Dans cet article, nous apprenons les bases des condensateurs, ainsi que les différents types de condensateurs couramment disponibles sur le marché et utilisés dans la plupart des circuits électroniques.
Aperçu
Un condensateur est simplement une pièce électronique passive conçue pour stocker une charge électrique.
Sous forme physique, il est constitué d'une paire de plaques métalliques ou d'électrodes séparées par un contenu isolant ou diélectrique. L'application d'une tension continue aux bornes du condensateur génère instantanément une pénurie d'électrons sur la plaque positive et une surabondance d'électrons sur la plaque négative, comme le montre la figure suivante.
Cette accumulation différentielle d'électrons donne lieu à une charge électrique, qui accumule un niveau spécifique (basé sur la tension) après quoi reste à ce niveau. Si un courant continu est impliqué, l'isolant à l'intérieur du condensateur fonctionne comme un système de blocage du flux de courant (il peut cependant s'agir d'un léger courant de charge transitoire qui empêche le condensateur d'être complètement chargé).
Lorsque le courant alternatif est utilisé à travers le condensateur, la charge accumulée tout au long d'un demi-cycle alternatif est inversée avec le deuxième demi-cycle suivant, ce qui oblige le condensateur à permettre au courant à travers lui de fonctionner efficacement, comme si l'isolation diélectrique n'avait jamais existé.
Par conséquent, lorsque le courant alternatif est impliqué, un condensateur fonctionne simplement comme un dispositif de couplage. Vous ne trouverez pratiquement pas de circuits électroniques porteurs de courant alternatif et n'incorporant pas quelques condensateurs, éventuellement pour le couplage ou pour l'optimisation de la réponse en fréquence générale du système.
Dans le dernier scénario mentionné, un condensateur est connecté à une résistance pour créer une combinaison RC. L'occurrence de charge / décharge impliquée avec des condensateurs pourrait également être utilisée dans divers autres circuits, par ex. , le flash électronique photographique.
Tout comme les résistances, les condensateurs peuvent être configurés pour fonctionner avec des valeurs fixes ou être réglables dans leur amplitude. Les condensateurs fixes sont les fondations primaires d'un circuit (avec les résistances). Les condensateurs variables sont principalement destinés à optimiser les circuits accordés.
Le paramètres de performance de chaque condensateur sont différents et donc leurs applications diffèrent également en conséquence.
L’une des formes de composants électroniques qui est largement utilisée est les condensateurs électroniques. En dehors de cela, les autres condensateurs utilisés dans l'industrie comprennent la céramique, le mica argenté, l'électrolyse, le plastique, le tantale et autres.
Chaque type de condensateur est utilisé dans diverses applications en fonction de leurs inconvénients et avantages respectifs.
Il est essentiel que le bon type de condensateur doit être sélectionné car le circuit dans lequel le condensateur est utilisé est largement par le condensateur.
Ainsi, dans le cas où un type correct de condensateur n'est pas sélectionné pour être inséré dans le circuit sur la base de ses paramètres, cela peut entraîner un fonctionnement incorrect ou défectueux du circuit.
Bases des condensateurs
Les lois physiques qui régissent fondamentalement les différents types de condensateurs sont les mêmes et sont respectées en conséquence.
Ces lois de base déterminent divers paramètres des condensateurs tels que le fonctionnement du condensateur, le valeur du condensateur , et sa capacité (la quantité maximale de charge que le condensateur tiendra).
Ainsi, la théorie de base sur laquelle les condensateurs sont construits et fonctionnent permet de comprendre les différentes formes de condensateurs et comment ceux-ci peuvent être ou sont utilisés.
Remarque: Même s'il y a eu de nombreux développements dans le domaine des diélectriques, les lois de base sur lesquelles fonctionnent les condensateurs n'ont pas changé et elles s'appliquent à ce jour.
Types de condensateurs et diélectriques
Comme discuté ci-dessus, bien que les lois de base sur lesquelles les condensateurs fonctionnent, les propriétés des condensateurs diffèrent énormément en raison de la manière dont chaque type de condensateur est construit.
Les différentes propriétés que possèdent différents types de condensateurs sont données par leur élément principal qui est situé entre les deux plaques du condensateur et est dit «diélectrique».
La constante diélectrique du condensateur peut avoir un impact sur le niveau de capacité que le condensateur peut atteindre à un volume spécifique donné. De plus, divers condensateurs de différents types peuvent être trouvés comme étant de nature polarisée, la tension passant aux bornes du condensateur étant tolérée dans une seule direction.
D'autre part, divers condensateurs de différents types peuvent être trouvés comme étant de nature non polarisée, la tension passant à travers le condensateur étant tolérée dans les deux sens.
Les condensateurs sont communément nommés sur la base de la nature du diélectrique présent dans le condensateur.
Ceci est indicatif des propriétés générales que le condensateur présentera avec les différents types différents de fonctions de circuit où ils peuvent être utilisés.
Vue d'ensemble des condensateurs et de ses différents types
Différentes formes de conception sont utilisées pour les condensateurs non polarisés, dont presque tous sont facilement reconnaissables à partir du style du condensateur. Vous n'avez pas besoin de regarder dans les moindres détails concernant les constructions réelles. Leurs caractéristiques particulières sont cependant cruciales, car elles peuvent décider de la variété idéale à utiliser pour une application spécifique.
Condensateurs non polarisés
- Condensateurs diélectriques en papier , généralement identifiables grâce à leur forme tubulaire, sont les moins chers mais généralement encombrants. Leurs nombreuses autres limitations clés sont qu'ils ne sont pas bien adaptés à une utilisation à des fréquences élevées supérieures à 1 MHz, ce qui limite pratiquement leur application aux circuits audio. Ceux-ci se trouvent généralement dans des valeurs allant de 0,05 µF à 1 ou 2 µF, avec des tensions de fonctionnement comprises entre 200 et 1 000 volts. Les condensateurs diélectriques en papier plastifié peuvent avoir des tensions de fonctionnement beaucoup plus importantes.
- Condensateurs céramiques sont très populaires dans les petits circuits audio et RF. Ceux-ci sont assez bon marché et ils peuvent être obtenus dans une variété de valeurs de 1 pF à 1 µF avec des tensions de fonctionnement substantielles, et en outre reconnus par de très faibles fuites. Ils peuvent être fabriqués à la fois sous forme de disques et de structures cylindriques et sous forme de plaques céramiques métallisées.
- Condensateurs argent-mica sont plus coûteux que les condensateurs en céramique, mais ils ont une capacité de travail à haute fréquence exceptionnelle et des tolérances beaucoup plus petites, ils sont donc généralement considérés comme bien adaptés aux applications vitales. Ils pourraient être fabriqués avec des tensions de fonctionnement extrêmement élevées.
- Condensateurs en polystyrène sont créés à partir d'une feuille métallique séparée par un film de polystyrène, ayant normalement une couverture en polystyrène intégrée pour garantir une propriété d'isolation améliorée. Ceux-ci sont connus pour leurs pertes minimales avec des fréquences élevées, une excellente stabilité et cohérence. Les valeurs peuvent varier de 10 pF à 100 000 pF, mais la tension de fonctionnement diminue généralement considérablement avec l'augmentation des valeurs de capacité.
- Condensateurs en polycarbonate ont tendance à être typiquement fabriqués sous la forme de pièces rectangulaires dont l'extrémité se termine par des fils qui peuvent être facilement insérés dans les trous de PCB. Ils fournissent des valeurs élevées (jusqu'à 1µF) dans de petites dimensions, ainsi que des caractéristiques de pertes réduites et d'inductance minimale. Tout comme les condensateurs en polystyrène, les tensions de fonctionnement sont compromises par des valeurs de capacité plus élevées.
- Condensateurs à film polyester sont également fabriqués pour un assemblage direct dans des cartes de circuits imprimés, avec des valeurs de 0,01 µF à 2,2 µF. Ceux-ci sont généralement plus gros que les condensateurs en polycarbonate. Leur faible inductance interne leur permet d'être particulièrement bien adaptés aux fonctions de couplage et de découplage dans les circuits électroniques. Les valeurs des condensateurs à film polyester sont généralement mentionnées avec un code couleur comprenant 5 anneaux de couleur.
- Condensateurs à film Mylar pourrait être considéré comme un condensateur de type film standard, couramment trouvé dans des valeurs de 0,001 µF à 0,22 µF, ayant une tension de fonctionnement jusqu'à 100 volts CC.
Les différents types de condensateurs qui sont utilisés dans la plupart des circuits électroniques sont les suivants:
Condensateur en céramique:
Le condensateur, à savoir le condensateur céramique, est utilisé pour de multiples applications, notamment RF et audio.
La plage des valeurs du condensateur céramique est comprise entre quelques picofarads et 0,1 microfarads. Les condensateurs céramiques sont les plus utilisés dans l'industrie car c'est le type de condensateur le plus fiable et le moins cher disponible.
En outre, une autre raison de son utilisation commune et large est que le facteur de perte du condensateur céramique est très faible. Mais le facteur de perte du condensateur dépend également du diélectrique qui est utilisé dans le condensateur.
Les condensateurs en céramique sont utilisés dans les deux formats de montage en surface et plombés en raison des propriétés de construction des condensateurs.
Condensateur électrolytique:
Les condensateurs électrolytiques sont un type de condensateur polarisé par nature.
Les valeurs de capacité offertes par le condensateur électrolytique sont très élevées et sont supérieures à 1 µF. les condensateurs électrolytiques sont couramment utilisés dans l'industrie pour les applications qui sont conduites à basse fréquence telles que les applications de découplage, les alimentations et les applications de couplage audio.
En effet, ces applications ont la limite de fréquence de près de 100 kHz.
Condensateur au tantale:
Un autre type de condensateur qui est de nature polarisée est le condensateur au tantale. Le niveau de capacité fourni par le condensateur au tantale à leur volume est très élevé.
L'un des inconvénients du condensateur au tantale est qu'il n'y a pas de tolérance dans le condensateur au tantale vis-à-vis d'une polarisation inverse qui peut entraîner l'explosion du condensateur lorsqu'il est exposé à une contrainte.
Un autre inconvénient est qu'il a une très faible tolérance aux courants d'ondulation et qu'ils ne doivent donc pas être exposés à des tensions élevées (telles que des tensions supérieures à leur tension de fonctionnement) et à un courant d'ondulation élevé. Les condensateurs au tantale sont disponibles dans les deux formats de montage en surface et plombés.
Condensateur Silver Mica:
Bien que l'utilisation des condensateurs au mica argent ait considérablement diminué à l'ère actuelle, la stabilité fournie par les condensateurs au mica argent est toujours très élevée tout en offrant une grande précision et une faible perte.
En outre, il y a suffisamment d'espace disponible dans les condensateurs au mica argenté. Les applications où elles sont principalement utilisées incluent les applications RF.
Les valeurs maximales auxquelles le condensateur au mica argenté est limité sont d'environ 100 pF.
Condensateur à film de polystyrène:
Les condensateurs à film de polystyrène fournissent un condensateur de tolérance étroite partout où c'est nécessaire. En outre, ces condensateurs sont relativement moins chers que ceux des autres condensateurs.
Le sandwich diélectrique ou les plaques présentes dans les condensateurs à film de polystyrène sont enroulés ensemble, ce qui donne la forme du condensateur sous forme tubulaire.
Le placement du sandwich diélectrique et la forme du condensateur limitent la réponse du condensateur aux hautes fréquences en raison de l'ajout d'inductance et ne répond ainsi qu'à quelques 100 kHz.
La disponibilité générale des condensateurs à film de polystyrène se présente sous la forme de composants électroniques plombés.
Condensateur à film polyester:
La tolérance fournie par le condensateur à film de polyester est très faible et par conséquent ces condensateurs sont utilisés dans des situations où la considération préalable est le coût.
Le niveau de tolérance d'un grand pourcentage des condensateurs à film polyester disponibles est de 10% ou 5% et cela est considéré comme suffisant pour une gamme d'applications.
La disponibilité générale des condensateurs à film polyester se présente sous la forme de composants électroniques plombés.
Condensateur à film polyester métallisé
Le type de condensateurs à film de polyester métallisé se compose de films de polyester qui sont métallisés et dans tous les autres sens, il est similaire aux condensateurs à film de polyester ou à une autre forme de celui-ci.
Un des avantages qui est obtenu par un film de polyester métallique est qu'il rend les électrodes de très faible largeur et permet ainsi l'enrobage du condensateur dans un boîtier de très petites tailles également.
La disponibilité générale des condensateurs à film polyester métallisé se présente sous la forme de composants électroniques plombés.
Condensateur en polycarbonate:
Les applications où l'exigence la plus critique et cruciale est la haute performance et la fiabilité, ces applications utilisent les condensateurs en polycarbonate.
La valeur de la capacité est maintenue pendant une longue période par les condensateurs en polycarbonate car leur niveau de tolérance est très élevé. De tels niveaux de tolérance élevés sont obtenus en raison de la stabilité du film de polycarbonate utilisé dans le condensateur de polycarbonate.
De plus, le facteur de dissipation du condensateur en polycarbonate est très faible et ils peuvent résister à des températures d'une large plage et rester stables.
La plage de température que ce condensateur peut supporter est comprise entre -55 ° C et + 125 ° C. Malgré toutes ces propriétés, la fabrication et la production des condensateurs en polycarbonate ont considérablement diminué.
Condensateur PPC ou polypropylène:
Dans ce type de condensateurs, le niveau de tolérance requis est supérieur à ce que le condensateur polyester peut fournir, alors les condensateurs en polypropylène sont utilisés dans ces cas.
Le matériau utilisé pour le diélectrique dans le condensateur en polypropylène est un film de polypropylène.
L'avantage du condensateur en polypropylène par rapport aux autres condensateurs est qu'il peut résister à une tension très élevée sur une période de temps et, par conséquent, le changement du niveau de capacité dû à l'augmentation et à la diminution de la tension sur une période de temps est très faible.
Le condensateur en polypropylène est également utilisé dans les cas où la fréquence utilisée est très basse, la plupart du temps dans la plage de 100 kHz étant la limite maximale.
La disponibilité générale du condensateur en polypropylène se présente sous la forme de composants électroniques plombés.
Condensateurs en verre:
Le diélectrique qui est utilisé dans le condensateur en verre est constitué de verre. Même si les condensateurs en verre sont chers, leurs performances sont très élevées.
La capacité de courant RF des condensateurs en verre est très élevée et la perte est extrêmement faible. De plus, il n'y a aucun bruit piézoélectrique dans les condensateurs en verre.
Tous ces éléments et certaines propriétés supplémentaires des condensateurs en verre les rendent les plus appropriés et idéaux pour les applications RF qui nécessitent des performances élevées.
Supercondensateur:
Les autres noms sous lesquels le supercondensateur est connu sont ultracondensateur ou supercondensateur.
Les valeurs de capacité de ces condensateurs sont très importantes, tel est leur nom. Les niveaux de capacité de l'ultracondensateur vont près de plusieurs milliers de Farads.
L'ultracondensateur est utilisé dans l'industrie pour fournir une réserve de stockage de mémoire ainsi que diverses utilisations dans le domaine des applications automobiles. Les différents types principaux de condensateurs sont inclus sous le supercap.
Parallèlement à eux, il existe divers autres types de condensateurs de condensateurs qui sont utilisés lorsque les applications sont spécialisées dans la nature.
L'identification des condensateurs se fait majoritairement à travers leurs paramètres tels que les valeurs qui sont marquées sur les boîtiers des condensateurs. Afin d'afficher les paramètres de manière compacte, les marquages des paramètres se font sous forme de code.
CONDENSATEURS VARIABLES
Les condensateurs variables sont construits avec des morceaux alternés de plaques métalliques, un seul ensemble étant fixe et non mobile et l'autre mobile.
Les plaques sont séparées par un diélectrique qui peut être de l'air ou un diélectrique solide. Le mouvement d'un seul ensemble de plaques décale la section globale des plaques, modifiant ainsi la capacité à travers les plaques.
De plus, la différenciation standard entre les condensateurs d'accord utilisés pour des manipulations répétées (par exemple, pour ajuster une station de réception radio) et les condensateurs ajusteurs destinés à la mise en place préliminaire d'un circuit accordé.
Les condensateurs d'accord ont tendance à être plus gros, plus puissants dans la structure et généralement de type diélectrique à air.
Condensateurs ajustables sont souvent déterminés par un diélectrique en mica ou en film ayant une quantité réduite de plaques, où la capacité est ajustée en faisant tourner un boulon central pour modifier la déformation entre les plaques et le mica diélectrique.
En raison du fait qu'ils sont de taille plus compacte, même ainsi, un condensateur de réglage peut parfois être appliqué comme un condensateur de réglage sur un circuit radio FM de poche, bien que des mini-condensateurs de réglage exclusifs soient fabriqués pour être installés immédiatement sur un PCB.
En ce qui concerne le réglage des condensateurs, la structure des aubes indique la manière dont la capacité varie lorsque la broche est déplacée.
Tous ces attributs sont généralement classés dans l'une des descriptions suivantes:
1. Linéaire: où chaque degré de rotation de la broche génère une modification similaire de la capacité. C'est le type le plus typique sélectionné pour les récepteurs radio.
2. Logarithmique: où chaque degré de mouvement de la broche génère un niveau de fréquence constamment variable d'un circuit accordé.
3. Même fréquence: où chaque degré de mouvement de broche fournit la même variation de fréquence dans le circuit accordé. 4. Loi du carré: dans laquelle la variation de la capacité est proportionnelle au carré de l'angle de mouvement de la broche.
Précédent: Comprendre les codes de couleur des résistances avec des exemples pratiques Un article: Valeurs de la série E de résistance standard
