ce qui concerne l'utilisation d'un courant alternatif [CA] pour charger un condensateur, dans lequel le flux de courant alternatif est toujours polarisé en alternance, le condensateur recevant le flux est soumis à une charge et une décharge constantes sur ses plaques.

Maintenant, si nous avons un flux de courant constant, nous devons également déterminer la valeur de réactance pour restreindre le flux.

Facteurs pour déterminer la valeur de la résistance capacitive

Si nous regardons en arrière sur la capacité, nous constaterons que la quantité de charge sur les plaques conductrices d'un condensateur est proportionnelle à la valeur de la capacité et de la tension.

Désormais, lorsqu'un condensateur reçoit le courant d'une entrée CA, la tension d'alimentation subit un changement constant de sa valeur, ce qui change invariablement la valeur des plaques de manière trop proportionnelle.

Considérons maintenant une situation où un condensateur contient une valeur de capacité plus élevée.

Dans cette situation, la résistance R prend plus de temps pour charger le condensateur τ = RC. Cela implique que si le courant de charge circule pendant une durée plus longue, la réactance enregistre une valeur Xc plus petite, en fonction de la fréquence spécifiée.

De même, si la valeur de capacité est plus petite dans un condensateur, alors pour charger le condensateur, il faut un temps RC plus court.

Ce temps plus court provoque la circulation du courant pendant une durée plus courte, ce qui se traduit par une valeur de réactance comparativement plus petite, Xc.

Par conséquent, il est évident qu'avec des courants plus élevés, la valeur de la réactance reste faible et vice versa.

Et donc la réactance capacitive est toujours inversement proportionnelle à la valeur de capacité du condensateur.

XC ∝ -1 C.

Il est essentiel de noter que la capacité n'est pas le seul facteur pour analyser la réactance capacitive.

Avec une basse fréquence de la tension alternative appliquée, la réactance se développe plus de temps en fonction de la constante de temps RC allouée. En outre, il bloque également le courant, indiquant une valeur de réactance plus élevée.

De même, si la fréquence appliquée est élevée, la réactance permet un cycle de temps moindre pour que le processus de charge et de décharge se produise.

De plus, il reçoit également un flux de courant plus élevé pendant le processus, ce qui entraîne une réactance plus faible.

Cela prouve donc que l'impédance (réactance alternative) d'un condensateur et sa magnitude dépendent de la fréquence. Par conséquent, une fréquence plus élevée entraîne une réactance plus faible et vice versa, et ainsi on peut conclure que la réactance capacitive Xc est inversement proportionnelle à la fréquence et à la capacité.

Ladite théorie de la réactance capacitive peut se résumer à l'équation suivante:

Xc = 1 / 2πfC

Où:

· Xc = réactance capacitive en Ohms, (Ω)


· Π (pi) = une constante numérique de 3,142 (ou 22 ÷ 7)


· Ƒ = Fréquence en Hertz, (Hz)


· C = Capacité en Farads, (F)

Diviseur de tension capacitif

Cette section visera à fournir une explication détaillée de la façon dont la fréquence d'alimentation affecte deux condensateurs connectés dos à dos ou en série, mieux appelés circuit diviseur de tension capacitif.

Circuit diviseur de tension capacitif

Pour illustrer le fonctionnement d'un diviseur de tension capacitif, renvoyons-nous au circuit ci-dessus. Ici, C1 et C2 sont en série et connectés à une alimentation alternative de 10 volts. Étant en série, les deux condensateurs reçoivent la même charge, Q.

Cependant, la tension restera différente et elle dépend également de la valeur de la capacité V = Q / C.

Considérant la figure 1.0, le calcul de la tension aux bornes du condensateur peut être déterminé de différentes manières.

Une option est de connaître l'impédance totale du circuit et le courant du circuit, c'est-à-dire de tracer la valeur de la réactance capacitive sur chaque condensateur, puis de calculer la chute de tension à travers eux. Par exemple:

EXEMPLE 1

Comme illustré à la figure 1.0, avec C1 et C2 respectivement de 10 uF et 20 uF, calculez les chutes de tension efficace qui se produisent aux bornes du condensateur dans une situation de tension sinusoïdale de 10 volts efficaces à 80 Hz.

Condensateur C1 10uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 Ohm
Condensateur C2 = 20uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
Ohm

Réactance capacitive totale

Xc (total) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10 uF x 22 uF / 10 uF + 22 uF = 6,88 uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6,88uF = 290Ω

Courant dans le circuit

I = E / Xc = 10V / 290Ω

La tension chute en série pour les deux condensateurs. Ici, le diviseur de tension capacitif est calculé comme suit:

Vc1 = I x Xc1 = 34,5 mA x 200 Ω = 6,9 V
Vc2 = I x Xc2 = 34,5 mA x 90 Ω = 3,1 V

Si les valeurs des condensateurs diffèrent, le condensateur de plus petite valeur peut alors se charger à une tension plus élevée que celle de grande valeur.

Dans l'exemple 1, la charge de tension enregistrée est de 6,9 ​​et 3,1 pour C1 et C2 respectivement. Maintenant que le calcul est basé sur la théorie de la tension de Kirchoff, la tension totale chute pour chaque condensateur est égale à la valeur de la tension d'alimentation.

REMARQUE:

Le rapport de chute de tension pour les deux condensateurs connectés au circuit diviseur de tension capacitif en série reste toujours le même, même s'il y a une fréquence d'alimentation.

Par conséquent, selon l'exemple 1, 6,9 et 3,1 volts sont identiques, même si la fréquence d'alimentation est maximisée de 80 à 800 Hz.

EXEMPLE 2

Comment trouver la chute de tension du condensateur en utilisant les mêmes condensateurs que ceux utilisés dans l'exemple 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 Ohm

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0,9 Ohm

I = V / Xc (total) = 10 / 2,9 = 3,45 ampères

Par conséquent, Vc1 = I x Xc1 = 3,45A x 2Ω = 6,9V

Et, Vc2 = I x Xc2 = 3,45 A x 0,9 Ω = 3,1 V

Comme le rapport de tension reste le même pour les deux condensateurs, avec l'augmentation de la fréquence d'alimentation, son impact se manifeste sous la forme d'une diminution de la réactance capacitive combinée, ainsi que pour l'impédance totale du circuit.

Une impédance réduite entraîne un flux de courant plus élevé, par exemple, le courant du circuit à 80 Hz est d'environ 34,5 mA, tandis qu'à 8 kHz, il peut y avoir une augmentation de 10 fois l'alimentation en courant, soit environ 3,45 A.

On peut donc conclure que le flux de courant via le diviseur de tension capacitif est proportionnel à la fréquence, I ∝ f.

Comme discuté ci-dessus, les diviseurs capacitifs qui impliquent une série de condensateurs connectés, ils perdent tous une tension alternative.

Pour connaître la chute de tension correcte, les diviseurs capacitifs prennent la valeur de la réactance capacitive d'un condensateur.

Par conséquent, il ne fonctionne pas comme diviseur de tension CC, car en CC, les condensateurs arrêtent et bloquent le courant, ce qui entraîne un flux de courant nul.

Les diviseurs peuvent être utilisés dans les cas où l'alimentation est commandée par la fréquence.

Il existe une large gamme d'utilisation électronique du diviseur de tension capacitif, du dispositif de balayage des doigts aux oscillateurs Colpitts. Il est également largement préféré comme alternative bon marché pour le transformateur de secteur où un diviseur de tension capacitif est utilisé pour faire tomber un courant secteur élevé.