le condensateur est un composant qui a la capacité ou la « capacité” de stocker de l’énergie sous la forme d’une charge électrique produisant une différence de potentiel (tension statique) sur ses plaques, un peu comme une petite batterie rechargeable.

Il existe de nombreux types de condensateurs disponibles, des très petites perles de condensateur utilisées dans les circuits de résonance aux grands condensateurs de correction du facteur de puissance, mais ils font tous la même chose, ils stockent la charge.,

dans sa forme de base, un condensateur est constitué de deux ou plusieurs plaques conductrices parallèles (métalliques) qui ne sont pas connectées ou se touchent, mais qui sont électriquement séparées soit par l’air, soit par une forme quelconque d’un bon matériau isolant tel que du papier ciré, du mica, de la céramique, du plastique ou une forme quelconque La couche isolante entre un condensateurs plaques est communément appelé le diélectrique.,

En Raison de cette couche isolante, le courant continu ne peut pas traverser le condensateur car il le bloque, ce qui permet à la place une tension d’être présente sur les plaques sous la forme d’une charge électrique.

Les plaques métalliques conductrices d’un condensateur peuvent être carrées, circulaires ou rectangulaires, ou elles peuvent être de forme cylindrique ou sphérique avec la forme générale, la taille et la construction d’un condensateur à plaque parallèle en fonction de son application et de sa tension nominale.,

Lorsqu’il est utilisé dans un courant continu ou à courant continu circuit, un condensateur se charge jusqu’à sa tension d’alimentation, mais bloque le flux de courant à travers elle, parce que le diélectrique d’un condensateur est non-conducteur et, fondamentalement, un isolant. Cependant, lorsqu’un condensateur est connecté à un courant alternatif ou à un circuit alternatif, le flux de courant semble passer directement à travers le condensateur avec peu ou pas de résistance.

Il existe deux types de charge électrique, une charge positive sous forme de Protons et une charge négative sous forme d’électrons., Lorsqu’une tension continue est placée sur un condensateur, la charge positive (+ve) s’accumule rapidement sur une plaque tandis qu’une charge négative (-ve) correspondante et opposée s’accumule sur l’autre plaque. Pour chaque particule de charge + ve qui arrive sur une plaque, une charge du même signe partira de la plaque-ve.

ensuite, les plaques restent neutres en charge et une différence de potentiel due à cette charge est établie entre les deux plaques., Une fois que le condensateur atteint son état d’équilibre, un courant électrique ne peut pas circuler à travers le condensateur lui-même et autour du circuit en raison des propriétés isolantes du diélectrique utilisé pour séparer les plaques.

le flux d’électrons sur les plaques est connu sous le nom de courant de charge des condensateurs qui continue à circuler jusqu’à ce que la tension aux deux plaques (et donc le condensateur) soit égale à la tension appliquée Vc. À ce stade, le condensateur est dit être « complètement chargée” d’électrons.,

la force ou le débit de ce courant de charge est à sa valeur maximale lorsque les plaques sont complètement déchargées (état initial) et diminue lentement en valeur à zéro lorsque les plaques se chargent jusqu’à une différence de potentiel entre les plaques de condensateurs égale à la tension source.

la quantité de différence de potentiel présente à travers le condensateur dépend de la quantité de charge qui a été déposée sur les plaques par le travail effectué par la tension source et aussi par la capacité du condensateur et ceci est illustré ci-dessous.,

Le condensateur à plaques parallèles est la forme la plus simple de condensateur. Il peut être construit à l’aide de deux plaques métalliques ou de feuilles métallisées à une distance parallèle l’une à l’autre, sa valeur de capacité en Farads étant fixée par la surface des plaques conductrices et la distance de séparation entre elles. La modification de deux de ces valeurs modifie la valeur de sa capacité et cela constitue la base de fonctionnement des condensateurs variables.,

aussi, parce que les condensateurs stockent l’énergie des électrons sous la forme d’une charge électrique sur les plaques plus les plaques sont grandes et / ou plus leur séparation est petite, plus grande sera la charge que le condensateur détient pour une tension donnée aux bornes de ses plaques. En d’autres termes, des plaques plus grandes, une plus petite distance, plus de capacité.,

en appliquant une tension à un condensateur et en mesurant la charge sur les plaques, le rapport de la charge Q à la tension V donnera la valeur de capacité du condensateur et est donc donné comme: C = Q/V cette équation peut également être réarrangée pour donner la formule familière pour la quantité de charge sur les plaques comme: Q = C x V

bien que nous ayons dit que la charge est stockée sur les plaques d’un condensateur, il est plus exact de dire que l’énergie à l’intérieur de la charge est stockée dans un « champ électrostatique” entre les plaques.deux assiettes., Lorsqu’un courant électrique circule dans le condensateur, il recharge, de sorte que le champ électrostatique devient beaucoup plus forte qu’il stocke plus d’énergie entre les plaques.

de même, à mesure que le courant sort du condensateur, le déchargeant, la différence de potentiel entre les deux plaques diminue et le champ électrostatique diminue à mesure que l’énergie sort des plaques.

La propriété d’un condensateur pour stocker l’accusation sur ses plaques sous la forme d’un champ électrostatique est appelé la Capacité du condensateur., Non seulement cela, mais la capacité est également la propriété d’un condensateur qui résiste au changement de tension à travers lui.

la capacité d’un condensateur

La capacité est la propriété électrique d’un condensateur et est la mesure de la capacité d’un condensateur à stocker une charge électrique sur ses deux plaques avec l’Unité de capacité étant le Farad (Abrégé en F) nommé d’après le physicien britannique Michael Faraday.

Capacité est définie comme étant celui d’un condensateur est la capacité d’Un Farad quand une charge d’Un Coulomb est stocké sur les plaques par une tension d’Un volt., Notez que la capacité, C est toujours positive en valeur et n’a pas d’unités négatives. Cependant, le Farad est une très grande unité de mesure à utiliser seule, de sorte que des sous-multiples du Farad sont généralement utilisés tels que les micro-farads, les nano-farads et les pico-farads, par exemple.

des Unités Standard de Capacité

Capacité d’un Condensateur à plaques Parallèles

La capacité d’un condensateur à plaques parallèles est proportionnelle à la région, dans mètres2 de la plus petite des deux plaques et inversement proportionnelle à la distance ou de la séparation, d (c’est à dire, l’épaisseur diélectrique) donnée en mètres entre ces deux plaques conductrices.

l’équation généralisée pour la capacité d’un condensateur à plaque parallèle est donnée comme suit: C = ε(A/d) où ε représente la permittivité absolue du matériau diélectrique utilisé. La constante diélectrique, eo également connue sous le nom de « permittivité de l’espace libre” a la valeur de la constante 8,84 x 10-12 Farads par mètre.,

pour faciliter les calculs, cette constante diélectrique de l’espace libre, eo, qui peut s’écrire: 1/(4π x 9×109), peut aussi avoir les unités de picofarads (pF) par mètre comme constante donnant: 8.84 pour la valeur de l’espace libre. Notez cependant que la valeur de capacité résultante sera en picofarads et non en farads.

généralement, les plaques conductrices d’un condensateur sont séparées par une sorte de matériau isolant ou de gel plutôt qu’un vide parfait., Lors du calcul de la capacité d’un condensateur, on peut considérer la permittivité de l’air, et en particulier de l’air sec, comme étant la même valeur qu’un vide comme ils sont très proches.

exemple de capacité No1

Un condensateur est construit à partir de deux plaques métalliques conductrices de 30 cm x 50 cm espacées de 6 mm l’une de l’autre, et utilise de l’air sec comme seul matériau diélectrique. Calculez la capacité du condensateur.,

alors la valeur du condensateur constitué de deux plaques séparées par l’air est calculée comme 221pF ou 0.221 nF

le diélectrique d’un condensateur

ainsi que la taille globale des plaques conductrices et leur distance ou espacement les uns des autres, un autre facteur qui affecte la capacité globale du dispositif est le type de matériau diélectrique étant utilisé. En d’autres termes, la « permittivité” (ε) du diélectrique.,

Les plaques conductrices d’un condensateur sont généralement faits d’un métal en feuille d’aluminium ou un film métallique permettant le flux d’électrons et la charge, mais le matériau diélectrique utilisé est toujours un isolant. Les différents matériaux isolants utilisés comme diélectrique dans un condensateur diffèrent par leur capacité à bloquer ou à faire passer une charge électrique.

Ce matériau diélectrique peut être fabriqué à partir d’un certain nombre de matériaux isolants ou de combinaisons de ces matériaux, les types les plus couramment utilisés étant: air, Papier, polyester, polypropylène, Mylar, céramique, verre, huile ou une variété d’autres matériaux.,

le facteur par lequel le matériau diélectrique, ou isolant, augmente la capacité du condensateur par rapport à l’air est connu sous le nom de Constante diélectrique, k et un matériau diélectrique avec une constante diélectrique élevée est un meilleur isolant qu’un matériau diélectrique avec une constante diélectrique inférieure. La constante diélectrique est une quantité sans dimension, puisqu’il est relatif à l’espace libre.,les plaques sont alors le produit de la permittivité de l’espace libre (eo) et de la permittivité relative (er) du matériau utilisé comme diélectrique et sont données comme suit:

permittivité complexe

en d’autres termes, si nous prenons la permittivité de l’espace libre, eo comme notre niveau de base pour l’un, lorsque le vide de l’espace libre est remplacé par un autre type de matériau isolant, leur permittivité de son diélectrique est référencée au diélectrique de base de L’espace libre donnant un facteur de multiplication appelé « permittivité relative”, er., Donc, la valeur de la permittivité complexe, ε sera toujours égale à la permittivité relative fois un.

Les unités typiques de permittivité diélectrique, ε ou constante diélectrique pour les matériaux communs sont: vide pur = 1.0000, Air = 1.0006, papier = 2.5 à 3.5, verre = 3 à 10, Mica = 5 à 7, Bois = 3 à 8 et Poudres D’oxyde métallique = 6 à 20 etc., Cela nous donne donc une équation finale pour la capacité d’un condensateur:

Une méthode utilisée pour augmenter la capacité d’un condensateur, tout en gardant sa petite taille est de « interleave” plus les plaques de réunir dans un seul condensateur corps. Au lieu d’un seul ensemble de plaques parallèles, un condensateur peut avoir de nombreuses plaques individuelles reliées entre elles, augmentant ainsi la surface A des plaques.

pour un condensateur à plaques parallèles standard comme illustré ci-dessus, le condensateur comporte deux plaques, étiquetées A et B., Par conséquent, le nombre de plaques du condensateur est deux, on peut dire que n = 2, où « n” représente le nombre de plaques.

alors notre équation ci-dessus pour un condensateur à plaque parallèle unique devrait vraiment être:

cependant, le condensateur peut avoir deux plaques parallèles mais un seul côté de chaque plaque est en contact avec le diélectrique au milieu car l’autre côté de chaque plaque forme Si nous prenons les deux moitiés des plaques et les joignons ensemble, nous n’avons effectivement qu ‘ « une” plaque entière en contact avec le diélectrique.,

supposons maintenant que nous ayons un condensateur composé de 9 plaques entrelacées, alors n = 9 comme indiqué.

Multi-plaque de Condensateur

Maintenant, nous avons cinq plaques connecté à un fil (A) et de quatre plaques à l’autre de plomb (B). Ensuite, les deux côtés des quatre plaques reliées au plomb B sont en contact avec le diélectrique, alors qu’un seul côté de chacune des plaques extérieures reliées à A est en contact avec le diélectrique., Ensuite, comme ci-dessus, la surface utile de chaque ensemble de plaques n’est que de huit et sa capacité est donc donnée comme suit:

Les condensateurs modernes peuvent être classés en fonction des caractéristiques et des propriétés de leur diélectrique isolant:

• faible perte, haute stabilité comme le Mica,
• perte moyenne, stabilité moyenne telle que le papier, feuille de plastique, céramique de haut-K.
• condensateurs polarisés tels que électrolytiques, tantale.,

Tension nominale d’un condensateur

tous les condensateurs ont une tension nominale maximale et lors de la sélection d’un condensateur, il faut tenir compte de la quantité de tension à appliquer sur le condensateur. La quantité maximale de tension qui peut être appliquée au condensateur sans endommager son matériau diélectrique est généralement donnée dans les fiches techniques comme: WV, (tension de fonctionnement) ou comme WV DC, (tension de fonctionnement CC).,

Si la tension appliquée aux bornes du condensateur devient trop grande, le diélectrique se décompose (appelé panne électrique) et un arc se produit entre les plaques du condensateur, entraînant un court-circuit. La tension de fonctionnement du condensateur dépend du type de matériau diélectrique utilisé et de son épaisseur.

la tension de fonctionnement CC d’un condensateur est juste cela, la tension CC maximale et non la tension CA maximale comme un condensateur avec une tension continue nominale de 100 volts CC ne peut pas être soumis en toute sécurité à une tension alternative de 100 volts., Depuis une tension alternative qui a une valeur RMS de 100 volts aura une valeur de crête de plus de 141 volts! (√2 x 100).

ensuite, un condensateur qui doit fonctionner à 100 volts CA doit avoir une tension de fonctionnement d’au moins 200 volts. En pratique, un condensateur doit être sélectionné de manière à ce que sa tension de fonctionnement soit CC ou ca soit supérieure d’au moins 50% à la tension effective la plus élevée à lui appliquer.

un autre facteur qui affecte le fonctionnement d’un condensateur est la fuite diélectrique., Une fuite diélectrique se produit dans un condensateur à la suite d’un courant de fuite indésirable qui traverse le matériau diélectrique.

généralement, on suppose que la résistance du diélectrique est extrêmement élevée et qu’un bon isolant bloque le flux de courant continu à travers le condensateur (comme dans un condensateur parfait) d’une plaque à l’autre.,

cependant, si le matériau diélectrique est endommagé en raison d’une tension excessive ou d’une surchauffe, le courant de fuite à travers le diélectrique deviendra extrêmement élevé, entraînant une perte rapide de charge sur les plaques et une surchauffe du condensateur, entraînant éventuellement une défaillance prématurée du condensateur. Ensuite, Ne jamais utiliser un condensateur dans un circuit avec des tensions plus élevées que le condensateur est évalué pour sinon il peut devenir chaud et exploser.,

Introduction aux condensateurs résumé

Nous avons vu dans ce tutoriel que le travail d’un condensateur est de stocker la charge électrique sur ses plaques. La quantité de charge électrique qu’un condensateur peut stocker sur ses plaques est connue sous le nom de valeur de capacité et dépend de trois facteurs principaux.

• Surface-la surface, une des deux plaques conductrices qui composent le condensateur, plus la surface est grande, plus la capacité est grande.
• Distance – la distance d entre les deux plaques, plus la distance la plus grande de la capacité.,
• matériau diélectrique-le type de matériau qui sépare les deux plaques appelé le « diélectrique”, plus la permittivité du diélectrique plus la capacité.

Nous avons également vu qu’un condensateur est constitué de plaques métalliques qui ne se touchent pas mais sont séparées par un matériau appelé diélectrique. Le diélectrique d’un condensateur peut être de l’air, ou même un vide mais est généralement un matériau isolant non conducteur, tel que du papier ciré, du verre, du mica différents types de plastiques, etc., Le diélectrique présente les avantages suivants:

• la constante diélectrique est la propriété du matériau diélectrique et varie d’un matériau à l’autre augmentant la capacité d’un facteur K.
• le diélectrique fournit un support mécanique entre les deux plaques permettant aux plaques d’être plus rapprochées sans se toucher.
• la permittivité du diélectrique augmente la capacité.
• Le diélectrique augmente la tension de fonctionnement maximale par rapport à l’air.,

Les condensateurs peuvent être utilisés dans de nombreuses applications et circuits différents, tels que le blocage du courant continu tout en transmettant des signaux audio, des impulsions ou un courant alternatif, ou d’autres formes d’onde variables dans le temps. Cette capacité à bloquer les courants CC permet d’utiliser des condensateurs pour lisser les tensions de sortie des alimentations, afin d’éliminer les pointes indésirables des signaux qui auraient autrement tendance à endommager ou à déclencher de faux semi-conducteurs ou composants numériques.,

Les condensateurs peuvent également être utilisés pour ajuster la réponse en fréquence d’un circuit audio, ou pour coupler des étages d’amplificateur séparés qui doivent être protégés de la transmission du courant continu.

À COURANT CONTINU, un condensateur a une impédance infinie (circuit ouvert), à très hautes fréquences, un condensateur a une impédance nulle (court-circuit). Tous les condensateurs ont une tension de fonctionnement maximale, son WV DC afin de sélectionner un condensateur avec une note d’au moins 50% de plus que la tension d’alimentation.,

Il existe une grande variété de styles et de types de condensateurs, chacun ayant ses propres avantages, inconvénients et caractéristiques. Inclure tous les types rendrait cette section de tutoriel très grande, donc dans le prochain tutoriel sur l’Introduction aux condensateurs, je les limiterai aux types les plus couramment utilisés.