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Le condensateur


Le condensateur












  - Le condensateur:
L'unité de mesure d'un condensateur est le Farad, mais cette unité est beaucoup trop grande. On utilise les sous- multiples. Le picofarad (pF) - Le nanofarad (nF) - et le Microfarad (µF).
Un microfarad = 1000 nanofarads. Un  nanofarad = 1000 picofarads: 

- Composition:
Un condensateur se compose de deux lamelles métalliques. Ces deux lamelles sont séparées par un isolant. Cet isolant peut être du mica, du papier, de la céramique, du polyester, du styroflex etc.
- Il  existe aussi des condensateurs à air (l'air est un  isolant), ces condensateurs variables étaient utilisés dans les anciens postes radio. On l'utilise toujours lorsque l'on demande une grande stabilité, par exemple dans les oscillateurs. De nos jours les condensateurs à air, (à droite), des postes radio sont remplacés par des diodes varicap, beaucoup plus petites.
- Les isolants utilisés s'appellent le diélectrique.


- Tension de service:
- Cette valeur indique la tension maximale que l'on peut appliquer à un condensateur. Je te conseille vivement de ne jamais appliquer une tension supérieure à cette tension maximale, sous peine d'usure prématurée (meilleur des cas). Les condensateurs électrochimiques eux, vont se mettre à chauffer et quelques fois carrément exploser. Tu dois  respecter une certaine marge de sécurité.

- Exemple:
- Pour une tension de 10 volts, ne met pas un condo de 10 volts. Bien qu'il  fonctionne, il va s'user plus vite dans le temps... Mets plutôt un condo avec une tension de service juste au dessus soit 16 volts, si tu n'as pas de 16 volts prends au dessus soit 25 volts... Toutes les valeurs de tension au dessus sont bonnes. La limite est l'encombrement du condensateur...

- Rôle du condensateur:
- Le condensateur est un composant qui permet d'emmagasiner (et de la restituer) de l'énergie électrique.

Led 
Assemblage des condensateurs:
Comme les résistances, il est possible de grouper plusieurs condensateurs ensembles. Soit en parallèle, soit en série. Les formules sont les mêmes que pour les résistances, sauf qu'il faut  inverser. C'est à dire, pour les condensateurs en parallèles tu prends la formule des résistances en série, et pour les condensateurs en série tu prends la formule des condensateurs en parallèles.

- Pour aller aux formules, tu cliques sur l'image.

Rappel des formules:

Figure 1: En série 1/C-équi =1 /C1+1 /C2  OU C-équi =C1*C2/C1+C2
Figure 2: En parallèle C-équi =C1+C2
Pour avoir un condo non polarisé il suffit de les monter comme la figure 3


Led - Marquage des condensateurs:

Alors  là Nicolas on tombe dans le Charabia, dans le galimatias concentré, le "pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué"... Quand tu soudes le condo, tu te demandes encore si c'est bien le bon.
- Fût un temps ou les condensateurs (pas tous) étaient marqués comme les résistances par un code couleur (condo 4 figure 1). C'était trop simple pour que cela dure, ces condensateurs ne sont plus fabriqués.
Chacun y va de son petit code
1- Code des Américains
2- Code Européen
3- Code Asiatique
Les condensateurs 1 et 3 montrent un bon exemple ou microfarad et picofarad sont utilisés pour définir la valeur du condensateur. Le rouge (1) est un 0,470 microfarad (470 nanofarads) et le jaune (3) est un 3300 picofarads (0,33 nanofarad) et 400 volts de tension de service...
Le condensateur 5 te montre un électrochimique de 33 microfarads (µF) 450 volts de tension de service. Ces condensateurs sont polarisés et le + est du coté ou il y a un léger renfoncement sur le pourtour.

- Figure 1:


Mise en garde en ce qui concerne le condensateur chimique. Outre la tension de service qu'il ne faut jamais dépasser, il faut faire très attention à ne pas inverser la polarité. Si le + du condo se retrouve au - de l'alimentation il chauffe et peut exploser.

- Tu as fait comment pour deviner ?
Très bien Nicolas, tu comprends vite, tu viens de dire le mot exact, les condensateurs, on devine leur valeur plus qu'autre chose.
Comment j'ai fait !!! Et bien pour le condensateur rouge, je me doute que ce n'est pas des picofarads car il est trop gros, le chiffre 0,47 ne peut être que des microfarads donc 0,47 microfarad soit 470 nanofarads. Pour le jaune cela ne peut pas être des microfarads, ni des nanofarads (trop petit) donc cela ne peut être que des picofarads, 3300 picofarads soit 3,3 nanofarads et 400 volts de tension de service.

  En somme, c'est du pifomètre...
Jamais de pifomètre en électronique Nicolas...  JAMAIS.... VADE RETRO SATANAS !

- Le pifomètre en électronique, c'est le trépas du composant actif, la mort du fusible dans le meilleur des cas...
Non... Pour deviner un condensateur, je fais appel au sens inné de tout électronicien. Le sens qu'il acquière avec le temps.
- Le sens qui permet de  maitriser parfaitement l'impondérable voire l'improbable... Voire  même l'inconcevable...

Tu ne crois pas que tu en fais un peu trop, avec ton sens inné...
NON
Ben moi je crois que si...
Ben moi je dis que non... na


Led 
- Bon, pour te punir de tes remarques désobligeantes, tu apprendras quand même le code couleur des condensateurs, bien qu'ils ne soient plus fabriqués, tu en verras quand même sur des circuits anciens. Alors il vaut mieux les connaître.

Code couleur des condensateurs:

Cela se lit de haut en bas. (figure gauche)

Marron = 1.  Rouge = 2.  Jaune = x10...
Soit 120 nF
Tension de service 250 Volts (Rouge). Tolérance 20% (Noir)

Ensuite pour t'aider...

- Condensateurs type Milfeuil (MKT)

b
Marquage des condensateurs MKT

Valeur du condensateur jaune 100nk63
100 nF 63 Volts 10% de tolérance

- Condensateurs céramiques:

Condensateur ceramique b

- Marquage des condensateurs céramiques -

 -Pour ces condensateurs il faut remplacer le 3ème chiffre par autant de zéros.
  Lire le résultat en Picofarads.

- Le condensateur variable:

- Comme leur nom l'indique, la capacité d'un tel condensateur peut varier, ces condensateurs sont utilisés notamment dans les oscillateurs permettant de les caler sur une fréquence donnée. Par exemple dans les anciens postes radio c'était des condensateurs à air qui étaient utilisés pour faire varier la fréquence de l'oscillateur locale, permettant ainsi de trouver les stations émettrices. Ils furent remplacés par des condensateurs à diélectrique mica plus petits. Maintenant on utilise des diodes varicap encore bien plus petites.

Cela est bien beau, mais il sert à quoi au juste, ce condensateur ?
Alors là Nicolas, il sert à beaucoup de choses. Je crois que le mieux est de dégrossir en quelques lignes, et d'apprendre au fur et à mesure  son utilisation. Mais tout d'abord, voila les 2 propriétés principales des condensateurs.

Led
- Propriété du condensateur:

1- Il permet d'emmagasiner (il se charge) et de la restituer de l'énergie électrique (il se décharge) .
2- Il laisse passer le courant alternatif, mais pas le courant continu.

Figure 1: Le circuit est alimenté en courant continu, Le condo est monté en série, si on ferme l'interrupteur l'ampoule ne s'allume pas.
Figure 2: Le circuit est alimenté en courant alternatif, si on ferme l'interrupteur l'ampoule  s'allume.
Figure 3: Le condo est monté en parallèle, Si on ferme l'interrupteur il se charge à la tension d'alimentation et se décharge dans l'ampoule lorsqu'on l'ouvre. Celle ci va s'éteindre progressivement. Le temps de décharge est fonction du courant que consomme l'ampoule et de la valeur de la capacité. Plus la capacité est grande plus il mettra de temps à se vider. S'il n'y avait pas d'ampoule le condensateur resterait chargé.


Led
- Constante de temps (T) de charge d'un condensateur.
- Soit un condensateur que l'on charge ou décharge dans une résistance. T = R*C où T (seconde)- R (Ohm)- C (Farad). A savoir que l'on considère le condensateur chargé lorsque la tension à ces bornes est de 63%  de la tension du circuit, et déchargé lorsque la tension à ces bornes est de 37%.
- Exemple:
 R= 100K C=100µF
 T= 100000Ohms * 0,0001Farad= 10 Secondes.


Led
- Utilisation:

1- Dans les alimentations.

Tu sais maintenant que le "secteur" fourni par EDF est une tension alternative de 50 Hertz et 230 volts de tension efficace. Rappel
En électronique, on utilise pour alimenter les circuits une tension continue. Il faut donc convertir cette tension alternative en tension continue qui soit  identique à celui d'une pile. Pour cela, il faut  un transformateur, un pont à diodes, un condensateur plus un circuit de régulation.

Figure 1:

- Le transformateur abaisse la tension 230 volts à 12 volts (1). Cette tension est toujours alternative, le rôle du pont à diodes est d'inverser les alternances négatives de la sinusoïde (Elles passent du - au +). On a donc des demi-alternances positives à 100 Hertz (2). Le condensateur  permet de lisser cette ondulation. Le régulateur affine le "lissage" et stabilise la tension à 12 volts (3).
Nous avons donc en sortie du régulateur une tension continue de 12 volts identique à celui d'une pile.

- N'oublie pas que le condensateur se charge en énergie électrique et la restitue (il se décharge) d'où le lissage des demi-alternances positives. Ce lissage est d' autant plus efficace que la capacité est importante. Pour ce qui est du régulateur (symbolisé ici par un rectangle) il existe différents circuits. Nous verrons cela plus tard...

2- Condensateur de liaison:

Ce condensateur sert en premier lieu à isoler les différents étages d'un circuit, aussi pour faire des filtres passe Haut.
Regardes la figure de droite qui est un amplificateur basse fréquence à transistors.

Condensateurs de liaison Filtre passe haut

C1 C2 C3 sont les condensateurs de liaison.
C1 isole l'entrée IN de la tension continue se trouvant sur la base du transistor T1.
C2 isole l'étage 1 de l'étage 2. Cette façon de faire simplifie beaucoup le calcul des résistances de polarisation.
C3 isole la sortie OUT de la tension continue présente sur le collecteur de T2. De plus, les potentiomètres n'apprécient pas trop les tensions continues, ils ont tendance à produire des crachotements.
Revenons sur C1. Tu vois sur la figure de droite un filtre passe haut. Ce genre de filtre atténue les basses fréquences et laisse passer les fréquences hautes.
- La fréquence de coupure (fréquence atténuée à -3 dB par rapport à la source) est fonction des valeurs R et C. Formule Fc = 1/(2 pi R*C).
Donc le  condensateur C1 à l'entrée du montage de gauche forme aussi un filtre passe haut.
Eh attends... je ne vois pas le rapport entre la résistance R de la figure de droite et la figure de gauche qui est un ampli à transistors.
Eh ben... voila!... Voila-voila... Nicolas patine dans la semoule.. Et moi, j'ai l'impression de m'égosiller pour rien...
Dis donc ce n'est pas toi qui m'a demandé de t'expliquer  ce qu'est l'impédance d'un circuit. L'ampli à transistors ce n'est pas un circuit !
- ALORS !

Bon, je vais relire ICI et je reviens...
- L'impédance d'entrée dans un montage à transistors bipolaires n'est pas très élevée. Et il convient de ne pas mettre n'importe quelle valeur pour ce  condensateur. Supposes que le montage serve pour un pré-ampli Hifi et que tu souhaites une bande passante soit de 20 Hz à 20 Khz. Supposes aussi que l'impédance du montage soit d'environ 4,7 K ohms, pour ce condensateur d'entrée si celui-ci est trop petit (par exemple de 1 µF) les fréquences basses seront atténuées, car l'ensemble se comporte comme un filtre passe haut.
Regardes: Sur l'axe des abscisses les fréquences en Hertz et sur les ordonnées le gain en dB. On voit très nettement que les fréquences basses sont plus atténuées avec un condensateur de 1 µF.


Courbes de Bode

- Pour ce qui est du condensateur C4, ce n'est pas un condensateur de liaison. En parallèle sur la résistance, il se comporte comme un cout circuit au point de vue alternatif, ce qui permet d'augmenter le gain du montage.Cela ne change en rien la polarisation en continue du transistor.
(Nous verrons cela plus tard)...

Led
- Réactance capacitive d'un condensateur:

- Si tu as suivi, tu sais que le condensateur laisse passer les signaux alternatifs. Cela est vrai, mais il oppose quand même une plus ou moins grande résistance au signal alternatif. Cette résistance (réactance) est fonction de la fréquence du signal.

La réactance est généralement notée Xc.
Formule Xc = 1/2 pi F*C   (comme d'habitude F est exprimé en Hertz et C en Farad).
Rappel:  1 µF = (10-6 F).  1nF = (10-9  F). 1 pF (10-12 F).

Exemple:
- Calcul de la réactance capacitive (en ohms), d'un condensateur dont la capacité est de 1000 µF lorsqu'une tension alternative d'une fréquence de 50 Hz est appliquée à ses bornes.
Donc: C =1000 µF - F = 50 Hz - Pi = 3,14.  Réactance = 1/6,28*50*0,001=3,18 Ohms

Routine qui te donne la réactance d'une capacité pour une fréquence donnée.

Led rouge Calcul Rapide  (Compatible uniquement I.E)


Réactance par ci... Réactance par là... J'te fais ci... J'te fais ça... Et moi je fais quoi avec tout cela ?
Et bien entre autre, tu as vu plus haut que pour faire une alimentation il faut un transformateur pour abaisser la tension du secteur. Quelques fois pour de petites alimentations qui ne demandent que quelques dizaines de milliampères, il peut être intéressant d'utiliser un condensateur pour abaisser la tension du secteur.

Led
- Voici un schéma d'une telle alimentation:

Alimentation sans transformateur
- Ceci est une alimentation 5 volts -
À gauche  le secteur 230 Volts arrive directement sur le pont à diodes. Il n'y a pas de transformateur, c'est le condensateur de 470 nF qui remplit la fonction d'abaisseur de tension grâce à sa réactance.
Regardes à droite le transformateur tel qu'il est construit, il n'y a aucun lien entre le primaire (secteur 230 v) et le secondaire.
Il y a donc une  isolation galvanique, ce qui n'est pas le cas avec une alimentation sans transformateur 

- Avantages:
-Une alimentation sans transformateur est économique
Le volume est très réduit  (Un condensateur est plus petit qu'un transformateur).

- Inconvénients:
- Il n'y a pas d'isolation galvanique par rapport au secteur, donc celui ci se retrouve sur tout le montage (230 volts par rapport à la  terre), d'où un risque d'électrocution plus important.

Précautions:
1- Je pense qu'il est impératif de faire ce genre d'alimentation dans un boitier plastique. 2- Mettre à l'intérieur ainsi qu'à l'extérieur du boitier une mise en garde claire sur le risque encouru.
3- Je pense que le mieux est de laisser les fabricants faire ce genre de montage, et ne fabriquer ce genre d'alimentation que pour faire fonctionner par exemple une diode LED sur du 230 volts.
4- L'interrupteur du montage doit être un bipolaire (couper les deux fils du secteur).


- Calcul d'une telle alimentation:

- Calcul du condensateur, en connaissant la tension de sortie U, le courant de sortie I, et une Tension de 220 volts (Fréquence de 50 Hz):
- Formule: C = I / (2 * 3.14 * F* (220 - U)) d’où C = I / (314 * (220 - U))   (314 = 2*3.14*50)
On veut  une tension U = 9 V et une intensité I = 20 mA (La fréquence est de 50 Hz)
C = 0.020/ (314 * (220 - 9)) = 300 nF

Led rouge Calcul Rapide (Compatible uniquement I.E)

Les condensateurs auront une tension de service minimum de 400 Volts:

Voila Nicolas, un résumé sur les condensateurs... A bientôt.

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